本发明涉及复合材料压力容器领域，具体地，涉及一种聚酰亚胺纤维复合材料气瓶及其制备方法和应用。
背景技术
复合材料压力容器的研究始于上世纪50年代，主要用于航空航天领域中的燃料气体储罐或压力源。由于其具有比传统金属材料压力容器更高的工作压力、更好的安全性和更低的重量，在气体储存和运输过程中具有至关重要的作用。尤其是近年来，随着高性能纤维技术的快速发展，由金属内衬和玻璃纤维或碳纤维缠绕组成的复合材料气瓶在压缩天然气、呼吸用氧气、飞机滑梯充气等民用领域得到了广泛的应用。
在呼吸器用纤维缠绕复合气瓶的发展过程中，早期采用的是铝合金内胆、外层由玻璃纤维或芳纶纤维增强环氧树脂缠绕成型，主要用于消防呼吸气瓶或家用氧气治疗气瓶。针对呼吸气瓶的研制和生产，美国压缩气体协会分别于1970年和1982年推出了《frp纤维增强3fc型复合材料气瓶基本要求》和《frp纤维增强3hw型复合材料气瓶的基本要求》。标准中要求气瓶的容积范围小于等于90.7l，工作压力范围在6.2-34.5mpa之间。为进一步提高气瓶的质量、并在同等体积条件下降低气瓶的重量，1994年，欧洲率先开发出了铝合金内胆、碳纤维缠绕的复合材料气瓶，该气瓶只有相同容积铝气瓶或钢气瓶重量的34％，较玻璃纤维缠绕气瓶重量减轻15-30％。
由于呼吸用复合材料气瓶与燃料气瓶不同，使用频率和使用环境相对复杂，对气瓶的保护措施也相对简单，要求气瓶具有更高的安全性和耐冲击性能，防止气瓶因跌落或磕碰造成较大的强度损失而导致失效或爆裂。而碳纤维材料虽然具有高强度、高模量的性能特点，但其刚性高、脆性较大，制备的复合材料韧性不佳，耐冲击性能较差，因此通常情况下呼吸用碳纤维复合材料气瓶的外表面需要缠绕玻璃纤维复合材料进行保护。
因此，现在急需一种强度、韧性和耐冲击性等均较优异的新型复合材料气瓶及其制备方法。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术中复合材料气瓶强度、韧性和耐冲击性较差的缺陷，提供一种聚酰亚胺纤维复合材料气瓶及其制备方法和应用。
因此，为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种聚酰亚胺纤维缠绕复合材料气瓶，该气瓶包括内胆和缠绕在所述内胆外表面的聚酰亚胺纤维缠绕层，所述聚酰亚胺纤维缠绕层含有树脂基体和分散在所述树脂基体中的聚酰亚胺纤维，所述聚酰亚胺纤维由联苯型聚酰亚胺形成。
第二方面，本发明提供了一种制备上述聚酰亚胺纤维缠绕复合材料气瓶的方法，该方法包括：
(1)将聚酰亚胺纤维浸渍于树脂溶液中，得到聚酰亚胺纤维预浸料，所述树脂溶液用于形成树脂基体；
(2)将步骤(1)得到的聚酰亚胺纤维预浸料缠绕在内胆外表面，纤维缠绕的角度为8-12°，缠绕层数大于20层，缠绕层厚度为0.5-3mm；
(3)将步骤(2)得到的气瓶进行加热固化。
第三方面，本发明提供了上述聚酰亚胺纤维缠绕复合材料气瓶用于呼吸用储氧气瓶、潜水用氧气瓶或高原用氧气瓶的应用。
本发明中，高韧性聚酰亚胺纤维缠绕制得的复合材料气瓶，能够很好地避免芳纶纤维因吸水率较高和紫外老化造成的强度下降问题，还具有比碳纤维复合材料更低的密度以及更好的韧性和耐冲击性能，有效解决了碳纤维缠绕气瓶外层需要继续缠绕玻璃纤维作为保护层的问题，简化生产工艺的同时进一步降低了产品重量。同等体积和工作压力的条件下，采用聚酰亚胺纤维制备的复合材料气瓶较碳纤维复合材料气瓶的重量降低了约10％。总之，本发明制得的聚酰亚胺纤维缠绕复合材料气瓶具有较高的强度、韧性和耐冲击性，且重量较轻。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种聚酰亚胺纤维缠绕复合材料气瓶，该气瓶包括内胆和缠绕在所述内胆外表面的聚酰亚胺纤维缠绕层，所述聚酰亚胺纤维缠绕层含有树脂基体和分散在所述树脂基体中的聚酰亚胺纤维，所述聚酰亚胺纤维由联苯型聚酰亚胺形成。
根据本发明所述的气瓶，聚酰亚胺纤维可以为本领域各种聚酰亚胺纤维，优选地，所述聚酰亚胺纤维的拉伸强度为2.5-4gpa，更优选为2.8-3.2gpa。
优选地，所述聚酰亚胺纤维的拉伸模量为80-150gpa，更优选为80-120gpa。
优选地，所述聚酰亚胺纤维的断裂伸长率大于2.5％，更优选大于3％，从而能够进一步提高制得复合材料气瓶的韧性。
优选地，所述聚酰亚胺纤维的玻璃化温度大于300℃，从而能够有效保证制得的复合材料气瓶的耐高温性能。
优选地，所述聚酰亚胺纤维的5wt％热分解温度大于500℃，从而能够有效保证制得的复合材料气瓶的耐高温性能。
优选地，所述聚酰亚胺纤维的单丝直径为5-15μm，更优选为5-8μm，从而能够进一步提高制得的复合材料气瓶的抗冲击性能。
优选地，所述聚酰亚胺纤维的丝束线密度为500-1500d，更优选为800-1000d，以更好地满足现有的制备工艺要求。
在本发明的一种优选实施方式中，所述聚酰亚胺纤维为分子链内含有醚键、硫醚键或酮键等柔性基团的高韧性聚酰亚胺纤维。
在本发明的一种优选实施方式中，所述聚酰亚胺纤维的拉伸强度为2.8-3.2gpa；所述聚酰亚胺纤维的拉伸模量为80-120gpa；所述聚酰亚胺纤维的断裂伸长率大于3％；所述聚酰亚胺纤维的玻璃化温度大于300℃；所述聚酰亚胺纤维的5wt％热分解温度大于500℃；所述聚酰亚胺纤维的单丝直径为5-8μm；所述聚酰亚胺纤维的丝束线密度为800-1000d，从而能够更进一步提高制得复合材料气瓶的韧性、耐高温性能和耐冲击性能。
根据本发明所述的气瓶，高强联苯型聚酰亚胺纤维(拉伸强度大于3gpa)是近年来由我国率先开发出并实现工业化生产的高性能有机纤维，其具有高强度、高模量、耐高低温、耐紫外老化、低吸水率、低密度等优异的性能特点。
更优选地，联苯型聚酰亚胺由第一芳香族二元酐、第二芳香族二元酐、第一芳香族二元胺和第二芳香族二元胺合成，所述第一芳香族二元酐不含醚键和硫醚键，所述第二芳香族二元酐的分子中含有醚键和硫醚键中的至少一种；所述第一芳香族二元胺不含醚键、硫醚键和酮键，所述第二芳香族二元胺的分子中含有醚键、硫醚键和酮键中的至少一种；因此，当合成所用的单体含有醚键、硫醚键或酮键时，能够通过向刚性的聚酰亚胺分子链中引入醚键、硫醚键、酮基等柔性基团来调节分子链的柔性，当纤维受外力作用时，分子链能够通过键角的调节和螺旋链的螺距的改变来实现应变的增长，从而赋予纤维较高的伸长率和柔韧性，进一步提高制得复合材料气瓶的韧性和耐冲击性能。另外，采用分子链内含有醚键、硫醚键或酮键等柔性基团的高韧性聚酰亚胺纤维缠绕制备复合材料气瓶，能够很好地避免芳纶纤维因吸水率较高和紫外老化造成的强度下降问题。
进一步优选地，以第一芳香族二元酐和第二芳香族二元酐的总摩尔数为基准，所述第一芳香族二元酐的含量为70-90mol％，所述第二芳香族二元酐的含量为10-30mol％，以第一芳香族二元胺和第二芳香族二元胺的总摩尔数为基准，所述第一芳香族二元胺的含量为70-90mol％，所述第二芳香族二元胺的含量为10-30mol％，从而能够进一步提高制得复合材料气瓶的韧性和耐冲击性能。
本发明中，二元酐和二元胺的摩尔数之比可以在1：(0.98-1.02)之间。进一步优选地，所述第一芳香族二元酐为3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐(bpda)，所述第一芳香族二元胺为对苯二胺(p-pda)，所述第二芳香族二元酐为4,4’-对苯二氧双邻苯二甲酸酐(hqda)和/或3,3’,4,4’-二苯硫醚四酸二酐(dtda)，所述第二芳香族二元胺为4,4’-二(4-氨基苯氧基)联苯(bapb)、4,4’-二氨基二苯硫醚(sda)、3,3’-二氨基二苯甲酮(dapb)和1,4-亚苯基二[[4-(4-氨基苯氧基)苯基]甲酮](pbapb)中的至少一种。更优选地，以第一芳香族二元酐和第二芳香族二元酐的总摩尔数为基准，所述第一芳香族二元酐的含量为75-85mol％，所述第二芳香族二元酐的含量为15-25mol％，以第一芳香族二元胺和第二芳香族二元胺的总摩尔数为基准，所述第一芳香族二元胺的含量为75-85mol％，所述第二芳香族二元胺的含量为15-25mol％，从而能够进一步优化制得的复合材料气瓶的韧性和耐冲击性能。
本发明中，第一芳香族二元酐、第二芳香族二元酐、第一芳香族二元胺和第二芳香族二元胺中的“第一”和“第二”仅仅是为了方便区别不同种类的芳香族二元酐或芳香族二元胺。
本发明中，聚酰亚胺纤维的合成制备方法可以参照文献“共聚型聚酰亚胺纤维的结构与性能，于文骁，汪晓东，吴战鹏，牛鸿庆，韩恩林，武德珍，合成纤维，2013，42：12-16”的方法进行。
根据本发明所述的气瓶，优选地，以聚酰亚胺纤维缠绕层为基准，所述树脂基体的含量为10-50体积％，所述聚酰亚胺纤维的含量为50-90体积％，进一步优选地，以聚酰亚胺纤维缠绕层为基准，所述树脂基体的含量为30-40体积％，所述聚酰亚胺纤维的含量为60-70体积％，从而能够进一步优化制得复合材料气瓶的韧性、耐高温性和耐冲击性能。
根据本发明所述的气瓶，树脂基体可以由树脂组合物形成，其中，所述树脂组合物可以为本领域各种常规的树脂组合物。优选地，所述树脂组合物含有主树脂和以及可选的改性树脂。进一步优选地，所述主树脂为环氧树脂、酚醛树脂和不饱和聚酯树脂中的至少一种，更优选为环氧树脂。
在本发明上述优选实施方式中，所述改性树脂优选为异戊二烯增韧改性环氧树脂、橡胶改性环氧树脂和超支化环氧树脂中的至少一种，更优选为橡胶改性环氧树脂，所述橡胶改性环氧树脂例如可以为端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂、端羟基丁腈橡胶改性环氧树脂和端羧基聚丁二烯改性环氧树脂中的至少一种，优选为端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂。
根据本发明所述的气瓶，优选地，所述树脂组合物含有主树脂和改性树脂，以主树脂和改性树脂的总重量为基准，所述主树脂的含量为40-80重量％，更优选为50-70重量％，所述改性树脂的含量为20-60重量％，更优选为30-50重量％，从而能够进一步提高制得复合材料气瓶的韧性和耐冲击性能。
根据本发明所述的气瓶，当主树脂为环氧树脂时，所述树脂组合物还可以含有固化剂，优选地，所述固化剂为脂肪族胺、酸酐、芳香族胺和低分子聚酰胺中的至少一种。当所述树脂组合物含有固化剂时，相对于100重量份的主树脂和改性树脂的总重量，所述固化剂的含量可以为10-20重量份。
根据本发明所述的气瓶，所述内胆可以为本领域各种常规的气瓶用内胆，例如可以为金属内胆，当所述内胆为金属内胆时，所述金属内胆可以为铝合金内胆或不锈钢内胆，优选为铝合金内胆。
本发明中，聚酰亚胺纤维在内胆外表面缠绕的方式可以为本领域各种纤维缠绕气瓶制备复合材料气瓶的方法，例如，所述缠绕可以为螺旋缠绕和/或环绕缠绕。缠绕的层数可以根据气瓶的设计工作压力采用有限元法计算得到。本发明中，气瓶的设计工作压力大于20mpa时，根据有限元法计算得到缠绕的层数大于20层。对于有限元法具体的计算过程，本领域技术人员例如可以参照“郑长良，任明法，陈浩然，具有内衬缠绕式压力容器缠绕过程的有限元模拟，机械强度，2006(06)：913-918”文献中的方法进行有限元法计算。
本发明的聚酰亚胺纤维缠绕复合材料气瓶的设计工作压力大于或等于20mpa，爆破压力大于70mpa，容积特征系数(pv/w)值大于25，安全系数大于3.0，纤维的强度发挥效率大于80％。采用同样材料组成体系制备的复合材料单向板的拉伸强度可达1600mpa以上，层间断裂韧性(gⅰc)大于460j/m2，冲击强度最高可达20.3kj/m2。
其中，pv/w的计算方式为：容器的爆破压强乘以容积，除以复合材料层的重量，该值越大，容器的结构效率越高。
第二方面，本发明提供了一种制备上述聚酰亚胺纤维缠绕复合材料气瓶的方法，该方法包括：
(1)将聚酰亚胺纤维浸渍于树脂溶液中，得到聚酰亚胺纤维预浸料，所述树脂溶液用于形成树脂基体；
(2)将步骤(1)得到的聚酰亚胺纤维预浸料缠绕在内胆外表面，纤维缠绕的角度为8-12°，缠绕层数大于20层，缠绕层厚度为0.5-3mm；
(3)将步骤(2)得到的气瓶进行加热固化。
本发明中，纤维缠绕的角度指的是聚酰亚胺纤维预浸料与气瓶内胆径向的夹角(锐角)。
根据本发明所述的方法，该方法还包括在步骤(1)前，制备树脂溶液。所述树脂溶液的制备方法包括：将树脂组合物预热至30-40℃。
根据本发明所述的方法，缠绕的层数可以根据气瓶的设计工作压力采用有限元法计算得到。本发明中，气瓶的设计工作压力大于20mpa时，根据有限元法计算得到缠绕的层数大于20层。对于有限元法具体的计算过程，本领域技术人员例如可以参照“具有内衬缠绕式压力容器缠绕过程的有限元模拟，郑长良，任明法，陈浩然，机械强度，2006(06)：913-918”文献中的方法进行有限元法计算。
根据本发明所述的方法，步骤(2)中用于缠绕步骤(1)得到的聚酰亚胺纤维预浸料的内胆为经探伤检测后的气瓶内胆。
根据本发明所述的方法，该方法还可以包括：将经探伤检测后的气瓶内胆涂覆胶黏剂涂层后再缠绕步骤(1)得到的聚酰亚胺纤维预浸料。其中，胶黏剂可以为本领域各种胶黏剂，例如可以为环氧类胶黏剂、有机硅类胶黏剂。
根据本发明所述的方法，该方法还可以包括：将步骤(2)得到的气瓶脱泡后加热固化，脱泡可以为本领域各种脱泡工艺，例如可以为真空脱泡。真空脱泡时间可以为30-60min。
根据本发明所述的方法，步骤(3)中，优选地，所述加热固化的程序包括：以2-3℃/min的速率升至40-50℃，保温60-120min，以2-3℃/min的速率升温至80-90℃，保温180-240min，然后以2-5℃/min的速率冷却至室温。
本发明制得的聚酰亚胺纤维缠绕复合材料气瓶的设计工作压力大于或等于20mpa，爆破压力大于70mpa，pv/w值大于25，安全系数大于3.0。
第三方面，本发明提供了上述聚酰亚胺纤维缠绕复合材料气瓶用于呼吸用储氧气瓶、潜水用氧气瓶或高原用氧气瓶的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
下述实施例中聚酰亚胺纤维的合成制备方法参照文献“共聚型聚酰亚胺纤维的结构与性能，于文骁，汪晓东，吴战鹏，牛鸿庆，韩恩林，武德珍，合成纤维，2013，42：12-16”中的方法进行。
实施例1
本实施例用于说明本发明的聚酰亚胺纤维复合材料气瓶及其制备方法。
(1)合成聚酰亚胺的单体为：3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐(bpda)、4,4’-对苯二氧双邻苯二甲酸酐(hqda)、对苯二胺(p-pda)、4,4’-二(4-氨基苯氧基)联苯(bapb)，且上述四种单体的摩尔数之比为85:15:85:15。
(2)将铝合金内胆进行探伤检测，然后在其表面涂覆有机硅类胶黏剂(kj-998高强度硅胶粘硅胶，购自深圳市科佳胶粘材料有限公司)涂层。
(3)将树脂组合物预热至30℃，制得树脂溶液，然后将步骤(1)制得的聚酰亚胺纤维浸渍于树脂溶液中，得到聚酰亚胺纤维预浸料，其中，聚酰亚胺纤维和树脂组合物的用量以制得的气瓶中聚酰亚胺纤维缠绕层为基准，所述树脂基体的含量为30体积％，所述聚酰亚胺纤维的含量为70体积％，所述树脂组合物的组成为：以主树脂和改性树脂的总重量为基准，主树脂(环氧树脂e-51，购自岳阳巴陵石油化工有限公司)的用量为70重量％，橡胶改性环氧树脂(端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂，购自山东淄博齐龙化工有限公司)的含量为30重量％，相对于100重量份的主树脂和改性树脂的总重量，固化剂651(低分子聚酰胺类固化剂，购自岳阳巴陵石油化工有限公司)的用量为20重量份。
(4)设计工作压力为20mpa，按照有限元法计算缠绕的层数为22，并将步骤(3)得到的聚酰亚胺纤维预浸料螺旋缠绕在步骤(2)得到的内胆外表面上，缠绕的角度为10°，达到预设的层数后停止缠绕。
(5)将步骤(4)得到的气瓶真空脱泡并加热固化，所述真空脱泡的时间为40min，所述热固化程序为：以2℃/min的速率升至50℃，保温60min，以2℃/min的速率升温至80℃，保温240min，然后以2℃/min的速率冷却至室温，制得聚酰亚胺纤维复合材料气瓶a1。
采用与上述步骤(3)-(5)同样的方法制备复合材料单向板c1，不同的是，不将聚酰亚胺纤维预浸料缠绕在气瓶的外表面，而是将聚酰亚胺纤维预浸料制成4.0mm厚单板，然后按照上述方法加热固化，制得复合材料单向板c1。
实施例2
本实施例用于说明本发明的聚酰亚胺纤维复合材料气瓶及其制备方法。
(1)合成聚酰亚胺的单体为：3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐(bpda)、3,3’,4,4’-二苯硫醚四酸二酐(dtda)、对苯二胺(p-pda)、3,3’-二氨基二苯甲酮(dapb)，且上述四种单体的摩尔数之比为80:20:80:20。
(2)将铝合金内胆进行探伤检测，然后在其表面涂覆有机硅类胶黏剂(kj-998高强度硅胶粘硅胶，购自深圳市科佳胶粘材料有限公司)涂层。
(3)将树脂组合物预热至40℃，制得树脂溶液，然后将步骤(1)制得的聚酰亚胺纤维浸渍于树脂溶液中，得到聚酰亚胺纤维预浸料，其中，聚酰亚胺纤维和树脂组合物的用量以制得的气瓶中聚酰亚胺纤维缠绕层为基准，所述树脂基体的含量为35体积％，所述聚酰亚胺纤维的含量为65体积％，所述树脂组合物的组成为：以主树脂和改性树脂的总重量为基准，主树脂(环氧树脂e-51，购自岳阳巴陵石油化工有限公司)的用量为60重量％，橡胶改性环氧树脂(端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂，购自山东淄博齐龙化工有限公司)的含量为40重量％，相对于100重量份的主树脂和改性树脂的总重量，固化剂651(低分子聚酰胺类固化剂，购自岳阳巴陵石油化工有限公司)的用量为10重量份。
(4)设计工作压力为20mpa，按照有限元法计算缠绕的层数为24，并将步骤(3)得到的聚酰亚胺纤维预浸料螺旋缠绕在步骤(2)得到的内胆外表面上，缠绕的角度为10°，达到预设的层数后停止缠绕。
(5)将步骤(4)得到的气瓶真空脱泡并加热固化，所述真空脱泡的时间为30min，所述热固化程序为：以2℃/min的速率升至50℃，保温120min，以2℃/min的速率升温至90℃，保温180min，然后以2℃/min的速率冷却至室温，制得聚酰亚胺纤维复合材料气瓶a2。
采用与上述步骤(3)-(5)同样的方法制备复合材料单向板c2，不同的是，不将聚酰亚胺纤维预浸料缠绕在气瓶的外表面，而是将聚酰亚胺纤维预浸料制成4.0mm厚单板，然后按照上述方法加热固化，制得复合材料单向板c2。
实施例3
本实施例用于说明本发明的聚酰亚胺纤维复合材料气瓶及其制备方法。
(1)合成聚酰亚胺的单体为：3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐(bpda)、3,3’,4,4’-二苯硫醚四酸二酐(dtda)、对苯二胺(p-pda)、4,4’-二氨基二苯硫醚(sda)，且上述四种单体的摩尔数之比为75:25:75:25。
(2)将铝合金内胆进行探伤检测，然后在其表面涂覆有机硅类胶黏剂(kj-998高强度硅胶粘硅胶，购自深圳市科佳胶粘材料有限公司)涂层。
(3)将树脂组合物预热至30℃，制得树脂溶液，然后将步骤(1)制得的聚酰亚胺纤维浸渍于树脂溶液中，得到聚酰亚胺纤维预浸料，其中，聚酰亚胺纤维和树脂组合物的用量以制得的气瓶中聚酰亚胺纤维缠绕层为基准，所述树脂基体的含量为40体积％，所述聚酰亚胺纤维的含量为60体积％，所述树脂组合物的组成为：以主树脂和改性树脂的总重量为基准，主树脂(环氧树脂e-51，购自岳阳巴陵石油化工有限公司)的用量为50重量％，橡胶改性环氧树脂(端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂，购自山东淄博齐龙化工有限公司)的含量为50重量％，相对于100重量份的主树脂和改性树脂的总重量，固化剂651(低分子聚酰胺类固化剂，购自岳阳巴陵石油化工有限公司)的用量为10重量份。
(4)设计工作压力为20mpa，按照有限元法计算缠绕的层数为28，并将步骤(3)得到的聚酰亚胺纤维预浸料螺旋缠绕在步骤(2)得到的内胆外表面上，螺旋的角度为12°，达到预设的层数后停止缠绕。
(5)将步骤(4)得到的气瓶真空脱泡并加热固化，所述真空脱泡的时间为60min，所述热固化程序为：以3℃/min的速率升至50℃，保温100min，以3℃/min的速率升温至80℃，保温200min，然后以2℃/min的速率冷却至室温，制得聚酰亚胺纤维复合材料气瓶a3。
采用与上述步骤(3)-(5)同样的方法制备复合材料单向板c3，不同的是，不将聚酰亚胺纤维预浸料缠绕在气瓶的外表面，而是将聚酰亚胺纤维预浸料制成4.0mm厚单板，然后按照上述方法加热固化，制得复合材料单向板c3。
实施例4
本实施例用于说明本发明的聚酰亚胺纤维复合材料气瓶及其制备方法。
按照实施例1的方法制备聚酰亚胺纤维复合材料气瓶a4和复合材料单向板c4，不同的是，合成聚酰亚胺纤维的单体为3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐(bpda)和对苯二胺(p-pda)，单体摩尔比为1:1，制得聚酰亚胺纤维复合材料气瓶，以制得聚酰亚胺纤维复合材料气瓶a4和复合材料单向板c4。
实施例5
本实施例用于说明本发明的聚酰亚胺纤维复合材料气瓶及其制备方法。
按照实施例1的方法制备聚酰亚胺纤维复合材料气瓶a5和复合材料单向板c5，不同的是，以制得气瓶中的聚酰亚胺纤维缠绕层为基准，树脂基体的含量为15体积％，所述聚酰亚胺纤维的含量为85体积％，以制得聚酰亚胺纤维复合材料气瓶a5和复合材料单向板c5。
实施例6
本实施例用于说明本发明的聚酰亚胺纤维复合材料气瓶及其制备方法。
按照实施例1的方法制备聚酰亚胺纤维复合材料气瓶a6和复合材料单向板c6，不同的是，用等量的主树脂替换改性树脂，以制得聚酰亚胺纤维复合材料气瓶a6和复合材料单向板c6。
对比例1
按照实施例1的方法制备复合材料气瓶d1和复合材料单向板e1，不同的是，采用碳纤维(t300)替代聚酰亚胺纤维，以制得碳纤维复合材料气瓶d1和复合材料单向板e1。
对比例2
按照实施例1的方法制备复合材料气瓶d2和复合材料单向板e2，不同的是，采用芳纶纤维(kevlar49)替代聚酰亚胺纤维，以制得芳纶纤维复合材料气瓶d2和复合材料单向板e2。
对比例3
按照实施例1的方法制备聚酰亚胺纤维复合材料气瓶d3和复合材料单向板e3，不同的是，采用非联苯型聚酰亚胺代替实施例1中的联苯型聚酰亚胺，合成非联苯型聚酰亚胺的单体为均苯四甲酸二酐(pmda)和二氨基二苯醚(oda)，单体摩尔比为1：1，以制得聚酰亚胺纤维复合材料气瓶d3和复合材料单向板e3。
测试例
采用水压试验方法测定实施例1-6和对比例1-3制得的气瓶a1-a6和d1-d3的爆破压力和安全系数(安全系数的计算方式为爆破压力除以设计压力)，测定结果见下表1；分别按照gb/t3354-2014、gjb586-1988和jb/t9389-2008测定实施例1-6和对比例1-3制得的复合材料单向板c1-c6和e1-e3的拉伸强度、层间断裂韧性和冲击强度，测定结果见下表2。
表1
表2
通过上表中的数据可以看出，当本发明制得的聚酰亚胺纤维复合材料气瓶的设计工作压力为20mpa时，其爆破压力可达70mpa以上；复合材料单向板的拉伸强度可达1600mpa以上，层间断裂韧性gic大于460j/m2，冲击强度最高可达20.3kj/m2。虽然爆破压力略低于碳纤维复合材料气瓶，但聚酰亚胺纤维复合材料的层间断裂韧性和冲击强度则高于碳纤维复合材料，有利于更好的避免气瓶在使用过程中因磕碰而产生应力集中，导致气瓶耐压能力下降的问题。因此，本发明制得的聚酰亚胺纤维复合材料气瓶可更好地用于呼吸用储氧气瓶、潜水用氧气瓶或高原用氧气瓶的应用。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。