液氢环境用带法兰无内衬复合材料管路加工工艺的制作方法

本发明涉及液氢运输，具体来讲，涉及一种液氢环境用带法兰无内衬复合材料管路加工工艺。

背景技术：

1、氢气是一种极易燃烧的气体，无色透明、无臭无味且难溶于水，氢气是世界上已知的密度最小的气体，可以进入许多金属的晶格中，造成“氢脆”现象，使得氢气的存储罐和管道需要使用特殊材料，设计也更加复杂。目前运输氢气的管道在实际生产运输过程中，输送管道的密封性不高或未设计相应的防泄漏结构，使得氢气发生泄漏且不能及时检测维修，同时加大发生“氢脆”现象的几率，导致局部泄露增加。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种液氢环境用带法兰无内衬复合材料管路的加工工艺，解决液氢运输过程中氢气发生渗透而泄露的情况，提供了一种液氢环境用无内衬复合材料管路，借助缠绕和浸渍工艺分别形成防渗层、过渡层、强度层和法兰层，通过加热预固化使液氢树脂体系与碳纤维表面毡进行充分融合，最后通过高温固化，进一步使防渗层、过渡层、强度层以及法兰层之间进行充分融合、交织，形成有机整体。制备得到带法兰无内衬复合材料管路，形成了一层一层的防护层，在液氢运输过程中不仅可以阻碍氢气发生渗透，过渡层对防渗层起到补充作用，进一步加强防渗作用，对强度层起到桥架作用，避免强度层与防渗层直接接触，时间久易分层导致氢气泄露情况的发生；强度层的设置对过渡层和防渗层形成了包络和增强，并且具有与防渗层和过渡层相匹配的抗拉、抗爆裂性能，使防渗层、过渡层、强度层以及法兰层形成了具有相匹配韧性，不会发生剥离的现象，从而长时间运输液氢，不会发生氢气泄露的情况。

2、本发明提供了一种液氢环境用带法兰无内衬复合材料管路的加工工艺，所述加工工艺包括以下步骤：

3、s1：将碳纤维表面毡浸渍液氢树脂体系后，在50℃-90℃进行加热预固化，将预固化后的碳纤维表面毡平铺在芯模表面，随芯模的旋转卷至成圆筒，形成防渗层。

4、s2：在防渗层表面采用环向缠绕方式铺层浸渍液氢树脂体系的纤维编织布，形成过渡层。

5、s3：在过渡层表面采用环向碳纤维铺层和缠绕相结合方式形成强度层，并在强度层之间铺设碳纤维，形成法兰层。

6、s4：采用抽真空的方式在100-150℃对管路进行高温固化，脱芯模，形成液氢环境用带法兰无内衬复合材料管路。

7、其中，液氢树脂体系，按质量份数计，包括双酚f环氧树脂和双酚a环氧树脂共100份、环氧活性稀释剂20-30份、增韧助剂10-30份以及固化剂20-50份，双酚f环氧树脂和双酚a环氧树脂质量比为50-70：30-50。

8、与现有技术相比，本发明至少取得以下有益效果中的一项：

9、(1)本发明液氢环境用带法兰无内衬复合材料管路的加工工艺，通过防渗层、过渡层、强度层以及法兰层相配合，相交互，形成了具有相匹配韧性，不会发生剥离的现象，从而管路长时间运输液氢，不会发生氢气泄露的情况。

10、(2)本发明液氢树脂体系通过双酚f环氧树脂、双酚a环氧树脂、环氧活性稀释剂、增韧助剂和固化剂复配得到，能够保证树脂体系力学性能，同时提高树脂体系的韧性，降低高温差和高压力差共同作用下树脂体系中微裂纹的产生，避免-100℃以下使用过程中液氢渗透情况的发生。

11、(3)本发明对碳纤维表面毡进行改性处理，本发明利用浓硝酸对碳纤维表面毡进行表面氧化改性，提高碳纤维表面毡的表面粗糙度，以在碳纤维表面毡的表面引入大量钼酸钠，得到表面包覆钼酸钠颗粒的碳纤维表面毡，提高阻氢渗透能力，同时改性后的碳纤维表面毡与液氢树脂体系之间的作用更强，界面粘结力更强，提高了碳纤维表面毡与液氢树脂体系的相容性。

12、(4)本发明双酚f环氧树脂和双酚a环氧树脂中添加四氧化三铁改性氧化石墨烯，使用磁性fe3o4改性后的氧化石墨烯分别改性双酚f环氧树脂和双酚a环氧树脂，在磁场作用下可以实现氧化石墨烯在树脂中的有序分散，不会产生团聚。能够进一步提高双酚f环氧树脂和双酚a环氧树脂的力学强度和韧性。

13、(5)本发明增韧助剂为核壳颗粒；核壳颗粒中外壳材料为聚乙烯醇缩丁醛或聚甲基丙烯酸甲酯；核体材料为纳米氧化铝或纳米二氧化硅。外壳材料与双酚f环氧树脂和双酚a环氧树脂具有良好的相容性，能够保证环氧树脂的交联程度，同时有助于核壳颗粒在树脂中的均匀分散提高树脂体系的韧性。

技术特征：

1.一种液氢环境用带法兰无内衬复合材料管路的加工工艺，其特征在于，所述加工工艺包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于，对步骤s1中的碳纤维表面毡进行改性处理，改性处理包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的加工工艺，其特征在于，所述步骤s12中恒温干燥的温度为100-150℃。

4.根据权利要求2所述的加工工艺，其特征在于，所述步骤s11中浓硝酸质量浓度为30-60％，氧化刻蚀温度为50-90℃。

5.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于，对双酚f环氧树脂和双酚a环氧树脂分别进行改性；所述改性方法为：分别向双酚f环氧树脂和双酚a环氧树脂中添加四氧化三铁改性氧化石墨烯；

6.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于，所述环氧活性稀释剂为烷基缩水甘油醚、丙烯酸酯、醋酸酯、己内酯中的一种或多种。

7.根据权利要求6所述的加工工艺，其特征在于，所述烷基缩水甘油醚中烷基为丁基、辛基、乙基或苯基；

8.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于，所述增韧助剂为核壳颗粒；核壳颗粒中外壳材料为聚乙烯醇缩丁醛或聚甲基丙烯酸甲酯；核体材料为纳米氧化铝或纳米二氧化硅。

9.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于，所述法兰层包括第一限位槽、第二限位槽以及密封槽，所述密封槽开设在法兰层连接端的端面。

10.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于，所述法兰层中内嵌有弹性体，所述弹性体按质量份数计，包括氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物80-90份、氟硅橡胶10-20份、聚氨酯5-10份、聚醚二元醇4-7份。

技术总结
本发明提供了一种液氢环境用带法兰无内衬复合材料管路的加工工艺，涉及液氢运输技术领域。加工工艺包括以下步骤：S1：将碳纤维表面毡浸渍液氢树脂体系后，进行加热预固化，平铺在芯模表面，卷至成圆筒，形成防渗层。S2：采用环向缠绕方式铺层浸渍液氢树脂体系的纤维编织布，形成过渡层。S3：在过渡层表面采用环向碳纤维铺层和缠绕相结合方式形成强度层，并在强度层之间铺设碳纤维，形成法兰层。S4：对管路进行高温固化。本发明制备得到的液氢环境用带法兰无内衬复合材料管路具有良好的力学性能，能够避免高温差和高压力差共同作用下微裂纹的产生，防止使用过程中液氢渗透情况的发生。

技术研发人员：屠硕,蔡立柱,裴金迪,梁思佳
受保护的技术使用者：沈阳欧施盾新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16