一种竹纤维、其制备方法及竹纤维缠绕储氢罐

本发明属于压力容器，具体涉及一种竹纤维、其制备方法及竹纤维缠绕储氢罐。背景技术：1、这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。2、高压气态储氢具有设备结构简单、压缩及维护能耗低、氢气充放效率高和对广泛温度范围的良好适应性等优点，成为目前最常用和成熟的储氢技术。储氢罐需要具备高强度、高模量、耐疲劳、轻质量、抗爆裂、抗压碎、抗冲击的高安全性能。目前iv型储氢罐通常分为内层气体阻挡层、中层耐压层、外层保护层三部分。其中，中层耐压层最厚，通常采用碳纤维缠绕的环氧树脂复合材料。碳纤维以其轴向均匀排列且高度结晶的石墨化结构足以承担起储氢瓶外缠绕纤维的各项性能，但制备碳纤维的原料来自于石油裂解过程，其经过前期单体纯化、聚合、纺丝、牵伸等工艺复杂的原丝制备过程和后续预氧化、碳化及石墨化等高能耗过程获得，整个过程资源利用率低、环境危害大。3、中国竹资源丰富，竹子生长周期快。竹从生长到成为竹产品的整个过程具有高效的固碳能力。天然竹纤维始终保持轴向生长，具有比拉伸强度和比弹性模量高的特点。目前，竹原纤维通常由机械物理分丝、化学或生化脱胶、开松梳理相结合的方法获得，工艺过程漫长复杂，该方法获得的成品纤维虽能部分保留天然竹纤维部分结构，但拉伸强度及弹性模量大幅降低，难以达到储氢瓶对外缠绕纤维的力学性能要求。化学法通常将竹片水解成浆粕，再通过纺丝获得再生纤维素的竹浆纤维，水解再纺丝过程重铸了竹纤维素结构，难以继承天然竹纤维的优异力学性能。技术实现思路1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种竹纤维、其制备方法及竹纤维缠绕储氢罐。2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：3、第一方面，本发明提供一种竹纤维的制备方法，包括如下步骤：4、将天然竹子切成等长竹杆，浸泡于沸水中进行预处理，去除水溶性有机物；5、将过氧化氢、有机酸和h2so4按比例混合，制得过氧酸溶液，过氧酸溶液中，过氧化氢的浓度为7-24wt％，有机酸的浓度为15-55wt％，h2so4的浓度为0.5-3wt％；6、将预处理后的竹杆浸泡于过氧酸溶液中，在50-60℃，浸泡12-20h，得到竹纤维；7、然后将竹纤维浸泡于碱溶液中进行中和，中和完毕，洗涤；8、将洗涤后的竹纤维真空干燥后，加捻延长其长度，得长纤维；9、对长纤维施加微波辐照，即得。10、竹茎的化学组成，除了包括大量的纤维素、半纤维素和木质素，还包括质量百分数为30％左右的可溶性戊聚糖和少量其他可溶性有机物，这些可溶性有机物容易与过氧化氢、有机酸等反应而影响提取纤维素的过程。此外，未去除可溶性有机物的竹材结构紧密，会降低去除木质素、提取纤维素过程的反应效率。所以需要经过预处理将竹杆中的水溶性有机物去除。11、少量h2so4为过氧化氢与有机酸反应制备过氧酸的催化剂，三者缺一不可。过氧酸产生的羟基(ho·)和超氧阴离子(o2·-)自由基攻击木质素的富电子芳环和烯烃侧链结构，导致木质素解聚和溶解。半纤维素随着木质素的解聚从而解开固定，也随即从竹纤维中脱离出来，从而保留下来的极大部分为纤维素。所以，过氧酸溶液可以选择性去除木质素和半纤维素，并保留纤维素。12、在一些实施例中，竹杆在沸水中浸泡的时间为1-2h。13、在一些实施例中，所述有机酸为甲酸、乙酸、草酸、柠檬酸、苹果酸或马来酸。14、在一些实施例中，所述碱溶液为naoh溶液、koh溶液、na2co3溶液、nahco3溶液或氨水。15、优选的，碱溶液的浓度为0.5-3wt％。16、中和的时间为5-10min，采用去离子水洗涤的次数>3。17、在一些实施例中，真空干燥过程中，真空度为-0.06～-0.1mpa，干燥时间为24-48h。18、在一些实施例中，微波辐照的功率为100-240w，微波辐照的时间为30-60min。通过微波辐照，在纤维束内各根纤维之间形成紧密的氢键和范德瓦尔键，从而获得高比强度和比模量的竹纤维。19、优选的，微波辐照过程中，对长纤维的两端施加牵伸力，牵伸倍数为4-7倍。牵伸倍数是指微波辐照过程中，两端施加牵伸力后，纤维的长度与其原始长度之比。20、在一些实施例中，每束竹纤维的数量为30-60根，加捻方向为s捻，捻度为30-70捻/10cm。21、第二方面，本发明提供一种竹纤维，由所述制备方法制备而成。22、第三方面，本发明提供一种竹纤维缠绕储氢罐，自内向外依次为内胆、竹纤维缠绕层和外保护层，所述竹纤维缠绕层为所述竹纤维和环氧树脂的复合材料。23、在一些实施例中，所述内胆的材质为高密度聚乙烯(hdpe)、聚酰胺(pa6)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)或聚醚基材料。24、优选的，内胆的厚度为2-4mm。25、在一些实施例中，竹纤维缠绕层的厚度为20-30mm。26、在一些实施例中，所述外保护层为玻璃纤维增强环氧树脂复合材料。27、优选的，所述玻璃纤维为s型玻璃纤维或e型玻璃纤维。28、上述本发明的一种或多种实施例取得的有益效果如下：29、本发明提供了一种竹纤维缠绕储氢罐，采用一种化学-微波法实现了对竹材结构中木质素和半纤维素的选择性脱除，并极大保留天然竹材中纤维素的排列结构，依赖天然竹纤维本身的高比强度、高比模量、耐疲劳和长使用寿命的特点，实现制备一种竹纤维缠绕储氢罐。本发明所提出方法高效、绿色、能耗低，是目前碳纤维储氢罐制备的替代方案。技术特征：1.一种竹纤维的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：2.根据权利要求1所述的竹纤维的制备方法，其特征在于：竹杆在沸水中浸泡的时间为1-2h。3.根据权利要求1所述的竹纤维的制备方法，其特征在于：所述有机酸为甲酸、乙酸、草酸、柠檬酸、苹果酸或马来酸。4.根据权利要求1所述的竹纤维的制备方法，其特征在于：所述碱溶液为naoh溶液、koh溶液、na2co3溶液、nahco3溶液或氨水；5.根据权利要求1所述的竹纤维的制备方法，其特征在于：真空干燥过程中，真空度为-0.06～-0.1mpa，干燥时间为24-48h；6.根据权利要求1所述的竹纤维的制备方法，其特征在于：每束竹纤维的数量为30-60根，加捻方向为s捻，捻度为30-70捻/10cm。7.一种竹纤维，其特征在于：由权利要求1-6任一所述制备方法制备而成。8.一种竹纤维缠绕储氢罐，其特征在于：自内向外依次为内胆、竹纤维缠绕层和外保护层，所述竹纤维缠绕层为权利要求7所述竹纤维和环氧树脂的复合材料。9.根据权利要求8所述的竹纤维缠绕储氢罐，其特征在于：所述内胆的材质为高密度聚乙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚醚基材料；10.根据权利要求8所述的竹纤维缠绕储氢罐，其特征在于：竹纤维缠绕层的厚度为20-30mm；技术总结本发明公开了一种竹纤维、其制备方法及竹纤维缠绕储氢罐，竹纤维的制备方法，包括如下步骤：将天然竹子切成等长竹杆，浸泡于沸水中进行预处理，去除水溶性有机物；将过氧化氢、有机酸和H