[发明专利]一种全缠绕复合气瓶用玄武岩纤维纱

说明书

本发明公开了一种全缠绕复合气瓶用玄武岩纤维纱，所述玄武岩纤维纱单丝直径7～16μm，本发明所述的玄武岩纤维纱线密度600～3600，所述的玄武岩纤维纱合股后的拉伸强度大于0.58N/tex，所述的玄武岩纤维纱合股后的弹性模量大于85GPa，所述的玄武岩纤维纱密度小于2650kg/m3。用这种玄武岩纤维制备得到的全缠绕气瓶，重量可比玻璃纤维全缠绕气瓶低12％以上，价格比碳纤维气瓶低30％，而且耐候性好、使用寿命长、安全稳定，性价比突出。

技术领域

本发明属于复合材料领域，特别是涉及一种全缠绕复合气瓶用玄武岩纤维纱。

背景技术

近年来，我国的机动车保有量逐年上升，石油进口比例不断攀升，带来严重的能源安全问题。同时，机动车排放的汽车尾气引起的空气污染问题也频繁发生，危害人们的生存健康。荷兰、印度、德国和法国等都已明确2025年开始逐步禁售燃油车，取而代之的是污染物排放少的新能源汽车。新能源汽车中的热门，电动汽车，因为锂离子电池的能量密度低带来的“里程焦虑”问题一直未能突破，近两年在政府补贴下滑的情况下发展缓慢。天然气汽车技术原理与燃油汽车类似，技术成熟，并且天然气燃烧无氮氧化物和硫化物的排放，绿色环保，具有较好的推广前景。

天然气汽车中的储气瓶，根据材料和结构不同，分为CNG-1、CNG-2、CNG-3和CNG-4四种。CNG-1由纯钢或铝制成，但重量大、储气量少，续航里程短。CNG-2是在金属内胆外环向缠绕一层纤维复合材料，可大大增强气瓶的储气压力，增加储气量，但安全稳定性差，在欧洲被禁止使用。CNG-3是在金属内胆外全缠绕多层纤维复合材料，气瓶的爆破强度和稳定性大大增加，重量明显减小。CNG-4是在塑料内胆外全缠绕多层碳纤维复合材料，轻量化效果最好，但技术尚未成熟。因此，CNG-3全缠绕复合气瓶具有较好的发展前景。

现有的全缠绕气瓶用纤维纱有玻璃纤维和碳纤维，玻璃纤维强度低、密度大，减重效果有限；碳纤维强度高、密度小，但价格高，市场接受程度低。玄武岩纤维采用天然的玄武岩矿石在1450℃下熔融拉丝而成，拉伸强度比玻璃纤维高10～20％，密度与玻璃纤维类似，价格不及碳纤维的1/8，具有较高的性价比，市场前景广阔。

使用常规的玄武岩纤维纱缠绕而得的全缠绕气瓶，气瓶爆破强度可达70MPa以上，但由于树脂在纤维表面的浸润效果差，气瓶的水压疲劳寿命仅1万次左右，无法满足ISO11439-2013标准要求。因此，为解决玄武岩纤维全缠绕复合气瓶的疲劳寿命问题，开发一种可制作高疲劳寿命的全缠绕复合气瓶的玄武岩纤维，降低天然气气瓶的重量和成本，对我国汽车轻量化和节能减排具有非常重要的现实意义。

现有的全缠绕气瓶，使用碳纤维和玻璃纤维作为增强纤维。碳纤维全缠绕气瓶，重量轻、强度高，但成本高，难广泛应用到普通乘用车，而且层间剪切性能差，尤其是受冲击后强度下降明显；玻璃纤维全缠绕气瓶，成本低廉，但重量大、强度低，而且玻璃纤维耐久性差，影响气瓶的长期安全性。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供结构一种全缠绕复合气瓶用玄武岩纤维纱，兼顾碳纤维和玻璃纤维的优点。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种全缠绕复合气瓶用玄武岩纤维纱，所述玄武岩纤维纱单丝直径7～16μm，本发明所述的玄武岩纤维纱线密度600～3600，所述的玄武岩纤维纱合股后的拉伸强度大于0.58N/tex，所述的玄武岩纤维纱合股后的弹性模量大于85GPa，所述的玄武岩纤维纱密度小于2650kg/m3。用这种玄武岩纤维制备得到的全缠绕气瓶，重量可比玻璃纤维全缠绕气瓶低12％以上，价格比碳纤维气瓶低30％，而且耐候性好、使用寿命长、安全稳定，性价比突出。

上述技术方案中国，优选的，所述的玄武岩纤维纱使用硅烷偶联剂、环氧成膜剂、助成膜剂、润滑剂和PH调节剂作为纤维表面处理剂。

上述技术方案中国，优选的，所述的玄武岩纤维纱含油率在0.4～1.5％之间。