[发明专利]智能监控三维复合材料耐压气瓶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种智能监控三维复合材料耐压气瓶及其制备方法，涉及新型复合材料耐压容器领域。所述智能监控三维复合材料耐压气瓶包括金属内胆层、塑形界面层、表面三维编织复合材料层和介质出入口，其中：金属内胆层为整体无缝结构；塑形界面层位于金属内胆层和表面三维编织复合材料层的中间，设置有应变感应装置，该应变感应装置设置其厚度中间位置；表面三维编织复合材料层位于耐压气瓶最外表面，包括筒身段和封头段，也设置有应变感应装置，该应变感应装置设置在其厚度中间或表面位置。本发明的耐压气瓶既消除了二维复合材料层间力学薄弱点，又可实时监控耐压气瓶使用过程中不同部位的微小形变量，预测耐压气瓶的使用寿命和危险报警。

技术领域

本发明涉及新型复合材料耐压容器领域，特别是指一种智能监控三维复合材料耐压气瓶及其制备方法。

背景技术

与传统的压力容器及介质储罐相比，复合材料材质的耐压容器重量轻、刚性好、耐腐蚀、对外力冲击的抵抗能力较强，而且可以根据工况条件的要求进行外型的灵活设计，以复合材料为材质的耐压容器已经广泛替代金属耐压容器应用与船舶、汽车、医疗卫生、化工等各个行业中。

目前的复合材料压力容器主要采用纤维二维缠绕工艺制备，这种环向缠绕的复合材料纤维增强结构具有较强的抵抗内压的优点，而且耐压容器的内部往往嵌入金属密封内胆，通过金属与复合材料材质的混合使用可以在密封性和高强度二者之间找到综合特性发挥的最佳工艺技术结合点。但是从二维缠绕的复合材料材质的应用来看，层间的力学性能弱点逐渐凸显，在应用过程中的泄漏或者承压条件下的破坏主要都是在层间产生，因此改变目前环向缠绕的二维纤维结构已经非常必要。

从目前的应用来看，三维编织结构的复合材料耐压气瓶的稳定性和力学特性的发挥直接提高了其使用寿命和耐压级别，具有非常巨大的应用潜力，但是随着应用要求的不断能提高和应用领域的不断扩大，要发挥这种三维编织结构耐压气瓶的使用稳定性和质量均一性，必须对不同复杂工况条件下和使用过程中的耐压气瓶的承压状态以及气瓶复合材料结构的应变特性实时进行监控，因此就需要对三维复合材料结构的耐压气瓶结构进行功能特性的改性和提升，以达到有效监控耐压状态，进而达到预测使用寿命或者危险报警的目的。

发明内容

本发明提供一种智能监控三维复合材料耐压气瓶及其制备方法，该耐压气瓶既消除了二维复合材料层间力学薄弱点，又可实时监控耐压气瓶使用过程中不同部位的微小形变量，预测耐压气瓶的使用寿命和危险报警。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种智能监控三维复合材料耐压气瓶，包括金属内胆层、塑形界面层、表面三维编织复合材料层和位于气瓶一端的介质出入口，其中：

所述金属内胆层为整体无缝结构；

所述塑形界面层位于所述金属内胆层和表面三维编织复合材料层的中间，所述塑形界面层为纤维增强热塑性树脂基体复合材料，所述塑形界面层设置有应变感应装置，该应变感应装置设置在塑形界面层的厚度中间位置；

所述表面三维编织复合材料层位于所述耐压气瓶最外表面，所述表面三维编织复合材料层包括筒身段和封头段，所述表面三维编织复合材料层也设置有应变感应装置，该应变感应装置设置在所述表面三维编织复合材料层的厚度中间或表面位置。

进一步的，所述金属内胆层的材质为不锈钢、铝合金、钛合金中的一种，所述金属内胆层的外表面设置有螺纹状沟槽，所述螺纹状沟槽的深度为1～3mm，所述应变感应装置为光纤、光栅、磁栅、应变片中的一种或几种组合，所述应变感应装置的数量为一个或多个。

进一步的，金属内胆的形状及厚度根据工况条件和耐压级别要求可灵活调整，金属内胆层的厚度为2～6mm，所述筒身段长度为0.5～3m，所述筒身段厚度为5～10mm，所述封头段长度为0.5～2m，所述封头段厚度为5～10mm。

一种上述任一的智能监控三维复合材料耐压气瓶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：