[发明专利]一种碳纤维复合材料厚壁气瓶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维复合材料厚壁气瓶的制备方法，首先制备了低粘度高韧性缠绕树脂，然后使碳纤维浸润在低粘度高韧性缠绕树脂中，采用特定的缠绕及排布方式缠绕于内衬外表面后，采用特定的固化制度固化得到一种碳纤维复合材料厚壁气瓶。本发明制备的低粘度高韧性缠绕树脂与碳纤维，特别是国产T800碳纤维具有良好界面匹配性，碳纤维的缠绕及排布方式包括多层次逐级扩孔铺层结构，适宜的张力递减制度等，能够保证碳纤维强度的良好发挥；采用本发明方法制备的国产T800碳纤维复合材料厚壁气瓶，爆破压力大于230MPa，容积70L，复合材料气瓶重量不大于80kg，产品质量优异，适用于新能源车载储氢系统中储存车用高压氢气等应用场景。

技术领域

本发明属于新能源车载储氢系统领域，涉及一种碳纤维复合材料厚壁气瓶及其制备方法。

背景技术

碳纤维复合材料因其具有轻质、高强、耐疲劳等优异的特点，广泛的应用于航空航天、民用产品等领域。随着世界各国对节能减排越来越重视，提出了“碳中和”等概念，广泛开展了新能源汽车的研究与应用。燃料电池汽车作为新能源汽车的一种受到了广泛的关注。车载储氢气瓶作为动力系统的关键部件，承担着储存高压氢气的重要作用。近年来以浙江大学、斯林达、科泰克等研究单位为代表在高压储存气瓶方面开展了深入研究，目前已形成铝合金内胆的高压70MPa复合材料储氢气瓶国家标准及非金属内衬高压70MPa复合材料团体标准等。

但目前高压复合材料储氢气瓶所用碳纤维主要为日本东丽T700S、T800S等进口纤维，应用国产碳纤维成型高压70MPa复合材料储氢气瓶尤为少见。随着国内近年来对国产碳纤维的研制的加大投入，国产碳纤维的性能得到了显著提升，比如国产T800碳纤维基本已达到或超过进口同等纤维的性能，采用国产T800碳纤维制备复合材料储氢气瓶有利于推动国产碳纤维的应用。T800碳纤维相比T700纤维其拉伸性能有明显提高，采用T800碳纤维制备复合材料气瓶具有良好的减重效果。由于70MPa复合材料储氢气瓶其爆破压力为其工作压力的2.5倍以上，以常规300mm内胆外径为例，复合材料层厚度约为30mm，为典型的厚壁复合材料气瓶，如何发挥出国产T800碳纤维的性能是推动国产碳纤维在高压储氢气瓶领域应用的关键难题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种碳纤维复合材料厚壁气瓶的制备方法，首先制备了低粘度高韧性缠绕树脂，然后使碳纤维浸润在低粘度高韧性缠绕树脂中，采用特定的缠绕及排布方式缠绕于内衬外表面后，采用特定的固化制度固化得到一种碳纤维复合材料厚壁气瓶。本发明制备的低粘度高韧性缠绕树脂与碳纤维，特别是国产T800碳纤维具有良好界面匹配性，碳纤维的缠绕及排布方式包括多层次逐级扩孔铺层结构，适宜的张力递减制度等，能够保证碳纤维的强度良好发挥；采用本发明方法制备的国产T800碳纤维复合材料厚壁气瓶，爆破压力大于230MPa，容积70L，复合材料气瓶重量不大于80kg，产品质量优异，适用于新能源车载储氢系统中储存车用高压氢气等应用场景。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种碳纤维复合材料厚壁气瓶的制备方法，包括以下步骤：

(1)利用如下质量份数的原料配置树脂A：

(2)利用如下质量份数的原料配置固化剂B：

二乙基甲苯二胺                    20份；

二氨基二苯基甲烷                  5～6份；

2-乙基-4-甲基咪唑                 0.5～0.8份；

(3)将树脂A与固化剂B混合均匀得到缠绕树脂；所述树脂A与固化剂B的质量份数比为100:23～27；