一种全缠绕无内胆储气瓶的制作方法技术

本发明专利技术提供一种全缠绕无内胆储气瓶的制作方法，包含如下制作步骤：将高强轻质纤维绳浸轧、裹覆热塑性塑料熔浆制成复合绳，成卷备用；将复合绳送入3D打印机系统的打印头，纵向打印瓶体的纵向缠绕层，直至形成瓶体的主体；通过注气阀向瓶体的主体内充内压0.3～0.5MPa；完成充内压后，保持内压，然后在瓶体的主体外表面用复合绳进行环向热熔缠绕复数层；将环向热熔缠绕后的瓶体加热到热塑性塑料软化温度，保持恒温30分钟，再降温到室温，而后释压。本发明专利技术克服I型、II型、III型储气瓶等由于金属瓶胆自身过重的不足，省去内胆的制作成本，同时具有降低气体的转运、使用成本和劳动强度等优点。等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种全缠绕无内胆储气瓶的制作方法


[0001]本专利技术涉及一种储气瓶的制作方法，尤其是一种全缠绕无内胆储气瓶的制作方法，具体涉及高强轻质纤维作为增强材料、以热塑性塑料为基体通过3D打印制作全缠绕无内胆储气瓶瓶体的方法。

技术介绍

[0002]根据现有安全制造材质和工艺，储气瓶一般分为四型。一型瓶(Ⅰ型)是金属储气瓶；二型瓶(Ⅱ型)是金属内胆纤维环向缠绕储气瓶；三型瓶(III型)是金属内胆纤维全缠绕储气瓶；四型瓶(IV型)是非金属类的纤维全缠绕储气瓶。I型、II型、III型储气瓶均存在容量/质量(所容气体量与瓶身质量)比低的缺点。现有I型、II型、III型储气瓶均有内胆，其制作成本高，且目前尚未有使用复合材料通过3D打印机制作全缠绕无内胆储气瓶的方法。
[0003]未来的氢动力汽车需要更轻、更经济的储氢瓶，所涉及的技术挑战和巨大的市场潜力。本专利技术的制作方法，不仅使储气瓶具有良好的机械性能和较轻的重量，材料和成本要求也比较低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的是提供一种全缠绕无内胆储气瓶的制作方法，对上述I型、II型、III型储气瓶不足，克服I型、II型、III型储气瓶等由于金属内胆自身过重的不足，省去内胆的制作成本，同时具有降低气体的转运、使用成本和劳动强度等优点。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所设计的一种全缠绕无内胆储气瓶的制作方法，以高强轻质纤维绳作为连续增强材料，以热塑性塑料为基体材料，借助3D打印技术成型，继而在完成环向缠绕后采取热胀定型使瓶体内的增强材料处于预应力状态。
[0006]通过应力分析，我们可以得到：
[0007]储气瓶两端球形部分应力:σ
纵
＝pR/2δ。
[0008]储气瓶圆筒形部分应力:σ
环
＝pR/δ。
[0009]其中，σ
纵
、σ
环
分别为储气瓶球形部分和圆筒形部分所受应力，p为储气压力，R为储气瓶内径，δ为储气瓶壁厚。
[0010]这两公式说明，储气瓶球形部分所受应力是圆筒形部分所受应力的一半。本专利技术在纵向、环向增强材料的分布时，充分考虑这个因素。
[0011]实现一种全缠绕无内胆储气瓶的制作方法，具体制作步骤为：
[0012]A、准备：将高强轻质纤维绳浸轧、裹覆热塑性塑料熔浆制成复合绳，作为3D打印材料，成卷备用，在三维建模软件中建立3D打印的圆头柱形模型；
[0013]B、打印纵向缠绕层：将所述圆头柱形模型导入3D打印机系统中，设置所述3D打印机系统的打印头温度，将复合绳送入打印头，纵向打印储气瓶的纵向缠绕层，直至打印完成，形成储气瓶瓶体的主体；
[0014]C、充内压：将瓶体的主体放置冷却后，在任一端加装并通过注气阀向瓶体的主体
内充内压0.3～0.5MPa；
[0015]D、环向缠绕：完成充内压后，保持内压，然后在瓶体的主体外表面全纵向长度，用复合绳进行环向热熔缠绕复数层；
[0016]E、热胀定型：将环向热熔缠绕后的瓶体，在保持内压条件下，加热到热塑性塑料软化温度，保持恒温30分钟，再自然冷却到室温，而后释压，完成瓶体的制作。
[0017]进一步的，所述3D打印机系统的打印头出料温度及复合绳热熔缠绕温度设置为热塑性塑料的自由流动温度。
[0018]进一步的，所述高强轻质纤维绳是由碳纤维、玻璃纤维或竹纤维制成。
[0019]本专利技术的优点在于：以复合绳为打印材料，首先打印瓶体的纵向缠绕层(瓶体长度方向)形成瓶体的主体。再继续进行环向缠绕，在瓶体具有内压条件下，在瓶体主体的外表面全纵向长度用复合绳进行环向热熔缠绕复数层，以确保径向强力。在保持内压条件下，将瓶体加热到热塑性塑料软化温度，并保持恒温30分钟，再降温到室温而后释压，以使瓶体内的增强材料处于预应力状态。
[0020]另外，本专利技术以热塑性材料为基体、高强轻质的玻璃纤维、碳纤维或竹纤维为增强材料。由于热塑性材料的弹性形变远大于高强轻质纤维，当瓶内充以高压时，瓶壁所受张力将主要由高强轻质纤维承担。利用预应力、弹性形变等因素，本专利技术将增强材料的抗拉特性发挥到了极致。
[0021]本专利技术利用3D打印技术实现无内胆全缠绕瓶体的制作，免去内胆制作成本。以玻璃纤维、碳纤维或竹纤维等高强轻质纤维增强的复合材料制作储气瓶，有效地降低了瓶体自重。
[0022]本专利技术既可制作新型轻质、低成本高压力的储气瓶，也可应用于其他需要复合材料制作的管罐、壳体等产品，广泛应用于现代交通、船舶海洋、航空航天及化学化工等各个领域装备中。
具体实施方式
[0023]参照ISO11439
‑
2013气瓶
‑
高压用于车载存储的气瓶国际标准。
[0024]实施方式1
[0025]制作20MPa圆头柱形储气瓶，内径300mm，瓶体全长800mm。
[0026]本专利技术一种全缠绕无内胆储气瓶的制作方法，包含如下制作步骤：
[0027]A、准备：将直径分别为5mm和1mm的竹纤维绳浸轧、裹覆abs塑料熔浆制成1号复合绳和2号复合绳，成卷备用。其中abs塑料熔浆裹覆厚度均为0.15mm，即1号复合绳的直径为5.3mm，2号复合绳的直径为1.3mm，所述1号复合绳作为3D打印材料，在三维建模软件中建立3D打印的圆头柱形模型。
[0028]B、打印纵向缠绕层：将所述圆头柱形模型导入3D打印机系统中，所述3D打印机系统的打印头温度设置为170～180℃，将1号复合绳送入所述打印头，沿瓶体的长度方向打印储气瓶的纵向缠绕层，直至打印完成，形成储气瓶瓶体的主体。
[0029]C、充内压：将瓶体的主体放置冷却后，在任一端加装并通过注气阀向瓶体的主体内充内压0.3MPa。
[0030]D、环向缠绕：完成充内压后，保持内压，将瓶体的主体置于环向热熔缠绕机上，用2
号复合绳对瓶体的主体外表面进行全纵向长度环向热熔(215～220℃)缠绕10层，缠绕角为90
°
。
[0031]E、热胀定型：将环向热熔缠绕后的瓶体，在保持内压条件下，在烘房内将瓶体加热到abs塑料软化温度，保持恒温30分钟，再自然冷却到室温，而后释压，完成瓶体的制作。
[0032]实施方式2
[0033]制作30MPa圆头柱形储气瓶，内径300mm，瓶体全长800mm。
[0034]一种全缠绕无内胆储气瓶的制作方法，包含如下制作步骤：
[0035]A、准备：将直径分别为5mm和1mm的玻璃纤维绳浸轧、裹覆PLA塑料熔浆制成1号复合绳和2号复合绳，成卷备用。其中PLA塑料熔浆制裹覆厚度均为0.15mm，即1号复合绳的直径为5.3mm，2号复合绳的直径为1.3mm，所述1号复合绳作为3D打印材料，在三维建模软件中建立3D打印的圆头柱形模型模型。
[0036]B、打印纵向缠绕层：将所述圆头柱形模型导入3D打印机系统中，所述3D打印机系统的打本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全缠绕无内胆储气瓶的制作方法，其特征在于，包含如下制作步骤：A、准备：将高强轻质纤维绳浸轧、裹覆热塑性塑料熔浆制成复合绳，作为3D打印材料，成卷备用，在三维建模软件中建立3D打印的圆头柱形模型；B、打印纵向缠绕层：将所述圆头柱形模型导入3D打印机系统中，设置所述3D打印机系统的打印头温度，将复合绳送入打印头，纵向打印储气瓶的纵向缠绕层，直至打印完成，形成储气瓶瓶体的主体；C、充内压：将瓶体的主体放置冷却后，在任一端加装并通过注气阀向瓶体的主体内充内压0.3～0.5MPa；D、环向缠绕：完成充内...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭建新，张毅，
申请(专利权)人：张丹惠，
类型：发明
国别省市：