碳纤维／环氧树脂在橡胶内衬表面的全缠绕工艺设计

根据橡胶内衬碳纤维全缠绕压力气瓶的技术指标,依据网格理论对缠绕层和缠绕张力进行详细的理论设计计算,确定缠绕参数和工艺.选用的环氧树脂体系力学性能优异,其黏度满足缠绕成型工艺要求,同时复合材料NOL环的断面形貌表明该树脂体系与T800碳纤维界面结合良好.对缠绕成型的压力气瓶进行试验,检测表明.水压爆破试验和疲劳试验结果均满足复合材料气瓶的设计要求.     

碳纤维缠绕复合材料储氢气瓶的研制与应用进展

氢能是21世纪最有潜力的新型能源,具有高能、环保、可再生等优点,但氢气的储运技术滞后严重限制了其大规模应用。碳纤维缠绕复合材料氢气瓶因具有质量轻、韧性强、耐疲劳性好等优点,在储氢领域具有广阔的应用前景。本文综述国内外高压气态储氢技术研究现状,并结合国产碳纤维复合材料应用现实,论述了碳纤维缠绕储氢气瓶制备的技术要点、标准规范以及成型设备等方面的最新进展,展望了碳纤维缠绕储氢气瓶的产业前景。     

纤维缠绕车载CNG气瓶的结构设计及其有限元分析

根据薄膜理论分析了气瓶封头的椭球比对气瓶强度和稳定性的影响,依据网格理论,结合气瓶容积、使用空间以及实际生产工艺等约束条件,确定了气瓶的内衬几何尺寸、纤维缠绕层的纤维厚度和缠绕角度。最后利用ANSYS中的参数化设计语言(APDL),分别对各种工况下的强度、稳定性进行了仿真模拟和数值计算分析。结果表明,设计的70L纤维缠绕车载CNG气瓶的强度、稳定性满足铝内衬全缠绕碳纤维增强复合材料气瓶的基本要求(DOT-CFFC)。     

碳纤维缠绕成型用环氧树脂体系研究

以甲基四氢苯酐、聚己内酯三醇和DMP-30制备了改性甲基四氢苯酐G920。将双酚A环氧树脂CYD-128、聚氨酯改性环氧树脂CYD-133、1,4-丁二醇二缩水甘油醚CYD-622和G920混合制得浇注体及碳纤维复合材料NOL环。采用粘度和力学性能测试、示差扫描量热分析、热重分析及扫描电镜分析对材料的性能进行了研究。结果表明,该树脂体系的粘度和适用期满足湿法缠绕成型工艺要求,浇铸体具有优异的耐热性能与力学性能,其制备的T-700碳纤维复合材料NOL环拉伸强度达到2 500 MPa,层间剪切强度达到69.9 MPa,具有优异的界面性能和强度保持率,适合T-700碳纤维的湿法缠绕成型。     

金属内衬碳纤维全缠绕气瓶的有限元分析

本文通过有限元的分析方法,对具有铝合金内衬的碳纤维全缠绕复合材料气瓶的结构进行了剖析,建立了较为合理的复合材料气瓶有限元模型,对气瓶模型的基本建模分析过程进行了阐述和研究。采用ANSYS参数化编程语言(APDL)对复合材料气瓶进行参数化建模,参考美国制定的DOT-CFFC标准《铝内胆碳纤维全缠绕复合气瓶的基本要求》,对公称工作压力、试验压力和最小爆破压力下的碳纤维缠绕铺层和铝合金内衬的各向应力分布进行了数值模拟和计算,并预测了复合材料气瓶的实际爆破压强。     

复合材料储氢气瓶的纤维厚度预测与强度分析

复合材料储氢气瓶因具有较高的比强度、轻质以及耐腐蚀性好等特点,被大量装备于火箭、卫星、新能源汽车和医疗设备等。本文希望通过对复合材料储氢气瓶的理论研究与数值模拟,提供一套快速准确的储氢气瓶设计方法。首先基于网格理论设计了复合材料缠绕层,接着通过三维激光扫描技术对气瓶轮廓进行测量,验证了三次样条封头厚度预测方法的准确性,最后利用Abaqus软件建立了复合材料气瓶高精度有限元模型,研究了自紧对于提高气瓶性能的重要作用,建立渐进损伤模型得到气瓶的爆破压力。结果表明:三次样条法准确预测了气瓶封头上的纤维厚度分布,经过自紧处理后在工作压力下内胆的Mises应力显著降低,得到了最佳自紧压力取值范围为36.3 MPa～42.5 MPa。渐进损伤结果显示气瓶发生了纤维和基体破坏,最终爆破压强达到了69.5 MPa,满足设计要求。研究成果对复合材料储氢气瓶的设计制造具有重要的意义。     

两种不同铝内衬碳纤维缠绕复合材料气瓶受力状况的对比分析

基于复合材料层合板弹塑性分析理论,参考DOT CFFC《铝内胆碳纤维全缠绕复合气瓶的基本要求》标准,利用网格理论设计了容积70L的铝内衬碳纤维缠绕复合气瓶。在相同的预紧力和工作压力下,研究对比分析了两种不同型号铝合金6061和7075作为内衬的气瓶的受力状况。结果表明,铝合金6061作为内衬时,其内衬应力水平分布比较均匀,可以更好地发挥外缠碳纤维的高强度特性,且价格经济实惠,较7075更适合作为复合材料气瓶的内衬材料。     

复合材料球形气瓶非测地线缠绕线型设计和强度分析

碳纤维复合材料球形气瓶因其较高的比强度、比刚度和抗疲劳性,被广泛应用于航空航天及民用工业领域。基于微分几何理论,推导出满足球形气瓶缠绕基本原理的落纱点轨迹方程,给出缠绕线型轨迹和缠绕角应该满足的稳定缠绕条件,并对缠绕轨迹进行仿真。考虑球壳的变曲率特点,针对球形气瓶缠绕层进行变厚度、变角度的精细化有限元建模,对工作压力下的气瓶内衬和缠绕层各向应力分布进行数值模拟和分析,并预测了气瓶的爆破压强。结果表明,优化设计得到的缠绕线型参数既能满足缠绕工艺的基本要求,又有效提高了球形气瓶的结构力学性能。研究成果对复合材料球形压力容器的设计制造具有重要的意义。     

50升碳纤维全缠绕增强铝内衬储氢复合气瓶

一种50升碳纤维全缠绕增强铝内衬储氢复合气瓶，以筒体及对称于筒体的两个含有内螺纹瓶口的椭圆曲面端部光滑无缝连接而成的铝内衬为芯模，铝内衬表面上按优化设计的铺层次序缠绕碳纤维层，其外表面上缠绕玻璃纤维抗冲击保护层，并在制造过程中采用“自紧”技术进行处理，     

基于ACP的碳纤维复合材料气瓶渐进损伤与爆破压力预测

碳纤维复合材料气瓶失效与爆破压力预测技术呈现出越来越多样化的趋势。基于ANSYS ACP建立了T800碳纤维复合材料气瓶理论模型,采用Camanho P P提出的刚度退化方案,对2.4L复合材料气瓶进行了渐进失效和爆破压力的预测,详细阐述了模型的构建和结构损伤,重点分析了含基体开裂、纤维断裂和内胆破裂缺陷下不同缠绕层的气瓶应力分布和损伤过程。最后通过水压爆破试验得到实验结果,该结果与理论值吻合较好。     

一种高性能环氧树脂固化体系的研究

通过凝胶化测试和示差扫描量热分析（DSC）,研究了CYD128／DMP-30体系固化反应性,20℃凝胶化时间为70min;测试了浇铸体力学性能和耐热性,其中拉伸强度为50．2MPa,拉伸模量为3．5GPa,弯曲强度为156．7MPa,冲击强度为15．0（kJ·m^-2,玻璃化温度（Tg）为96℃。研究了连续纤维增强CYD128／DMP-30体系复合材料的性能,其中连续玻璃纤维增强复合材料弯曲强度为954．8MPa,连续碳纤维增强复合材料弯曲强度为1057．4MPa。     

高性能、低成本复合材料用环氧体系的研究

通过凝胶化测试和示差扫描量热分析(DSC)研究了CYD128环氧树脂/部分钝化间苯二甲胺固化体系的反应特性,测试了该体系浇铸体的力学性能和耐热性。设计了一种新型低成本真空辅助传递模塑(VARTM)成型工艺并研究了该成型工艺对复合材料力学性能的影响。结果表明,浇铸体弯曲强度可达131.0 MPa,拉伸强度71.8 MPa,拉伸模量3.1 GPa,冲击强度37.5 kJ/m2,玻璃化温度(Tg)98.1℃。使用新工艺得到的复合材料力学性能优异,其中连续玻璃纤维、连续碳纤维增强复合材料弯曲强度分别达到950.2 MPa、1 097.4 MPa。     

聚合物基纤维纳米复合材料研究

以纳米粒子ＳｉＯ２－ｘ、高强玻璃纤维（Ｓ－ＧＦ）作为增强材料,分别以环氧树脂ＣＹＤ－１２８和４,４－二氨基二苯基砜（Ｄ－ＤＳ）作为基体中制备了聚合物基纤维纳米复合材料,测试了预浸料及复合材料的性能。结果表明,Ｓ－ＧＦ、ＳｉＯ２＝ｘ／ＣＹＤ＝１２８／ＤＤＳ与Ｓ－ＧＦ／ＣＹＤ－１２８／ＤＤＳ两种体系预浸料性能相似,但ＳｉＯ２－ｘ纳米粒子的加入,使复合材料的各项性能提高。     

液晶环氧/二元胺/CYD-128体系固化行为的研究——Ⅱ性能及增韧机理

采用液晶环氧 (PHBHQ)增韧环氧CYD - 12 8,研究了液晶含量对浇铸体耐热性、冲击强度、弯曲强度的影响。结果表明 ,随液晶含量的增加 ,凝胶时间逐渐缩短 ;当液晶含量为 5 0 %时 ,冲击强度为 40 1kJ/m2比不加液晶环氧时CYD - 12 8体系 (2 3kJ/m2 )提高了近 0 7倍 ,热变形温度提高近 30℃。结合DMTA图和SEM照片 ,分析了液晶环氧增韧的机理。PHBHQ/CYD - 12 8/固化剂体系是部分相容体系 ,在成型过程中发生相分离 ,PHBHQ能形成介晶域 ,起增强和诱发银纹和剪切带的作用 ,从而吸收大量的能量 ,使环氧的韧性得以大幅度地提高     

Minimum weight design of helically and hoop wound toroidal hydrogen storage tanks with variable slippage coefficients

This article determines the optimal winding parameters for helically and hoop overwound toroidal hydrogen storage tanks, based on the application of variable slippage coefficients. First, an optimality condition between helical winding angle and hoop‐to‐helical thickness ratio is derived from the minimum strain energy density criterion. The winding angle distributions are then obtained with the aid of the optimality condition, taking into account the shell thickness variation along the meridional direction. The general criteria for fiber trajectory stability on a torus are presented, and the relationship for the slippage coefficient and the helical winding angle is formulated according to the windability and manufacturability. The helical winding angle and thickness at the equator are considered as design variables, whereas the minimum weight acts as the objective function. A design example with a toroidal hydrogen storage tank is outlined to demonstrate the favorable performance of the present method. The results show that the present method using variable slippage coefficients leads to a better distribution of the fiber stress in the toroidal shell and an efficient utilization of the laminate strength. The obtained winding parameters can thus be regarded as optimal for filament‐wound toroidal hydrogen storage tanks. POLYM. COMPOS., 2012. © 2012 Society of Plastics Engineers     

电容器瓷套管专用胶粘剂的研究

首先合成了一种低粘度的环氧树脂聚酰胺固化剂——EA6,粘度(25℃)为10 Pa·s,胺值为718 mgKOH·g-1;再将其与CYD128低粘度环氧树脂按质量比1∶3混合,制备了一种电容器瓷套管专用胶粘剂.该胶粘剂具有适用期长、体积收缩率低、抗冲击强度高等优点,适用于陶瓷与金属的粘接,可以同时满足产品的密封与粘接性能要求.     

环硫丙烯酸酯树脂的合成反应研究

将双酚A型环硫树脂ES128,ES128/环氧树脂CYD128混合物分别与丙烯酸反应制备了环硫丙烯酸树脂及环硫/环氧丙烯酸酯树脂。以红外光谱表征了产物结构,讨论了反应机理,并对丙烯酸用量,溶剂及加料顺序等对反应的影响进行了研究。结果表明:较佳的合成工艺条件为:甲苯为溶剂,环氧官能团与丙烯酸物质的量比为1∶2,反应温度90℃,反应时间4.5 h。工艺操作为先加入丙烯酸,再升温加入催化剂N,N-二甲基苄胺,可有效防止凝胶现象发生。与环氧官能团相比,环硫官能团与丙烯酸的反应活性较低。     

聚脲涂层对储油罐耐冲击性影响的研究

为避免储油罐发生意外碰撞造成巨大损失，考察了新型聚脲防护涂层对油罐车储油罐破坏变形的防护作用。通过储油罐耐冲击实验，分析了不同涂覆方式对聚脲复合涂层耐冲击性的影响，最后通过 LS-DYNA有限元模拟进行验证。结果表明：相比无涂层防护，聚脲涂层对储油罐具有良好的耐冲击防护效果，涂覆聚脲试样比无涂层试样最大变形位移减少了 18. 3 mm。在相同涂层厚度情况下， 2 mm Q190m和 2 mm Q413m聚脲复合涂层耐冲击效果最优，适合作为储油罐的防护涂层。     

Concept,Design and Manufacture of a Prototype Hydrogen Storage Tank Based on Sodium Alanate

In the framework of the EC project STORHY (Hydrogen Storage for Automotive Applications), the prototype of a solid storage tank for hydrogen based on sodium alanate was developed. A storage tank containing 8 kg sodium alanate was designed and manufactured with the objective of fast refueling. To obtain the optimum design of the storage tank a simulation tool was developed and validated by experiments with a laboratory‐scale tubular reactor. Application of the simulation tool to different storage concepts and geometries yielded the final design. The chosen concept is modular, enabling simple scale‐up. This is the basis for the future development of fuel cell vehicle storage tanks containing 5 kg of hydrogen.     

液氢储运技术及标准化

液氢作为一种高效的储氢方式,其应用前景十分广阔,但储运技术相对落后、储运环节标准化的缺失限制了液氢产业的快速发展。本文介绍了液氢特性及发展现状,对液氢存储容器类型和运输方式进行对比分析,调研了液氢国内外相关标准现状,并讨论了液氢产业发展对标准体系的迫切需求,阐述了液氢储运技术的难点和未来发展方向,并对液氢储运标准体系的建立进行展望。分析表明,减少液氢储罐的蒸发率、有效降低储运设备成本将是液氢储运技术未来重要的发展方向,液氢储运技术的发展需要建立健全的标准体系,液化天然气相关标准体系对液氢储运标准化具有重要的参考意义。