[发明专利]智能化二维碳纤维复合材料耐压气瓶及其制备方法

权利要求书

1.一种智能化二维碳纤维复合材料耐压气瓶的制备方法，其特征在于，智能化二维碳纤维复合材料耐压气瓶包括筒身段、封头段和连接筒身段和封头段的连接段，其中：

所述筒身段为二维螺旋缠绕层，所述筒身段设置有均匀分布的第一传感器，所述第一传感器埋入所述筒身段的中间或外表面位置；

所述封头段也为二维螺旋缠绕层，所述封头段设置有均匀分布的第二传感器，所述第二传感器埋入所述封头段的中间或外表面位置；

所述连接段通过纵向缝合的二维编织叠层结构将所述筒身段和封头段连接，所述连接段设置有第三传感器，所述第三传感器埋入所述连接段的中间或外表面位置；

所述二维螺旋缠绕层由主体纤维和辅助纤维组成；所述筒身段的外径尺寸为5～30cm，所述筒身段的厚度为5～40mm，所述筒身段的长度为0.5～3m；所述封头段的高度为10～40cm，所述封头段厚度为5～40mm；所述连接段的长度为20～40cm；

所述第一传感器和第二传感器为光纤、光栅、磁栅、应变片中的一种或几种组合，所述第三传感器为光纤或应变片中的一种或两种组合，所述第一传感器、第二传感器和第三传感器的数量为一个或多个；

一种智能化二维碳纤维复合材料耐压气瓶的制备方法，包括以下步骤：

(1)筒身段的制备：将主体纤维和辅助纤维同步浸渍复合树脂，主体纤维和辅助纤维按一定比例、一定缠绕角度在芯模基体上采用螺旋缠绕工艺制备二维螺旋缠绕层；制备二维碳纤维缠绕层的同时，在二维螺旋缠绕层的厚度的中间或外表面位置埋入第一传感器，得到耐压气瓶的筒身段；

(2)封头段的制备：将主体纤维和辅助纤维同步浸渍复合树脂，主体纤维和辅助纤维按一定比例、一定缠绕角度在芯模基体上采用螺旋缠绕工艺制备二维螺旋缠绕层；制备该二维螺旋缠绕层的同时，在该二维螺旋缠绕层的中间或外表面位置埋入第二传感器，得到耐压气瓶的封头段；

(3)连接段的制备：采用二维编织工艺对筒身段的螺旋缠绕层边缘和封头段的螺旋缠绕层边缘的叠层结构进行连接，叠层之间通过纵向缝合形成整体；在纵向缝合的同时，将第三传感器与纤维混杂引入缝合结构中，得到预制体浸胶复合结构；

(4)预浸纤维预制体结构的固化成型：将步骤(3)制备所得预制体浸胶复合结构置于固化炉中加热固化，将固化后的产品脱模和二次处理成型。

2.根据权利要求1所述的智能化二维碳纤维复合材料耐压气瓶的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述筒身段的二维螺旋缠绕层的主体纤维的使用量在80％以上，所述主体纤维为碳纤维，辅助纤维为碳化硅纤维、氧化铝纤维、氮化硼纤维、玄武岩纤维中的一种或几种组合。

3.根据权利要求1所述的智能化二维碳纤维复合材料耐压气瓶的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述封头段的二维螺旋缠绕层的主体纤维的使用量在80％以上，所述主体纤维为碳纤维，所述辅助纤维为芳纶纤维、UHMWPE纤维和玄武岩纤维中的一种或几种组合。

4.根据权利要求1所述的智能化二维碳纤维复合材料耐压气瓶的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)和步骤(2)中，所述复合树脂的含胶量在20～50％之间，所述复合树脂为环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨树脂、聚乙烯树脂热塑性或热固性树脂中的一种或几种组合。

5.根据权利要求1所述的智能化二维碳纤维复合材料耐压气瓶的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)和步骤(2)中，所述螺旋缠绕工艺沿着筒身段或封头段的轴线为轮廓进行，所述筒身段和封头段的螺旋缠绕层的厚度为5～10cm，该二维螺旋缠绕层的缠绕角度为5～90°。

6.根据权利要求1所述的智能化二维碳纤维复合材料耐压气瓶的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述纵向缝合的纱线包括碳纤维和其他纤维，所述其他纤维为芳纶纤维、UHMWPE纤维、玄武岩纤维和玻璃纤维的一种或多种组合，其中碳纤维与其它纤维的比例为5:1～10:1。

7.根据权利要求1所述的智能化二维碳纤维复合材料耐压气瓶的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，固化温度为120～140℃，固化时间为1～3h。