一种车载高压储气瓶及其制造方法技术

本发明专利技术公开了车载高压储气瓶及其制造方法，包括：塑料内胆，塑料内胆的两端上分别嵌设有金属瓶口，塑料内胆外侧缠绕包覆有碳纤维复合材料，碳纤维复合材料固化后形成碳纤维增强层，碳纤维增强层外侧缠绕包覆有芳纶纤维复合材料，芳纶纤维复合材料固化后形成芳纶纤维增强层，包覆有芳纶纤维增强层后的塑料内胆两端上分别贴设有环形封头保护垫。上述的车载高压储气瓶由于在碳纤维增强层的外侧还包覆有芳纶纤维增强层，使得车载高压储气瓶具有优异的抗外部冲击和抗火烧性能；另外，由于在塑料内胆的两端上还分别贴设有环形封头保护垫，使得车载高压储气瓶抗外部冲击性能进一步提高，从而大大提高了车载高压储气瓶的安全性。而大大提高了车载高压储气瓶的安全性。而大大提高了车载高压储气瓶的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种车载高压储气瓶及其制造方法


[0001]本专利技术涉及压力容器领域，具体涉及一种车载高压储气瓶及其制造方法。

技术介绍

[0002]IV型高压储氢瓶采用塑料内胆，在塑料内胆的外侧缠绕包覆有碳纤维复合材料，碳纤维复合材料由排列成带状的碳纤维丝束涂附上热固性树脂形成，碳纤维复合材料固化后形成碳纤维增强层，IV型高压储氢瓶具有储氢压力高、可靠性要求高、安全风险高的特点，塑料内胆受制于塑料自身的强度限制，气瓶瓶口仍需采用金属瓶口，IV型高压储氢瓶上的塑料内胆无法承载很大的压力，所以需要将纤维丝束缠绕在塑料内胆上使塑料内胆能承受更大的压力， IV型高压储氢瓶的筒段上采用螺旋缠绕加环向缠绕方式来缠绕纤维丝束，但是储氢瓶封头处仅能采用螺旋缠绕方式来缠绕纤维丝束，导致在封头与靠近筒段端部之间的纤维增强层厚度比任何其他部分都要薄，从而会降低IV型高压储氢瓶在受到外部冲击、火烧等不利条件时的安全性。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是：将提供一种安全性高的车载高压储气瓶及其制造方法。
[0004]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种车载高压储气瓶，包括：塑料内胆，塑料内胆的两端上分别嵌设有一个金属瓶口，在塑料内胆的外侧缠绕包覆有碳纤维复合材料，碳纤维复合材料固化后形成碳纤维增强层，其特征在于：在碳纤维增强层的外侧缠绕包覆有芳纶纤维复合材料，芳纶纤维复合材料固化后形成芳纶纤维增强层，芳纶纤维复合材料由排列成带状的芳纶纤维丝束涂附上热固性树脂形成，在包覆有芳纶纤维增强层后的塑料内胆两端上分别贴设有与塑料内胆同轴布置的环形封头保护垫，环形封头保护垫的最大直径不大于芳纶纤维增强层筒段的外径。
[0005]进一步的，前述的一种车载高压储气瓶，其中：环形封头保护垫位于塑料内胆上增强层最薄处的外侧，环形封头保护垫的内圈侧壁与塑料内胆上的芳纶纤维增强层的外轮廓面相贴合，环形封头保护垫的外圈侧壁向外弧形凸起使其具有弹性，环形封头保护垫的内、外圈侧壁之间设置有缓冲结构，使得环形封头保护垫能起到缓冲外部冲击的作用。或者，在环形封头保护垫上设置有第一环形缓冲部和第二环形缓冲部，环形封头保护垫的内圈侧壁与塑料内胆上的芳纶纤维增强层的外轮廓面相贴合，第一环形缓冲部环绕于第二环形缓冲部的外侧，第一环形缓冲部位于塑料内胆上增强层最薄处的外侧，第一环形缓冲部上的环形封头保护垫的外圈侧壁向外弧形凸起使其具有弹性，第一环形缓冲部上的环形封头保护垫的内、外圈侧壁之间设置有缓冲结构，使得第一环形缓冲部能起到缓冲外部冲击的作用，第二环形缓冲部位于塑料内胆和金属瓶口接合处的外侧，第二环形缓冲部上的环形封头保护垫的外圈侧壁向外弧形凸起使其具有弹性，第二环形缓冲部上的环形封头保护垫的内、外圈侧壁之间也设置有缓冲结构，使得第二环形缓冲部也能起到缓冲外部冲击的作用。
[0006]进一步的，前述的一种车载高压储气瓶，其中：缓冲结构为蜂窝结构或者点阵结构。
[0007]进一步的，前述的一种车载高压储气瓶，其中：芳纶纤维复合材料的厚度为2
±
1mm。
[0008]进一步的，前述的一种车载高压储气瓶，其中：芳纶纤维增强层中芳纶纤维的体积占比为60%
±
10%。
[0009]进一步的，前述的一种车载高压储气瓶，其中：环形封头保护垫的内圈侧壁和外圈侧壁均为没有孔洞的侧壁。
[0010]进一步的，前述的一种车载高压储气瓶，其中：塑料内胆上用于安装堵头的金属瓶口所在的一端上，该端上的环形封头保护垫的外圈侧壁的外表面上设置有具有隔热作用的膨胀石墨层。
[0011]进一步的，前述的一种车载高压储气瓶，其中：环形封头保护垫利用热塑性聚合物粉末作为材料、通过选择性激光烧结（SLS）3D打印一体成型，热塑性聚合物粉末中各成分的质量占比为： 33%～37%的聚酰胺6、58%～62%的高冲击聚苯乙烯树脂HIPS、3%～7%的苯乙烯
‑
丙烯腈
‑
马来酸酐(SAM)三元共聚物，热塑性聚合物粉末的制备方法为：将三种物料加入至挤出机中进行熔融混合，然后通过挤出机挤出冷却，得到混合有三种物料的共聚混合物，将共聚混合物通过机械粉碎、研磨得到热塑性聚合物粉末，在研磨期间，研磨得到的粉末会发生热软化，从而导致无法得到更细的粉末，所以在研磨时通过干冰、液态二氧化碳或者液氮冷却粉末，使得粉末具有足够的脆性，从而研磨得到D50中间颗粒直径为5～150微米的热塑性聚合物粉末。
[0012]一种车载高压储气瓶的制造方法，其特征在于：制造方法步骤如下：（1）制造得到两端带金属瓶口的塑料内胆，在制造得到的塑料内胆外侧缠绕包覆碳纤维复合材料，碳纤维复合材料固化后形成碳纤维增强层；（2）在碳纤维增强层的外侧缠绕包覆芳纶纤维复合材料，芳纶纤维复合材料固化后形成芳纶纤维增强层；（3）采用手持激光扫描仪对塑料内胆外侧的芳纶纤维增强层的外轮廓进行扫描，从而得到芳纶纤维增强层外轮廓的点云数据；扫描时，扫描仪的精度需达到
±
0.01mm，扫描距离控制在20
±
5cm；（4）扫描获得的点云数据用于环形封头保护垫的设计，使得制造得到的环形封头保护垫的内圈侧壁能与塑料内胆上的芳纶纤维增强层的外轮廓面相贴合，环形封头保护垫的最大直径不大于芳纶纤维增强层筒段的外径，将设计好的环形封头保护垫模型处理成STL格式；（5）将STL格式输入3D打印机中，然后利用热塑性聚合物粉末作为材料、通过选择性激光烧结（SLS）3D打印得到一体成型的环形封头保护垫；热塑性聚合物粉末中各成分的质量占比为： 33%～37%的聚酰胺6、58%～62%的高冲击聚苯乙烯树脂HIPS、3%～7%的苯乙烯
‑
丙烯腈
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马来酸酐(SAM)三元共聚物，热塑性聚合物粉末的制备方法为：将三种物料加入至挤出机中进行熔融混合，然后通过挤出机挤出冷却，得到混合有三种物料的共聚混合物，将共聚混合物通过机械粉碎、研磨得到热塑性聚合物粉末，在研磨期间，研磨得到的粉末会发生热软化，从而导致无法得到更细的粉末，所以在研磨时通过干冰、液态二氧化碳或者液
氮冷却粉末，使得粉末具有足够的脆性，从而研磨得到D50中间颗粒直径为5～150微米的热塑性聚合物粉末。本专利技术的优点为：所述的车载高压储气瓶由于在碳纤维增强层的外侧还包覆有芳纶纤维增强层，使得车载高压储气瓶具有优异的抗外部冲击和抗火烧性能；另外，由于在塑料内胆的两端上还分别贴设有环形封头保护垫，使得车载高压储气瓶抗外部冲击性能进一步提高，从而大大提高了车载高压储气瓶的安全性。
附图说明
[0013]图1为本专利技术所述的车载高压储气瓶一种结构的示意图。
[0014]图2为本专利技术所述的车载高压储气瓶另一种结构的示意图。
[0015]图3为蜂窝结构的示意图。
[0016]图4为点阵结构的示意图。
具体实施方式
[0017]下面结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步的详细描述。
[0018]实施例1如图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车载高压储气瓶，包括：塑料内胆，塑料内胆的两端上分别嵌设有一个金属瓶口，在塑料内胆的外侧缠绕包覆有碳纤维复合材料，碳纤维复合材料固化后形成碳纤维增强层，其特征在于：在碳纤维增强层的外侧缠绕包覆有芳纶纤维复合材料，芳纶纤维复合材料固化后形成芳纶纤维增强层，芳纶纤维复合材料由排列成带状的芳纶纤维丝束涂附上热固性树脂形成，在包覆有芳纶纤维增强层后的塑料内胆两端上分别贴设有与塑料内胆同轴布置的环形封头保护垫，环形封头保护垫的最大直径不大于芳纶纤维增强层筒段的外径。2.根据权利要求1所述的一种车载高压储气瓶，其特征在于：环形封头保护垫位于塑料内胆上增强层最薄处的外侧，环形封头保护垫的内圈侧壁与塑料内胆上的芳纶纤维增强层的外轮廓面相贴合，环形封头保护垫的外圈侧壁向外弧形凸起使其具有弹性，环形封头保护垫的内、外圈侧壁之间设置有缓冲结构，使得环形封头保护垫能起到缓冲外部冲击的作用。3.根据权利要求1所述的一种车载高压储气瓶，其特征在于：在环形封头保护垫上设置有第一环形缓冲部和第二环形缓冲部，环形封头保护垫的内圈侧壁与塑料内胆上的芳纶纤维增强层的外轮廓面相贴合，第一环形缓冲部环绕于第二环形缓冲部的外侧，第一环形缓冲部位于塑料内胆上增强层最薄处的外侧，第一环形缓冲部上的环形封头保护垫的外圈侧壁向外弧形凸起使其具有弹性，第一环形缓冲部上的环形封头保护垫的内、外圈侧壁之间设置有缓冲结构，使得第一环形缓冲部能起到缓冲外部冲击的作用，第二环形缓冲部位于塑料内胆和金属瓶口接合处的外侧，第二环形缓冲部上的环形封头保护垫的外圈侧壁向外弧形凸起使其具有弹性，第二环形缓冲部上的环形封头保护垫的内、外圈侧壁之间也设置有缓冲结构，使得第二环形缓冲部也能起到缓冲外部冲击的作用。4.根据权利要求2或3所述的一种车载高压储气瓶，其特征在于：缓冲结构为蜂窝结构或者点阵结构。5.根据权利要求1或2或3所述的一种车载高压储气瓶，其特征在于：芳纶纤维复合材料的厚度为2
±
1mm。6.根据权利要求1或2或3所述的一种车载高压储气瓶，其特征在于：芳纶纤维增强层中芳纶纤维的体积占比为60%
±
10%。7.根据权利要求1或2或3所述的一种车载高压储气 瓶，其特征在于：环形封头保护垫的内圈侧壁和外圈侧壁均为没有孔洞的侧壁。8.根据权利要求1或2或3所述的一种车载高压储气瓶，其特征在于：塑料内胆上用于安装堵头的金属瓶口所在的一端上，该端上的环形封头保护垫的外圈侧壁的外表面上设置有具有隔热作用的膨胀石墨层。9.根据权利要求1或2或3所述的一种车载高压储气瓶，其特征在于：环形封头保护垫利用热塑性聚合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：金碧辉，成志钢，何春辉，孙磊，陈晓阳，
申请(专利权)人：张家港氢云新能源研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：