一种复合材料容器及其复合材料层的成型方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种气体运输技术，尤其涉及一种复合材料容器及其复合材料层的成 型方法。
【背景技术】
[0002] 现有技术中针对天然气、氨气、氮气等气体的运输，主要是通过提高存储压力的方 式来实现运输。随着气体工业的发展，对气体存储运输容器（气瓶）的压力需求也在不断 提局。
[0003] 现有技术中所生产的高压复合容器（气瓶），其内胆通常为金属材料制成。为了增 加复合容器（气瓶）的容积和承压力，通常的做法是用高压无缝金属管采用端头旋压缩颈 方法加工成内胆，并在内胆的外表面缠绕一层高强度纤维材料，利用高强度纤维材料的拉 力来增强内胆的承压力。现有技术中，由于采用纤维缠绕成型工艺成型的表面具有复合材 料层的容器（气瓶）不可避免在施压后会出现沿着纤维方向的开裂或龟裂。随着使用次数 的增加和特定环境的影响，送些开裂或龟裂会有扩展的趋势，严重的更会使整个复合材料 层开裂。
[0004] 有鉴于此，现有技术中急需要一种新的技术能有效减少或消除复合材料层的开 裂。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种减少甚至消除复合材料层开裂 的复合材料容器及其复合材料层的成型方法。
[0006]为了实现上述发明目的，本发明公开一种复合材料容器的复合材料层成型方法， 一连续纤维按一预定角度缠绕于一内胆外表面形成至少一层复合材料层；在该复合材料层 的的层间和/或内表面和/或外表面上加入一添加物，用于防止该复合材料层沿开裂。
[0007] 更进一步地，该添加物位于两层复合材料层之间。
[0008] 更进一步地，该添加物为织物或非织物。
[0009] 更进一步地，该添加物的形状为纤维状、片状、絮状、块状。
[0010] 更进一步地，该添加物由金属或非金属材料制成。
[0011] 更进一步地，该添加物由纤维类材料组成。该纤维类材料由W下材料中的一种或 多种组成；碳纤维、玻璃纤维、芳绝纤维、聚醋纤维、金属纤维。
[0012] 更进一步地，该连续纤维沿环向缠绕该内胆外表面。
[0013] 更进一步地，该连续纤维沿螺旋状缠绕该内胆外表面。
[0014] 本发明同时公开一种复合材料容器，该复合材料容器包括一内胆和一复合材料 层，该复合材料层由如权利要求1至9任意一项该的方法制成。
[0015] 与现有技术相比较，本发明所提供的复合材料容器及其复合材料层的成型技术， 在容器缠绕复合材料层内部起纵向（轴向）补强作用，可有效防止复合材料开裂或龟裂的 产生；同时可W有效防止容器长期使用过程中缠绕复合材料层表面沿纤维缠绕的方向开裂 或龟裂的延伸。送在一定程度上稳定了容器的性能，从而提高了容器在使用过程中的安全 性。
【附图说明】
[0016] 关于本发明的优点与精神可W通过W下的发明详述及所附图式得到进一步的了 解。
[0017] 图1是本发明所涉及的复合材料容器的结构示意图；
[0018] 图2是本发明所涉及的复合材料容器的局部放大示意图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。
[0020] 由于现有采用纤维环向缠绕成型工艺成型的复合材料容器（或称气瓶），由于内 置的金属内胆和金属内胆的外表面所缠绕的复合材料层彼此间的收缩率不一致。气瓶在反 复充装的过程中，气瓶的长度会有延伸，由于金属材料的延展性明显强于复合材料的延展 性，因此在气瓶反复重装的过程中，金属延伸的长度远远超过复合材料延伸的长度，送样就 会造成复合材料表面层的环向开裂。因此在施压后会出现沿着纤维方向的开裂或龟裂，随 着使用次数的增加和特定环境的影响，送些开裂或龟裂会有扩展的趋势，严重的会使整个 复合材料层开裂。因此，本发明的目的在于提供一种复合材料容器及其复合材料层的成型 方法能有效抑制连续纤维层的开裂。
[0021] 本发明根据力学分析计算纤维环向缠绕时与其匹配的纵向力，在复合材料层成型 过程中将此增强技术应用其中，实现容器在施压受力过程中，当气瓶的复合材料层沿纤维 方向开裂时，提供一个与开裂方向相垂直的拉力，从而改善表面的开裂现象W及长期的开 裂延伸现象。
[0022] 如图1所示，图1是本发明所涉及的复合材料容器的结构示意图。该复合材料容 器可W是用于容纳高压气体的瓶子，也可W是容纳高压气体、液体、固体的管道。图1是本 发明的其中一种实施方式，该实施方式中该容器2优质无缝钢管制成，钢管的两端采用端 头旋压缩颈方法加工为两个瓶口 3。瓶口 3内置螺纹用于固定前端塞和后端塞。其中前端 塞上设置进气出气阀口，后端塞上设置一安全泄放装置（图中未示出）。在另一实施方式 中，该钢瓶也可W仅包含一个端口。
[0023] 该钢瓶2的外表面上包括一复合材料层1。复合材料层1通常有连续纤维沿环向 (a方向）绕制而成。复合材料层1可W仅覆盖钢瓶2的部分表面，也可W覆盖钢瓶2的全 部表面，包括瓶口 3的外表面一律覆盖。图1所示出的复合材料容器是一种典型的环向缠 绕式的复合材料容器。环向缠绕的特点在于连续纤维的绕制角度与气瓶的轴向化方向） 几乎垂直。环向缠绕的气瓶容易出现的技术问题在于，当瓶内充满高压气体时，由于金属内 胆和复合材料层两者的收视率不一致，导致复合材料层出现环向（a方向）的开裂。本发明 通过在纵向提供一个补偿力，W克服环向开裂。
[0024] 在另一种实施方式中，复合材料容器采用全缠绕或大角度缠绕方式。当采用全缠 绕或大角度缠绕的时候，在沿连续纤维平行的方向会出现裂纹，根据本发明所提供的技术 方案，需要在与连续纤维垂直的角度提供一个补偿力，W克服开裂。
[0025] 如图2所示，图2是本发明所涉及的复合材料容器的局部放大示意图。与现有技 术不一致的是，本发明所提供的复合材料层1除了包括连续纤维10外，还包括一添加物11。 送是为了在复合材料层成型过程中增加一个与环向拉力相匹配的纵向（图1中的b方向） 力。用W实现容器在施压受力过程中，给于环向开裂一个纵向拉力，从而改善表面的开裂现 象W及长期的开裂延伸现象。
[0026] 在一种较佳的实施例中，连续纤维10和添加物11是连续成型的，即一层连续纤维 10上面或下面覆盖一层添加物11。添加物11可W是织物也可W是非织物。其中织物是指 由两条W上的织线交叉和绕结后形成的材料。添加物11可W是纤维状物，可W是絮状物， 也可W是块状物、片状物。如果是纤维状物，则该添加物11的排列方向沿纵向平行或与纵 向呈一定角度延伸。
[0027] 添加物11可W由碳纤维、玻璃纤维、芳绝纤维、聚醋纤维、金属纤维制成。