一种储氢气瓶及其制备方法技术

本申请提供一种储氢气瓶及其制备方法，属于储气技术领域。储氢气瓶的制备方法包括采用湿法缠绕工艺在内衬上缠绕碳纤维形成碳纤维层，在碳纤维层表面缠绕聚酰亚胺纤维形成聚酰亚胺纤维层，在聚酰亚胺纤维层表面缠绕玄武岩纤维形成玄武岩纤维层。碳纤维、聚酰亚胺纤维和玄武岩纤维的浸渍浆料为聚酰亚胺树脂。本申请通过形成从内到外的碳纤维层、聚酰亚胺纤维层和玄武岩纤维层，选用聚酰亚胺树脂作为缠绕层固化树脂，并综合采用测地线和非测地线缠绕工艺，能够提高储氢气瓶的最小爆破压力、充装疲劳次数、耐候性、气密性、高低温环境下的使用寿命和磨损后的最小爆破压力保持率，使气瓶可以在较高压力等级和复杂环境条件下长期安全使用。使用。使用。

【技术实现步骤摘要】
一种储氢气瓶及其制备方法


[0001]本申请涉及储气
，具体而言，涉及一种储氢气瓶及其制备方法。

技术介绍

[0002]氢燃料汽车的发展是“氢经济”最直接的着脚点。但因为氢能本身着火范围宽、着火能低、易漏易爆、火焰传播速度快和难探查的特点，导致其在实际使用时面临较高的泄露、燃爆等风险。特别对于氢燃料汽车而言，氢气泄露和燃烧造成的直接和间接伤害，已然成为制约其发展的突出问题。因此，保证车用储氢装置在规定工作压力等级下长期使用安全就显得至关重要。
[0003]储氢装置在使用时面临的最大风险是其长期使用的安全性，包括与耐疲劳破坏相关的树脂/纤维界面结合强度、与气密性相关氢泄露性、与火烧安全相关的表面阻燃和隔热性、与纤维性能保持相关的缠绕层表面耐磨损性等。车载储氢气瓶的极限性能、使用寿命与其制备方法和结构组成密切相关。而当前的碳纤维缠绕复合材料储氢容器从材料选择，以及对应的铺层设计上，未充分考虑这些因素，导致其在使用时，特别是在70MPa这种高内压条件下的长期使用时，存在较大的安全隐患，严重影响相关产业发展。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种储氢气瓶及其制备方法，其具有较高的压力等级，且具有较好的安全性。
[0005]本申请的实施例是这样实现的：
[0006]在第一方面，本申请示例提供了一种储氢气瓶的制备方法，其包括：采用湿法缠绕工艺在内衬上缠绕碳纤维形成碳纤维层，在碳纤维层表面缠绕聚酰亚胺纤维形成聚酰亚胺纤维层，在聚酰亚胺纤维层表面缠绕玄武岩纤维形成玄武岩纤维层。r/>[0007]碳纤维、聚酰亚胺纤维和玄武岩纤维的浸渍浆料包括聚酰亚胺树脂。
[0008]在上述技术方案中，本申请的储氢气瓶的制备方法通过将碳纤维、聚酰亚胺纤维、玄武岩纤维结合形成从内到外的碳纤维层、聚酰亚胺纤维层和玄武岩纤维层，并选用聚酰亚胺树脂作为缠绕层树脂体系，能够提高储氢气瓶的最小爆破压力、充装疲劳次数、耐候性、气密性、高低温环境下的使用寿命和磨损后的最小爆破压力保持率，使气瓶可以在较高压力等级和复杂环境条件下长期安全使用。
[0009]结合第一方面，在本申请的第一方面的第一种可能的示例中，上述碳纤维的断裂强度为4600～5100MPa，拉伸模量为220～245GPa。
[0010]可选地，碳纤维为T700和/或T800碳纤维。
[0011]结合第一方面，在本申请的第一方面的第二种可能的示例中，上述聚酰亚胺纤维的断裂强度为3100～3600MPa，拉伸膜量为110～130GPa，使用温度为
‑
260～450℃。
[0012]结合第一方面，在本申请的第一方面的第三种可能的示例中，上述玄武岩纤维的断裂强度为0.71～0.752N/Tex，拉伸模量为92～97GPa，使用温度为
‑
200～450℃。
[0013]结合第一方面，在本申请的第一方面的第四种可能的示例中，上述浸渍浆料还包括固化剂和消泡剂，且聚酰亚胺树脂、固化剂和消泡剂的质量比为100:40～70:1.2～1.5。
[0014]可选地，固化剂包括4
‑
甲基六氢苯酐和6
‑
甲基六氢苯酐。
[0015]可选地，4
‑
甲基六氢苯酐和6
‑
甲基六氢苯酐的质量比为30～50:10～20。
[0016]可选地，消泡剂为N,N
‑
二甲基苄胺。
[0017]结合第一方面，在本申请的第一方面的第五种可能的示例中，在上述内衬上缠绕碳纤维形成碳纤维层包括：在内衬上按照环向缠绕和测地线螺旋缠绕的方式交替缠绕浸渍了浆料的碳纤维，每个缠绕层的厚度为 0.09～0.1mm，缠绕宽度为5mm。
[0018]可选地，测地线螺旋缠绕的缠绕角度为17
°
，缠绕层数为18层。
[0019]可选地，环向缠绕的缠绕角度为90
°
，缠绕层数为20层。
[0020]可选地，碳纤维层的厚度为3.42～3.80mm。
[0021]结合第一方面，在本申请的第一方面的第六种可能的示例中，在上述碳纤维层表面缠绕聚酰亚胺纤维形成聚酰亚胺纤维层包括：在碳纤维层上按照环向缠绕和非测地线螺旋缠绕的方式交替缠绕浸渍了浆料的聚酰亚胺纤维，每个缠绕层的厚度为0.12～0.13mm，缠绕宽度为5mm。
[0022]可选地，非测地线螺旋缠绕的缠绕角度为18～26
°
，缠绕层数为12层。
[0023]可选地，环向缠绕的缠绕角度为90
°
，缠绕层数为16层。
[0024]可选地，聚酰亚胺纤维层的厚度为3.36～3.64mm。
[0025]在上述实例中，聚酰亚胺纤维层采用非测地线螺旋缠绕工艺，以辅助平衡封头应力，提高储氢气瓶的极限承载和长期使用安全性。
[0026]结合第一方面，在本申请的第一方面的第七种可能的示例中，在上述聚酰亚胺纤维层表面缠绕玄武岩纤维形成玄武岩纤维层包括：在聚酰亚胺纤维层上按照环向缠绕的方式缠绕浸渍了浆料的玄武岩纤维，每个缠绕层的厚度为0.10～0.11mm，缠绕宽度为5mm。
[0027]可选地，环向缠绕的缠绕角度为90
°
，缠绕层数为8层。
[0028]可选地，玄武岩纤维层的厚度为0.8～0.88mm。
[0029]结合第一方面，在本申请的第一方面的第八种可能的示例中，上述碳纤维、聚酰亚胺纤维和玄武岩纤维在缠绕时均施加预张力，且施加的预张力逐层递减，碳纤维的初始缠绕预张力为35～45N，聚酰亚胺纤维和玄武岩纤维的初始缠绕预张力为25～35N，每层递减0.5～1N。
[0030]在第二方面，本申请示例提供了一种储氢气瓶，其根据上述的储氢气瓶的制备方法制得。
[0031]在上述技术方案中，本申请的储氢气瓶具有较高的压力等级，可在低温和高温下长期使用。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0033]图1为本申请实施例的储氢气瓶的局部示意图。
[0034]图标：100
‑
储氢气瓶；101
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封头段；102
‑
过渡段；103
‑
筒身段；110
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内衬；120
‑
碳纤维层；130
‑
聚酰亚胺纤维层；140
‑
玄武岩纤维层。
具体实施方式
[0035]下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种储氢气瓶的制备方法，其特征在于，所述储氢气瓶的制备方法包括：采用湿法缠绕工艺在内衬上缠绕碳纤维形成碳纤维层，在所述碳纤维层表面缠绕聚酰亚胺纤维形成聚酰亚胺纤维层，在所述聚酰亚胺纤维层表面缠绕玄武岩纤维形成玄武岩纤维层；所述碳纤维、所述聚酰亚胺纤维和所述玄武岩纤维的浸渍浆料包括聚酰亚胺树脂。2.根据权利要求1所述的储氢气瓶的制备方法，其特征在于，所述碳纤维的断裂强度为4600～5100MPa，拉伸模量为220～245GPa；可选地，所述碳纤维为T700和/或T800碳纤维。3.根据权利要求1所述的储氢气瓶的制备方法，其特征在于，所述聚酰亚胺纤维的断裂强度为3100～3600MPa，拉伸膜量为110～130GPa，使用温度为
‑
260～450℃。4.根据权利要求1所述的储氢气瓶的制备方法，其特征在于，所述玄武岩纤维的断裂强度为0.71～0.752N/Tex，拉伸模量为92～97GPa，使用温度为
‑
200～450℃。5.根据权利要求1所述的储氢气瓶的制备方法，其特征在于，所述浸渍浆料还包括固化剂和消泡剂，且所述聚酰亚胺树脂、所述固化剂和所述消泡剂的质量比为100:40～70:1.2～1.5；可选地，所述固化剂包括4
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甲基六氢苯酐和6
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甲基六氢苯酐；可选地，所述4
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甲基六氢苯酐和所述6
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甲基六氢苯酐的质量比为30～50:10～20；可选地，所述消泡剂为N,N
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二甲基苄胺。6.根据权利要求1～5任一项所述的储氢气瓶的制备方法，其特征在于，在所述内衬上缠绕碳纤维形成所述碳纤维层包括：在所述内衬上按照环向缠绕和测地线螺旋缠绕的方式交替缠绕浸渍了所述浆料的所述碳纤维，每个缠绕层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩锐，何太碧，李明，赵冠熹，顾涵，郭永智，李光照，陈刚，
申请(专利权)人：中材科技成都有限公司，
类型：发明
国别省市：