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一种危险气体环境用隔爆 外壳的 碳 纤维 复合材料

阅读：434发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种危险气体环境用隔爆外壳的碳纤维复合材料专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种危险气体环境用隔爆外壳的碳纤维复合材料，包括以下步骤：先在模具的表面铺设一层碳纤维，之后在碳纤维上再铺设一层碳玻璃纤维，依次交替铺设，经设后，将真空袋盖在模具上，并对模具内部进行抽真空灌注，真空灌注后得到碳纤维复合板。本发明所述的一种危险气体环境用隔爆外壳的碳纤维复合材料，一是碳纤维与环氧树脂的复合材料，相较于金属材料，有更高的机械强度，同时还能解决金属材料的机械火花现象，具有比金属材料更加轻的比重，二是通过树脂在纤维内部的充分浸润，相较于工程塑料，其具有金属材料的机械强度，还具有良好的电气绝缘性能，另外还具有更好的热稳定性和抗静电性能。，下面是一种危险气体环境用隔爆外壳的碳纤维复合材料专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种危险气体环境用隔爆外壳的碳纤维复合材料，其特征在于，由以下重量比的原料组成：环氧树脂8-13份、玻璃纤维30-34份、碳纤维50-58份、碳纳米导电管0.0008-0.0012份。
2.根据权利要求1所述的一种危险气体环境用隔爆外壳的碳纤维复合材料制备方法，其特征在于，包括以下按步骤：
(1)逐层铺设：先在模具的表面铺设一层碳纤维，之后在碳纤维上再铺设一层玻璃纤维，依次交替铺设；
(2)真空灌注：经步骤(1)铺设后，将真空袋盖在模具上，并对模具内部进行抽真空灌注，真空灌注后得到碳纤维复合板。
3.根据权利要求2所述的一种危险气体环境用隔爆外壳的碳纤维复合材料制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述交替铺设次数为4-8次。
4.根据权利要求2所述的一种危险气体环境用隔爆外壳的碳纤维复合材料制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述真空灌注前，通过管道将树脂粘接材料与模具连接，并在真空泵与模具之间连接树脂收集器，真空灌注时，模具与真空袋之间的产生负压，与树脂粘接材料连接的管道将树脂粘接材料送入到模具中，多余的树脂粘接材料进入到真空泵与模具之间连接树脂收集器。
5.根据权利要求4所述的一种危险气体环境用隔爆外壳的碳纤维复合材料制备方法，其特征在于：所述树脂粘接材料粘接为环氧树脂与碳纳米导电管混合材料。

说明书全文

一种危险气体环境用隔爆外壳的 碳 纤维 复合材料

技术领域

[0001] 本发明涉及防爆材料技术领域，特别涉及一种危险气体环境用隔爆外壳的碳纤维复合材料。

背景技术

[0002] 在现代工业中，可燃性气体实用的愈发平凡，且这些可燃性气体的控制，均是由电气设备、电工仪表等进行控制，但是由于电器使用时，会产生一定程度的电火花，容易引起可燃性气体爆炸，给现代工业生产带来了极大的安全危害。

[0003] 目前，为了保证石油、化工、矿山、煤炭生产过程的安全，人们必须消除这些生产工艺过程中因电气开关、静电积累、固体碰撞摩擦而产生的各式各样的“火花”和危险温度，就电气设备而言，在存在可燃性气体的环境中，人们安装和使用所谓的防爆电气设备，从设备整体结构上，防爆电气设备具有适当的防护等级的外壳，以便保证内装的电气元器件、导线不遭受外界可能遇到的伤害，还应该设置一些与外部电源和用电器连接的电缆接口单元，其中，隔爆型电气设备是一种专门的防爆型式，广泛应用在各种可燃性气体-空气混合物的爆炸性危险场所中。

[0004] 隔爆型电气设备的外壳必须具有足够的机械强度，能够承受外壳内部发生爆炸时产生的爆炸压力，不会发生严重的变形或损坏，其是一种十分经典的防爆电气设备，防爆安全性能可靠，制造技术成熟。但是，由于隔爆结构的原因，这种电气设备的自身重量比较大，笨重；

[0005] 比如，煤矿采掘工作面用电气设备以及非采掘工作面电气设备，规定采用钢板或者铸钢制成，最低也需要HT250以上牌号的灰铸铁制成；

[0006] 随着井下无人化生产的需要，许多在一般环境下使用的移动式智能设备，无法转化成危险气体环境下的设备，其中最重要的一点为电池的续航，笨重的壳体会带来过多的电能损耗，使智能设备不能充分发挥作用，急需寻找轻量化的外壳材料，在满足隔爆型式的前提下，满足危险气体环境下的使用要求，为此，我们提出一种危险气体环境用隔爆外壳的碳纤维复合材料。

发明内容

[0007] 本发明的主要目的在于提供一种危险气体环境用隔爆外壳的碳纤维复合材料，可以有效解决危险气体环境下的隔爆型电气设备所选用的隔爆外壳笨重的问题，以及轻金属所存在的摩擦火花问题，寻找新型的复合危险气体环境下防爆要求的材料，满足防爆要求的前提下，提供轻量化的解决方案，为无人化、智能化设备的设计提供新的可能性。

[0008] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

[0009] 一种危险气体环境用隔爆外壳的碳纤维复合材料，由以下重量比的原料组成：环氧树脂8-13份、玻璃纤维30-34份、碳纤维50-58份、碳纳米导电管0.0008-0.0012份。

[0010] 优选的，一种危险气体环境用隔爆外壳的碳纤维复合材料制备方法，其特征在于，包括以下按步骤：

[0011] (1)逐层铺设：先在模具的底端铺设一层玻璃纤维，之后在玻璃纤维上再铺设一层碳纤维，依次交替铺设玻璃纤维和碳纤维；

[0012] (2)真空灌注：经步骤(1)铺设后，将真空袋盖在模具上，并对模具内部进行抽真空灌注，真空灌注后得到碳纤维复合板。

[0013] 优选的，步骤(1)中，所述交替铺设次数为4-8次。

[0014] 优选的，步骤(2)中，所述真空灌注前，通过管道将树脂粘接材料与模具连接，并在真空泵与模具之间连接树脂收集器，真空灌注时，模具与真空袋之间的产生负压，与树脂粘接材料连接的管道将树脂粘接材料送入到模具中，多余的树脂粘接材料进入到真空泵与模具之间连接树脂收集器。

[0015] 优选的，所述树脂粘接材料粘接为环氧树脂与碳纳米导电管混合材料。

[0016] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

[0017] 该技术将复合以下对于防爆电气设备外壳材料的要求：

[0018] 一是碳纤维与环氧树脂的复合材料，相较于金属材料，有更高的机械强度，同时解决金属材料的机械火花现象，具有比金属材料更加轻的比重，摆脱部分场所的材料限制，比如I类防爆电气设备，外壳不得使用铝合金材料制造；

[0019] 二是通过树脂在纤维内部的充分浸润，相较于工程塑料，其具有金属材料的机械强度，还具有良好的电气绝缘性能，另外还具有更好的热稳定性和抗静电性能；

[0020] 三是碳纤维复合材料中的环氧树脂材料具有阻燃性能，同时能够通过耐热试验、耐寒试验、光老化试验等相关试验；

[0021] 四是碳纤维复合材料中的碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，碳纤维比重小，有很高的比强度。附图说明

[0022] 图1为本发明一种危险气体环境用隔爆外壳的碳纤维复合材料整体结构流程框图；

[0023] 图2为本发明一种危险气体环境用隔爆外壳的碳纤维复合材料的截面图。

具体实施方式

[0024] 为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发。

[0025] 如图1-2所示，一种危险气体环境用隔爆外壳的碳纤维复合材料，由以下重量比的原料组成：环氧树脂10份、玻璃纤维32份、碳纤维54份、碳纳米导电管0.001份。

[0026] 如图1-2所示，一种危险气体环境用隔爆外壳的碳纤维复合材料制备方法，其特征在于，包括以下按步骤：

[0027] (1)逐层铺设：先在模具的表面铺设一层碳纤维，之后在碳纤维上再铺设一层玻璃纤维，依次交替铺设，交替铺设次数为6次；

[0028] (2)真空灌注：经步骤(1)铺设后，将真空袋盖在模具上，并对模具内部进行抽真空灌注，真空灌注后得到碳纤维复合板，真空灌注前，通过管道将树脂粘接材料与模具连接，并在真空泵与模具之间连接树脂收集器，真空灌注时，模具与真空袋之间的产生负压，与树脂粘接材料连接的管道将树脂粘接材料送入到模具中，多余的树脂粘接材料进入到真空泵与模具之间连接树脂收集器，树脂粘接材料粘接为环氧树脂与碳纳米导电管混合材料。

[0029] 本发明所用碳纤维复合材料，是一种树脂基复合材料，利用真空高压手段，制成结构材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性搞得场合，都颇具优势。

[0030] 本发明碳纤维复合材料中，环氧树脂：玻璃纤维：碳纤维：碳纳米导电管＝1：3：5：0.001，碳纤维拉伸强度为5250MPa，拉伸模量为235GPa，延长率为2.2％，密度为1.8x103kg/m3。环氧树脂，具有阻燃特性，达到阻燃UL94-Vo级，其弯曲强度≥110MPa，弯曲模量≥
2800MPa，拉伸强度≥65MPa，拉伸模量≥2800MPa，断裂延伸率≥3.5％，通过碳纤维与环氧树脂混合制得的复合材料，其拉伸强度为580MPa，拉伸模量为70GPa。

[0031] 其次，制作时采用逐层铺设的方法进行生产，配置有相关的金属模具，以保证加工精度。

[0032] 而且，为了解决非金属材料的静电问题，保证表面电阻率低于1x108欧姆，其在树脂粘接材料内部添加碳纳米导电管来增加其导电性能，大大提高碳纤维复合材料的导电性。

[0033] 综上所示，本发明制得的碳纤维复合材料，其强度较现有钢材强度高，抗冲击性能、耐热耐寒性能、光老化性能、阻燃性能、抗静电性能完全复合危险气体环境下对于隔爆外壳材料的要求。

[0034] 表1为碳纤维复合材料与传统钢制隔爆外壳性能对比表格，分别截取长20cm、宽1.5cm、高0.8cm的长方体，检测两者的拉伸强度与重量，测试结果如下：

[0035] 拉伸强度(MPa) 重量(g)HT250钢材 250 187
碳纤维复合材料 560 45

[0036] 由表1实验数据可知，本发明碳纤维复合材料，无论是拉伸强度还是重量均明显优于HT250钢材，这是碳纤维复合材料中使用有碳纤维与环氧树脂，其中，碳纤维拉伸强度为5250MPa，拉伸模量为235GPa，环氧树脂，其弯曲强度≥110MPa，弯曲模量≥2800MPa，拉伸强度≥65MPa，拉伸模量≥2800MPa，断裂延伸率≥3.5％，再通过环氧树脂将碳纤维压合在一起得到，能够将碳纤维与环氧树脂特性结合，在密度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、化学稳定性搞得场合，都颇具优势，提高碳纤维复合材料的综合性能。

[0037] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

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一种危险气体环境用隔爆外壳的碳纤维复合材料

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