一种碳纤维缠绕石墨圆筒及其加工工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种石墨圆筒及其加工工艺，具体是一种碳纤维缠绕石墨圆筒及其加工工艺。
【背景技术】
[0002]石墨材料由于具有优越的耐腐蚀性、耐热性和高的热导率而被广泛应用于各种腐蚀性物料条件下取代碳钢和贵金属材料。其中不透性石墨材料更因能在低压、中压条件下不渗漏气、液而被广泛应用于制造各种塔、槽、罐、炉……包括石墨压力容器，从而已经促进了工业发展。但石墨及不透性石墨材料因强度较低，又属脆性材料而在制造大型内压圆筒型设备时带来一些强度问题。在一些直径不太大，内压较低时，可采取加大壁厚措施，使之成为厚壁容器来解决；在直径稍大，或内压稍高，温度又不高的场合，可以采用外加钢箍或外加钢筒的增强措施。但在直径较大，尤其是温度较高的条件下，因碳钢的热膨胀系数是不透性石墨的2?3倍，外加钢箍或钢筒增强则效果较差，较明显的使用实例是大型钢衬石墨储罐在温度较高时维修率大增；并因此石墨容器多为小于IMpa的低压容器或常压容器。而随着科技的发展，需要较大直径或较高内压，尤其是使用温度较高的腐蚀性环境也随之增加，此时要采用石墨材料时就需要解决石墨圆筒的有效外圆增强措施，而钢箍增强在石墨筒壁和钢箍温度均较高时，已经无效。但国内至我们正试行本专利技术前尚无对石墨圆筒除钢箍(或钢筒)增强以外的其它外圆增强方法，因而石墨圆筒形内压设备的直径、使用内压力及相应温度都受限，限制了石墨圆筒形设备的发展。另外，石墨材料本身有微孔，是通过浸渍树脂或渗碳等办法来提高抗渗透性，但毕竟抗渗透性受限，使用气态内压力较高时也希望能提高石墨材料的抗渗透性。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种碳纤维缠绕石墨圆筒及其加工工艺，它提高了石墨圆筒的耐内压引起的环向拉应力或轴向拉力以及径向外力引起的扭矩、弯距的能力，并提高了石墨圆筒的抗渗透性。
[0004]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
一种碳纤维缠绕石墨圆筒，其特征在于:它包括石墨圆筒和碳纤维，所述碳纤维缠绕在石墨圆筒外表面。
[0005]作为本发明的一种方式，所述碳纤维为环纹碳纤维。
[0006]作为本发明的一种方式，所述碳纤维为斜纹碳纤维。
[0007]作为本发明的一种方式，所述碳纤维为环纹碳纤维和斜纹碳纤维的组合。
[0008]作为本发明的一种方式，所述碳纤维为环纹碳纤维、斜纹碳纤维和平纹碳纤维的组合。
[0009]作为本发明的一种方式，所述斜纹碳纤维的倾角为10-80度。
[0010]一种碳纤维缠绕石墨圆筒的加工工艺，其特征在于包含以下步骤:将碳纤维通过液态树脂浸泡，用数控缠绕机施加1kgf至50kgf的张力将碳纤维缠绕到旋转着的石墨圆筒上，再进行固化。所述树脂为热固性树脂或者热塑性树脂，所述热固性树脂为酚醛树脂、环氧树脂、改性酚醛树脂、改性环氧树脂、双马来酰胺树脂或热固性聚酰亚胺树脂中的一种或几种的组合，所述热塑性树脂为热塑性聚酰亚胺树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚砜树脂或聚酯树脂中的一种或几种的组合。所述树脂中添加有增塑剂和/或稀释剂。
[0011]本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果:本发明有效提高了石墨圆筒壁环向或轴向的抗拉、抗弯强度及抵抗扭矩、弯矩能力，尤其在温度较高时大大超过了钢材增强的效果，有效地解决了在较高内压及操作温度下大中型石墨圆筒类设备的安全可靠性问题，同时也提高了石墨圆筒的抗渗透性。
【附图说明】
[0012]图1是本发明的一种碳纤维缠绕石墨圆筒的实施例1的示意图。
[0013]图2是本发明的一种碳纤维缠绕石墨圆筒的实施例2的示意图。
[0014]图3是本发明的一种碳纤维缠绕石墨圆筒的实施例4的示意图。
【具体实施方式】
[0015]实施例1:
如图1所示，一种碳纤维缠绕石墨圆筒，包括石墨圆筒I和碳纤维2，碳纤维2缠绕在石墨圆筒I外表面。其中碳纤维2可以是3?24K的碳纤维并且优选12K，也可以是碳纤维带或布。其中碳纤维2为环纹碳纤维。
[0016]实施例2:
如图2所示，一种碳纤维缠绕石墨圆筒，包括石墨圆筒I和碳纤维2，碳纤维2缠绕在石墨圆筒I外表面，其中碳纤维2为斜纹碳纤维，并且斜纹碳纤维倾角为10-80度。
[0017]实施例3:
一种碳纤维缠绕石墨圆筒，包括石墨圆筒I和碳纤维2，碳纤维2缠绕在石墨圆筒I外表面，其中碳纤维2为环纹碳纤维和斜纹碳纤维的组合，并且斜纹碳纤维倾角为10-80度。其中环纹碳纤维和斜纹碳纤维的缠绕顺序根据石墨圆筒受力状况确定。
[0018]实施例4:
如图3所示，一种碳纤维缠绕石墨圆筒，包括石墨圆筒I和碳纤维2，碳纤维2缠绕在石墨圆筒I外表面，其中碳纤维2为环纹碳纤维、斜纹碳纤维和平纹碳纤维的组合，并且斜纹碳纤维倾角为10-80度。其中环纹碳纤维、斜纹碳纤维和平纹碳纤维的缠绕顺序根据石墨圆筒受力状况确定。
[0019]一种碳纤维缠绕石墨圆筒的加工工艺，制造过程中，先将碳纤维2用液态树脂浸泡，然后采用数控缠绕机对碳纤维2施加予1kgf至50kgf的张力后，缠绕到旋转的石墨圆筒外圆，并通过配套的导丝钩的位移速度来调控碳纤维的缠绕角度。
[0020]当主要目的是为提高圆筒环向抗拉强度时，导丝钩的位移量可较小，以使碳纤维接近成环形分布。当主要为提高抗扭矩能力时，加大导丝钩的位移量以提高碳纤维积层角度(例如到35°?45° )使其成斜纹，并交叉缠绕成网格。当同时兼顾提高环向抗拉强度时，则可加大积层角度(例如45°?80° );当同时兼顾提高轴向抗拉强度时，则可使积层角度为20。?30。
其中碳纤维可以在缠绕现场先经过液态热固性树脂溶液浸泡后再缠绕到石墨筒上(即湿法缠绕)，然后在固化炉或釜中加热固化；也可以直接将已经过处理的碳纤维直接缠绕。所用热固性树脂及添加剂，以及缠绕操作，由具体使用条件决定。
[0021]当同时要求缠绕后提高石墨筒抗渗透性时，优先选用湿法缠绕，用增加树脂含量和优选添加剂来实现。
[0022]本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种碳纤维缠绕石墨圆筒，其特征在于:它包括石墨圆筒和碳纤维，所述碳纤维缠绕在石墨圆筒外表面。2.按照权利要求1所述的一种碳纤维缠绕石墨圆筒，其特征在于:所述碳纤维为环纹碳纤维。3.按照权利要求1所述的一种碳纤维缠绕石墨圆筒，其特征在于:所述碳纤维为斜纹碳纤维。4.按照权利要求1所述的一种碳纤维缠绕石墨圆筒，其特征在于:所述碳纤维为环纹碳纤维和斜纹碳纤维的组合。5.按照权利要求1所述的一种碳纤维缠绕石墨圆筒，其特征在于:所述碳纤维为环纹碳纤维、斜纹碳纤维和平纹碳纤维的组合。6.按照权利要求3、4、5中任一项所述的一种碳纤维缠绕石墨圆筒，其特征在于:所述斜纹碳纤维的倾角为10-80度。7.—种权利要求1所述碳纤维缠绕石墨圆筒的加工工艺，其特征在于包含以下步骤:将碳纤维通过液态树脂浸泡，用数控缠绕机施加1kgf至50kgf的张力将碳纤维缠绕到旋转着的石墨圆筒上，再进行固化。8.按照权利要求7所述的一种碳纤维缠绕石墨圆筒的加工工艺，其特征在于:所述树脂为热固性树脂或者热塑性树脂，所述热固性树脂为酚醛树脂、环氧树脂、改性酚醛树脂、改性环氧树脂、双马来酰胺树脂或热固性聚酰亚胺树脂中的一种或几种的组合，所述热塑性树脂为热塑性聚酰亚胺树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚砜树脂或聚酯树脂中的一种或几种的组合。9.按照权利要求7所述的一种碳纤维缠绕石墨圆筒的加工工艺，其特征在于:所述树脂中添加有增塑剂和/或稀释剂。
【专利摘要】本发明公开了一种碳纤维缠绕石墨圆筒及其加工工艺，它包括石墨圆筒和碳纤维，所述碳纤维缠绕在石墨圆筒外表面，碳纤维采用环纹碳纤维、斜纹碳纤维和平纹碳纤维其中的一种或多种的组合，其具体层数和缠绕顺序则由石墨圆筒的受力状况决定，加工的时候将碳纤维缠绕在石墨圆筒上并通过树脂固化。本发明提高了石墨圆筒的耐内压引起的环向拉应力或轴向拉力以及径向外力引起的扭矩、弯距的能力，并提高了石墨圆筒的抗渗透性。
【IPC分类】B32B1/08, B32B37/24, B29C53/56, B32B9/00
【公开号】CN104943245
【申请号】CN201510272032
【发明人】姚松年, 严加高
【申请人】南通山剑石墨设备有限公司
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年5月26日