一种二维编织缝合复合材料气瓶的制造方法
技术领域
本发明涉及新型复合材料气瓶领域，尤其涉及一种二维编织缝合复合材料气瓶及其制造方法。
背景技术
复合材料气瓶具有杰出的物理、机械和热性能，特别是具有轻质高强、比模量高、比强度高、材料性能可设计、抗疲劳、抗腐蚀等优势，在交通运输、介质存储、航空航天、抢险救生、医疗卫生等领域有着广泛的应用。
目前复合材料气瓶主要是缠绕式气瓶，由在铝制内胆上缠绕一定厚度的已浸渍树脂的纤维经固化成型后得到的，这种气瓶在厚度方向上仍是单层纤维排布，层与层间的连接只是依赖树脂基体，在后续的使用中易出现分层等问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现在技术的不足，提出一种二维编织缝合复合材料气瓶的制造方法，采用该方法制得的复合材料气瓶能均匀地承担所受的载荷，同时增强了Z向的力学性能，使其在耐压环境中不会成为力学薄弱点。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种二维编织缝合复合材料气瓶的制造方法，其特点是，该方法包括以下步骤：
（1）以气瓶内胆为芯模，在二维编织机上来回编织所需的编织层；
（2）采用缝合方法将第一步中制备的多层编织层缝合成一个整体；
（3）采用RTM成型工艺，按照所需比例充入树脂，并在固化炉中固化成型；
（4）将固化完成的产品脱模后进行后续处理。
本发明一种二维编织缝合复合材料气瓶的制造方法中，其主要的发明点在于步骤（1）和（2）的编织与缝合。步骤（3）和（4）中涉及的具体RTM成型工艺，按照所需比例充入树脂，固化炉中固化成型，脱模及后续处理均可以采用现有技术常规工艺。
本发明所述的一种二维编织缝合复合材料气瓶及其制造方法，其进一步优选的技术方案是：步骤（1）中，所述气瓶内胆由高强度金属合金材料制备。比如高强度铝合金等，所述的高强度金属合金材料以适合气瓶所需的强度为准进行选材，可以为常规的制造气瓶用金属合金材料。
本发明所述的一种二维编织缝合复合材料气瓶及其制造方法，其进一步优选的技术方案是：所述步骤（1）中，所述的编织用纱线是碳纤维、聚酰亚胺纤维和Kevlar纤维，其中碳纤维为二维编织机的编织纱，聚酰亚胺纤维和Kevlar纤维中二选一为二维编织机的轴纱。
本发明所述的一种二维编织缝合复合材料气瓶及其制造方法，其进一步优选的技术方案是：所述步骤（2）中采用弯针缝合技术。弯针缝合技术是指缝针为弯月形缝针，缝针与摆线钩针处在同一边，随着缝针延缝线方向移动，弯针反复穿透制件使缝合线多次绕曲形成线套相连。
本发明所述的一种二维编织缝合复合材料气瓶及其制造方法，其进一步优选的技术方案是：所述步骤（3）中RTM工艺用树脂选择环氧树脂。
本发明所述的一种二维编织缝合复合材料气瓶及其制造方法，其进一步优选的技术方案是：步骤（1）中，通过二维编织得到一个整体网状结构的预制件。
本发明所述的一种二维编织缝合复合材料气瓶及其制造方法，其进一步优选的技术方案是：以铝合金为材料制备薄壁金属内衬作气瓶内胆，气瓶内胆的直径为200 mm－300mm，厚度为2mm，以此气瓶内胆为芯模，选择碳纤维为编织纱，聚酰亚胺纤维为轴纱，在芯模上来回编织，制得厚度为10mm的预制件；然后采用弯针缝合方法将预制件缝合起来，得到一个不分层的整体。
本发明所述的一种二维编织缝合复合材料气瓶及其制造方法，其进一步优选的技术方案是：步骤（1）中，设定编织角为60°－70°，在芯模上来回编织20－40层。
本发明所述的一种二维编织缝合复合材料气瓶及其制造方法，其进一步优选的技术方案是：步骤（2）中，采用弯针缝合方法，以Kevlar纤维为缝合线，设定针距为5mm－6mm，行距为9－11mm，缝合步骤（1）中编织得到的预制件，得到一个不分层的整体。
与现有技术相比，本发明方法具有以下有益效果：本发明方法最大优点是利用二维编织结合缝合工艺制备复合材料层的增强体，以该方法对比缠绕工艺，二维编织使得预制件是一个整体网状结构，纤维束在空间中相互交织，能共同均匀地承担所受的载荷。本发明方法缝合工艺将一定厚度的预制件连接成一个整体，增强了Z向的力学性能，使其在耐压环境中不会成为力学薄弱点。
附图说明
图1为本发明方法步骤（2）制得的缝合为一整体的气瓶胚子的结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，一种二维编织缝合复合材料气瓶的制造方法，该方法包括以下步骤：
（1）以铝合金为材料制备薄壁金属内衬作气瓶内胆3，以气瓶内胆3为芯模，气瓶内胆3的直径为200 mm，厚度为2mm，在二维编织机上来回编织得到一个整体网状结构的预制件；编织时选择碳纤维为编织纱，聚酰亚胺纤维或Kevlar纤维为轴纱，设定编织角为60°，在芯模上来回编织20层形成多层编织层1，预制件的厚度为10mm；
（2）采用弯针缝合方法，以Kevlar纤维为缝合线2，设定针距为5mm，行距为9mm，将第一步中编织得到的预制件缝合成一个整体；参照图1；
（3）采用RTM成型工艺，按照所需比例充入环氧树脂，并在固化炉中固化成型；
（4）将固化完成的产品脱模后进行后续处理。
实施例2，一种二维编织缝合复合材料气瓶的制造方法，该方法包括以下步骤：
（1）以铝合金为材料制备薄壁金属内衬作气瓶内胆3，以气瓶内胆3为芯模，气瓶内胆3的直径为300mm，厚度为3mm，在二维编织机上来回编织得到一个整体网状结构的预制件；编织时选择碳纤维为编织纱，聚酰亚胺纤维或Kevlar纤维为轴纱，设定编织角为70°，在芯模上来回编织40层形成多层编织层1，预制件的厚度为12mm；
（2）采用弯针缝合方法，以Kevlar纤维为缝合线2，设定针距为6mm，行距为11mm，将第一步中编织得到的预制件缝合成一个整体；参照图1；
（3）采用RTM成型工艺，按照所需比例充入环氧树脂，并在固化炉中固化成型；
（4）将固化完成的产品脱模后进行后续处理。
实施例3，一种二维编织缝合复合材料气瓶的制造方法，该方法包括以下步骤：
（1）以铝合金为材料制备薄壁金属内衬作气瓶内胆3，以气瓶内胆3为芯模，气瓶内胆3的直径为250mm，厚度为2mm，在二维编织机上来回编织得到一个整体网状结构的预制件；编织时选择碳纤维为编织纱，聚酰亚胺纤维或Kevlar纤维为轴纱，设定编织角为65°，在芯模上来回编织30层形成多层编织层1，预制件的厚度为11mm；
（2）采用弯针缝合方法，以Kevlar纤维为缝合线2，设定针距为5mm，行距为10mm，将第一步中编织得到的预制件缝合成一个整体；参照图1；
（3）采用RTM成型工艺，按照所需比例充入环氧树脂，并在固化炉中固化成型；
（4）将固化完成的产品脱模后进行后续处理。
实施例4，一种二维编织缝合复合材料气瓶的制造方法，包括以下步骤：
（1）以6061铝合金为材料制备薄壁金属内衬，该内衬的直径为250mm、厚度为2mm，以此内衬为芯模，选择24kT700的碳纤维为编织纱，聚酰亚胺纤维为轴纱，设定编织角为65°，在芯模上来回编织20层，形成多层编织层；
（2）采用弯针缝合方法，以Kevlar纤维为缝合线，设定针距为5mm、行距为10mm，缝合步骤（1）所得的预制件，得到一个不分层的整体；
（3）采用RTM成型工艺，充入树脂，并在固化炉中固化成型；
（4）将固化完成的产品脱模后进行后续处理，得到所需的二维编织缝合复合材料气瓶。
实施例5，一种二维编织缝合复合材料气瓶的制造方法，包括以下步骤：
（1）以7055铝合金为材料制备薄壁金属内衬，该内衬的直径为200mm、厚度为1mm，以此内衬为芯模，选择12kT700的碳纤维为编织纱，Kevlar纤维为轴纱，设定编织角为70°，在芯模上来回编织40层，形成多层编织层；
（2）采用弯针缝合方法，以Kevlar纤维为缝合线，设定针距为6mm、行距为10mm，缝合1）中的预制件，得到一个不分层的整体；
（3）采用RTM成型工艺，充入树脂，并在固化炉中固化成型；
（4）将固化完成的产品脱模后进行后续处理，得到所需的二维编织缝合复合材料气瓶。
