热水器内胆、其制造方法及设置有该内胆的热水器

摘要

本发明属于热水器领域，涉及一种热水器内胆、所述热水器内胆的制造方法、及设置有所述内胆的热水器。所述热水器内胆包括一体成型的塑料内胆基体和固结在塑料内胆基体外表面的纤维层。本发明采用纤维缠绕塑料内胆基体制成热水器内胆，取代现有技术中以铝/铝合金材料以及碳钢搪瓷材料制成的热水器内胆，该纤维缠绕热水器内胆具有低成本、耐腐蚀性强、强度高、能耐高温高压等优点。

说明书

技术领域

本发明属于热水器领域，具体涉及一种纤维缠绕热水器内胆及其制造方法。

背景技术

水处理用压力容器最初曾采用钢管内衬耐腐蚀性涂层，但使用中发现容易龟裂、 剥落，很不安全；后来又曾改为铝制容器，应用中发现铝制容器也不耐腐蚀和老化。

目前的电热水器承压内胆采用碳钢搪瓷，形状都为圆筒形，但是碳钢搪瓷成本 较高，且耐腐蚀性差。

塑料材料虽然因为容易成型，价格较低，被广泛应用于太阳能内胆，但因塑料 材质强度低、易蠕变等特性，其力学性能无法满足热水器承压条件，一直没有在电 热水器等方面得到应用。

现有技术中，还没有出现以塑料为内胆基体、并将纤维缠绕型复合材料应用于 热水器领域的公开报道，为了获得一种低成本、耐腐蚀性强、强度高、能耐高温高 压的塑料质热水器内胆，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，以塑料为内胆基体，并采用纤维缠绕 塑料内胆基体制成热水器内胆，取代现有技术中以碳钢搪瓷材料以及不锈钢材料制 成的热水器内胆，本发明提供的纤维缠绕热水器内胆具有低成本、耐腐蚀性强、强 度高、能耐高温高压等优点。

本发明的第二目的在于提供了上述热水器内胆的制备方法。

为了实现上述目的，特采用以下技术方案：

一种热水器内胆，所述内胆包括一体成型的塑料内胆基体和固结在塑料内胆基 体外表面的纤维层。

电热水器的内胆应具有耐腐蚀、强度高、耐高温高压、不易老化等特性，目前 的电热水器承压内胆采用碳钢搪瓷，形状都为圆筒形，但是碳钢搪瓷易龟裂，且耐 腐蚀性差，另有报道采用铝制材料制成电热水器内胆，但是铝制内胆的强度差、也 不耐腐蚀和老化。此外，无论是碳钢搪瓷内胆还是铝制内胆，其制作过程复杂、成 本较高。塑料材料虽然因为容易成型，价格较低，但是因其强度低、易蠕变等特性， 无法满足热水器承压条件，一直没有在电热水器等方面得到应用。

本发明以一体成型的塑料作为内胆基体，塑料容易成型，价格较低，极大地降 低了成本和简化了工艺，并且塑料内胆基体具有非常强的耐腐蚀性，不会产生龟裂 现象。本发明在塑料内胆基体外表面固结纤维层，形成骨架，增强了塑料内胆的强 度，克服了塑料内胆易蠕变的缺陷，使塑料内胆可以满足热水器的承压条件。

本发明中，所述塑料选自PP、PE、PB、PPR或PPR的改性材料。

所述纤维层采用树脂胶粘剂浸渍并粘结固化在所述塑料内胆基体的外表面。

树脂胶粘剂主要作用是保证纤维层紧密结合，兼顾其固化后的强度和韧性。本 发明提供的环氧树脂树脂胶粘剂具有低粘度、高强度和高韧性。既有利于玻璃纤维 缠绕工艺的进行，又能赋予纤维层更高的强度和更好的韧性。

所述纤维层中树脂胶粘剂的质量百分含量为25%～35%。纤维浸胶含量的高低及其 分布对制品性能影响很大，直接影响制品的重量及厚度；含胶量过高，纤维层的复 合强度降低；含胶量过低、纤维层里的纤维空隙率增加、使纤维层的气密性、防老 化性能及剪切强度下降，同时也影响纤维强度的发挥，当纤维层中树脂胶粘剂的质 量百分含量为25%～35%时，纤维层的气密性、复合强度、防老化性能及剪切强度能达 到一个最好的平衡，纤维层的综合性能达到最佳。

所述树脂胶粘剂选自热塑性树脂胶粘剂或热固性树脂胶粘剂；所述热塑性树脂 胶粘剂包括乙烯基树脂胶粘剂、丙烯酸树脂胶粘剂、尼龙胶粘剂、线性聚酯胶粘剂、 硝基纤维胶粘剂、芳杂环树脂胶粘剂、和含氟树脂胶粘剂，所述热固性树脂胶粘剂 包括酚醛树脂胶粘剂、氨基树脂胶粘剂、不饱和聚酯及丙烯酸聚酯树脂胶粘剂、环 氧树脂树脂胶粘剂、有机硅树脂胶粘剂。

优选的，所述树脂胶粘剂选自环氧树脂胶粘剂。

更优选的，所述环氧树脂树脂胶粘剂包括双酚A型E54环氧树脂、双酚A型E20 环氧树脂、固化剂和增韧剂，所述的双酚A型E54环氧树脂和双酚A型E20环氧树 脂的质量比为6∶4～9。优选的，所述的双酚A型E54环氧树脂和双酚A型E20环氧 树脂的质量比为1∶1。

优选的，所述固化剂为胺基固化剂，所述增韧剂为丙烯酸酯增韧剂。所述胺基 固化剂包括乙二胺、二亚乙基三胺、聚亚甲基二胺、二乙胺基丙胺、间二甲苯二胺、 间苯二胺。所述固化剂和增韧剂的用量可参考现有技术的环氧树脂胶粘剂中所采用 的相同的固化剂和增韧剂的用量，所述固化剂和增韧剂的用量范围不需要本领域技 术人员付出创造性的劳动。

所述纤维层为用树脂胶粘剂浸渍的纤维布层、或用树脂胶粘剂浸渍的玻璃纤维 层、或由树脂胶粘剂浸渍的纤维布层和树脂胶粘剂浸渍的玻璃纤维层复合而成。

玻璃纤维具有耐温高，不燃，抗腐，隔热、隔音性好，抗拉强度高，电绝缘性 好等优点，玻璃纤维被树脂胶粘剂浸渍后在塑料内胆基体外表面固化形成纤维层骨 架，不仅增强了热水器内胆力学性能，还赋予了热水器内胆隔热、隔音、阻燃、抗 腐蚀、电绝缘等特性。

纤维布具有非常好的韧性，树脂胶粘剂主要作用是保证纤维层紧密结合，兼顾 其固化后的强度和韧性，用树脂胶粘剂浸渍的纤维布层在塑料内胆基体外表面固化 后形成纤维层骨架，极大地增强了内胆的强度和韧性，另外，还赋予内胆非常好的 隔热效果。

由树脂胶粘剂浸渍的纤维布层和树脂胶粘剂浸渍的玻璃纤维层复合而成的纤维 层，则综合了玻璃纤维层的优势和纤维布层的优势，其固化后形成的骨架兼具高强 度和高韧性，提升了塑料内胆基体的理化性能，使之具有更好的承压耐热性能、抗 腐蚀性、韧性、不易老化。

优选的，所述纤维层为由树脂胶粘剂浸渍的纤维布层和树脂胶粘剂浸渍的玻璃 纤维层交替的多层复合而成，所述纤维层的最内层为由树脂胶粘剂浸渍的纤维布层， 所述纤维层的最外层为由树脂胶粘剂浸渍的玻璃纤维层。由于纤维布层具有一定的 弹性和韧性，其与塑料内胆基体的外表面的接触面积也最大，可以保证纤维层与塑 料内胆基体最佳的粘接效果，玻璃纤维层位于纤维层的最外层，由于玻璃纤维层具 有一定的缠绕拉力，可以保证纤维层的气孔率低，并且紧密地固化在塑料内胆基体 的外部，使得纤维层的理化性能达到了最佳。

本发明中，所述纤维层缠绕在所述塑料内胆基体外表面。

优选的，所述纤维层螺旋式缠绕在所述塑料内胆基体外表面。

进一步优选的，所述玻璃纤维螺旋式缠绕在纤维布层外部形成玻璃纤维层；不 同的玻璃纤维层中，所述玻璃纤维的缠绕方向不同。

由于玻璃纤维层的受力方向和玻璃纤维的缠绕方向一致，所以当玻璃纤维的缠 绕方向不同时，玻璃纤维层具有多个方向的受力，极大提升了玻璃纤维层的力学性 能。

所述塑料内胆基体为环形结构，所述塑料内胆基体的横截面为圆形或类圆形。

本发明将塑料内胆基体设计成环形结构，内胆的横截面设计为圆形或类圆形， 内胆的这种结构使得内胆受力区域有效分配和协同，应力变小、分布合理，增强了 内胆的力学性能，保证塑料热水器内胆最优的承压性能。

本发明通过以纤维缠绕塑料内胆基体以及将内胆设计成环状结构，克服了塑料 因其强度低、易蠕变，无法满足热水器承压条件而没有在电热水器等方面得到应用 的情况，本发明提供的纤维缠绕热水器内胆具有低成本、易成型，耐腐蚀性强、强 度高、能耐高温高压等优点。

所述塑料内胆基体为方环形结构、圆环形结构、或椭圆环形结构。圆环形结构 与椭圆形结构的内胆受力分布更均匀，具有更好的承压性能，方环形结构内胆更节 省空间、设计美观，更能满足客户的审美要求。

优选的，所述方环形内胆基体的纵截面的四个角为弧形倒角。

本发明中，塑料内胆基体的厚度以及维层的厚度根据内胆的容积的大小而改变， 对于家用电热水器内胆而言，优选的，所述塑料内胆基体的厚度为3.0-8.0cm，优选 为3.0-5.0cm；所述纤维层的厚度为3.0-6.0mm。

本发明还提供了一种前面所述的热水器内胆的制造方法，包括以下步骤：

（1）用吹塑成型工艺制成塑料内胆基体；

（2）将纤维层用树脂胶粘剂浸渍并缠绕在所述塑料内胆基体的外表面，制成内胆生 坯；

（4）将内胆生坯放入真空袋中，真空脱泡，升温固化。

优选的，所述步骤（2）中，先在塑料内胆基体外表面缠绕纤维布层，再在纤维 布层外表面缠绕玻璃纤维层，并使纤维布层和玻璃纤维层交替达到多层，制成内胆 生坯。

固化方式是保证缠绕制品固化效果的重要条件，直接影响缠绕制品的性能及质 量，加热固化可提高化学反应速度，缩短固化时间，缩短生产周期、提高生产效率。 所述步骤（4）中，加热升温固化的温度根据树脂胶粘剂的固化温度来确定，如环氧 树脂胶粘剂的固化温度为80～120℃。本发明的步骤（4）中，固化的方式还可以是加 压升温固化，所施加的压强为大于1个标准大气压，加压固化使纤维与纤维、纤维 与塑料内桶之间紧密结合，使制品密实、贴合，提高内胆的耐压能力。

上述制备方法中，所述的玻璃纤维的缠绕张力均匀。缠绕张力是缠绕工艺的关 键技术，张力大小、各柬纤维间张力的均匀性，及各缠绕层之间的纤维张力的均匀 性，对制品的质量影响极大。各柬纤维间张力及各缠绕层之间的纤维张力均匀时， 制品的力学性能达到最佳。

本发明还提供了一种电热水器，包括前面所述的热水器内胆。

与现有技术相比，本发明提供的纤维缠绕热水器内胆的优点为：

（1）塑料内胆基体整体成型，无焊接焊缝，无需搪瓷工艺，解决钢制内胆由于 搪瓷不均或者焊接等造成的腐蚀漏水，耐腐性强；

（2）热水器内胆的应力分布均匀，具有非常好的力学性能、隔热承压性能、不 易老化，完全满足电热水器内胆对材料各项要求，并且成本低，具有非常广阔的应 用前景；

（3）热水器内胆易于生产加工，工艺可实现性好；

（4）热水器的成本低，耐热、耐腐、承压等各项性能佳，寿命长。

附图说明

图1为本发明实施例提供的方环形结构内胆的主视结构图；

图2为本发明实施例提供的方环形结构内胆的仰视结构图；

图3为本发明实施例提供的方环形结构内胆的右视结构图。

其中，1-胆口，2-进水口，3-出水口。

具体实施方式

实施例一

用吹塑成型工艺将PP材料制成塑料内胆基体，内胆基体的厚度为3cm，内胆基 体的容积为60L；塑料内胆基体的形状为方环形结构，所述方环形内胆的横截面为圆 形，所述方环形内胆的纵截面的四个角为弧形倒角。参见图1-3，图1为本发明实施 例提供的方环形结构内胆的主视结构图，方环形的四个角呈弧形倒角，内胆的一侧 预留内胆的胆口1，内嵌螺纹用来安装加热管；内胆的底部设有进水口2和出水口3。 图2为本发明实施例提供的方环形结构内胆的仰视结构图，图3为本发明实施例提 供的方环形结构内胆的右视结构图。

环氧树脂胶粘剂的配制：将双酚A型E54环氧树脂与双酚A型E20环氧树脂按6： 4的质量比配料，加入二亚乙基三胺固化剂和MBS增韧剂，其中二亚乙基三胺的用量 为11wt%，MBS的用量为2%，在40℃搅拌使之混合均匀，备用。

将环氧树脂胶粘剂均匀涂抹在塑料内胆基体的外表面，再将纤维布裁剪成内胆 的形状，并将纤维布完好地均匀地铺展在塑料内胆基体的外表面上，铺展在内胆表 面的纤维布不出现堆叠现象，纤维布的厚度为0.21mm。进行适当的按压，使树脂胶 粘剂充分浸润纤维布，在纤维布的外表面涂抹树脂胶粘剂，将单股玻璃纤维整理合 成四股，并按照一个方向螺旋式缠绕在纤维布层的外表面，玻璃纤维的拉伸强度 4600Mpa、弹性模量86.4Gpa，在缠绕玻璃纤维时要适时地涂抹树脂胶粘剂，使树脂 胶粘剂充分浸润玻璃纤维；在每缠绕一圈纤维时，都要施加一定的拉力，并且每圈 纤维的拉力均匀，以保证其具有一定的纤维张力以保证强度；在开口处，要增加长 纤维增强量，因为这些位置容易在受压时容易产生应力集中。

在完成缠绕后，再向玻璃纤维涂抹一定量的环氧树脂胶液。依照前面的方式， 再在玻璃纤维层外均匀铺展纤维布层，并使纤维布层与玻璃纤维层交替并达到多层， 不同的玻璃纤维层，玻璃纤维的缠绕方向不同，最外层的纤维缠绕的缠绕角度不要 过大，使纤维绳尽量全面覆盖纤维布，制成内胆生坯。纤维层的厚度为3mm，所述纤 维层中树脂胶粘剂的质量百分含量为30%。

将内胆生坯放入真空袋中，真空脱泡，在80℃下加压固化，即成。

实施例二

用吹塑成型工艺将PB材料制成塑料内胆基体，内胆基体的厚度为8cm,内胆基体 的容积为75L；塑料内胆基体的形状为圆环形结构，所述圆环形内胆的横截面为圆形， 内胆的侧边预留内胆的胆口，内嵌螺纹用来安装加热管；内胆的底部设有进水口和 出水口。

环氧树脂胶粘剂的配制：将双酚A型E54环氧树脂与双酚A型E20环氧树脂按6： 9的质量比配料，加入间二甲苯二胺固化剂和EMA增韧剂，其中二亚乙基三胺的用量 为16wt%，EMA的用量为4%，在40℃搅拌使之混合均匀，备用。

将环氧树脂胶粘剂均匀涂抹在塑料内胆基体的外表面，再将纤维布裁剪成内胆 的形状，并将纤维布完好地均匀地铺展在塑料内胆基体的外表面上，铺展在内胆表 面的纤维布不出现堆叠现象，纤维布的厚度为0.21mm。进行适当的按压，使树脂胶 粘剂充分浸润纤维布，在纤维布的外表面涂抹树脂胶粘剂，将单股玻璃纤维整理合 成四股，并按照一个方向螺旋式缠绕在纤维布层的外表面，玻璃纤维的拉伸强度 4600Mpa、弹性模量86.4Gpa，在缠绕玻璃纤维时要适时地涂抹树脂胶粘剂，使树脂 胶粘剂充分浸润玻璃纤维；在每缠绕一圈纤维时，都要施加一定的拉力，并且每圈 纤维的拉力均匀，以保证其具有一定的纤维张力以保证强度；在开口处，要增加长 纤维增强量，因为这些位置容易在受压时容易产生应力集中。

在完成缠绕后，再向玻璃纤维涂抹一定量的环氧树脂胶液。依照前面的方式， 再在玻璃纤维层外均匀铺展纤维布层，并使纤维布层与玻璃纤维层交替并达到多层， 不同的玻璃纤维层，玻璃纤维的缠绕方向不同，最外层的纤维缠绕的缠绕角度不要 过大，使纤维绳尽量全面覆盖纤维布，制成内胆生坯。纤维层的厚度为5mm，所述纤 维层中树脂胶粘剂的质量百分含量为35%。

将内胆生坯放入真空袋中，真空脱泡，在100℃下以及1.5个标准大气压下固化， 即成。

实施例三

用吹塑成型工艺将PPR材料制成塑料内胆基体，内胆基体的厚度为5cm,内胆基 体的容积为70L；塑料内胆基体的形状为椭圆环形结构，所述椭圆环形内胆的横截面 为类圆形，内胆的侧边预留内胆的胆口，内嵌螺纹用来安装加热管；内胆的底部设 有进水口和出水口。

环氧树脂胶粘剂的配制：将双酚A型E54环氧树脂与双酚A型E20环氧树脂按1： 1的质量比配料，加入乙二胺固化剂和MBS增韧剂，其中二亚乙基三胺的用量为6wt%， MBS的用量为2%，在40℃搅拌使之混合均匀，备用。

将环氧树脂胶粘剂均匀涂抹在塑料内胆基体的外表面，再将纤维布裁剪成内胆 的形状，并将纤维布完好地均匀地铺展在塑料内胆基体的外表面上，铺展在内胆表 面的纤维布不出现堆叠现象，纤维布的厚度为0.21mm。进行适当的按压，使树脂胶 粘剂充分浸润纤维布，在纤维布的外表面涂抹树脂胶粘剂，将单股玻璃纤维整理合 成四股，并按照一个方向螺旋式缠绕在纤维布层的外表面，玻璃纤维的拉伸强度 4600Mpa、弹性模量86.4Gpa，在缠绕玻璃纤维时要适时地涂抹树脂胶粘剂，使树脂 胶粘剂充分浸润玻璃纤维；在每缠绕一圈纤维时，都要施加一定的拉力，并且每圈 纤维的拉力均匀，以保证其具有一定的纤维张力以保证强度；在开口处，要增加长 纤维增强量，因为这些位置容易在受压时容易产生应力集中。

在完成缠绕后，再向玻璃纤维涂抹一定量的环氧树脂胶液。依照前面的方式， 再在玻璃纤维层外均匀铺展纤维布层，并使纤维布层与玻璃纤维层交替并达到多层， 不同的玻璃纤维层，玻璃纤维的缠绕方向不同，最外层的纤维缠绕的缠绕角度不要 过大，使纤维绳尽量全面覆盖纤维布，制成内胆生坯。纤维层的厚度为4mm，所述纤 维层中树脂胶粘剂的质量百分含量为25%。

将内胆生坯放入真空袋中，真空脱泡，在100℃下加压固化，即成。

实施例四

本实施例与实施例1的不同之处在于：在塑料内胆基体的外表面仅缠绕玻璃纤 维，玻璃纤维层的厚度为3mm。玻璃纤维层采用丙烯酸树脂胶粘剂浸润并固化在塑料 内胆基体的外表面。

实施例五

本实施例与实施例1的不同之处在于：在塑料内胆基体的外表面仅缠绕用树脂 胶粘剂浸渍的纤维布层，纤维布层的厚度为6mm。

批量生产过程中，将树脂、固化剂、增韧剂等按照配方比例调配成树脂胶粘剂， 采用缠绕机在控制纤维张力和预定线型的条件下，将浸过树脂胶粘剂的连续纤维层 按照预定的规律连续地缠绕到内胆基体上，纤维层的厚度为3-6mm。将缠绕成型的内 胆放到固化炉中80-120度固化完成内胆的制备。

实施例六

本实施例提供了一种热水器，该热水器设置有实施例一到实施例五提供的任一 个热水器内胆。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替 换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要 求的保护范围为准。