一种Ⅳ型储氢气瓶内胆/衬及其3D打印一体化成型制备方法技术

本发明专利技术涉及一种Ⅳ型储氢气瓶内胆/衬及其3D打印一体化成型制备方法，涉及储氢气瓶材料及加工领域。该内胆/衬结构主要包括上下封头组件、塑料内胆/衬及若干密封件组成，其中上下封头组件由外金属接头与内金属接头通过螺纹连接，中间空隙采用3D打印一体成型的方式与塑料内胆/衬瓶口固定在一起并紧贴塑料内胆/衬，保证外金属接头、内金属接头装配斜面和塑料内胆/衬斜面无间隙配合。塑料内嵌填充及整体内胆/衬采用3D打印一体化成型制备，工艺流程简单，材料利用率高。此外，塑料内胆/衬材料添加导电材料，具有应变传感器和导热率较高的功能，提高了安全可靠性。提高了安全可靠性。提高了安全可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种Ⅳ型储氢气瓶内胆/衬及其3D打印一体化成型制备方法


[0001]本专利技术提供一种Ⅳ型储氢气瓶内胆/衬及其3D打印一体化成型制备方法，涉及储氢等压力容器


技术介绍

[0002]储氢技术是氢能源发展的关键。目前储氢气瓶为钢制或者铝制金属内胆，重容比较大，搭载在车辆中能耗较大，还存在明显的氢脆效应和疲劳性能差等缺点。因此，近些年来逐渐发展起来的以塑料为内衬的IV型气瓶，为提高车载气瓶储氢密度、疲劳性能和氢气阻隔性能提供了一种可行的思路。
[0003]检索发现，中国专利CN113787694A公开了一种Ⅳ型氢气瓶热塑型内胆及其制作方法，采用三层结构，内层为由(95~80)％的改性尼龙一和(5~20)％的尼龙弹性体所组成的混合体，中间层为EVOH和粘合树脂，外层为改性尼龙二，采用多层共挤技术或者采用挤出注塑方式制成，此外此技术并未公布具体的成型工艺，很可能存在一定的加工难度。
[0004]类似的技术还包括CN115405849A、CN115164089A、CN115654355A、CN116025835A、CN115891230A等，都提及了Ⅳ型氢气瓶塑料内胆/衬，这些塑料内胆/衬制作都采用滚塑、注塑和挤出吹塑等传统制造方法，存在需要制作模具，制作成本高，周期长等缺点。
[0005]本技术所提供的一种Ⅳ型储氢气瓶塑料内胆/衬结构及其3D打印一体成型制造方法，工艺流程简单，材料利用率高，不需要加工模具，建立单个零件产品的三维模型即可即时打印制造，降低了产品的研发周期，有利于批量个性化订制零件的加工制造。此外，3D打印一体成型也增强了金属接头与塑料内胆/衬之间的连接可靠性，塑料内胆/衬材料添加纳米导电材料，具有应变传感器和导热率较高的功能，能智能在线监测自身服役受力变形工况情况，提高了安全可靠性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有Ⅳ型储氢气瓶塑料内胆/衬制备技术存在的上述种种缺陷，本专利技术提供一种Ⅳ型储氢气瓶内胆/衬及其3D打印一体化成型制备方法，技术方案如下：一种两端封头的Ⅳ型储氢气瓶塑料内胆/衬，塑料内胆/衬结构由下封头组件、筒段塑料内胆/衬结构和上封头组件组成。所述上下封头组件分别设置在筒段塑料内胆/衬结构的两端。下封头组件是由外金属接头、3D打印的塑料内胆/衬材料和内金属接头嵌件组成，通过外金属接头精密装配在内金属接头嵌件的螺纹位置上，既保证密封件具有可靠的压缩量，也保证内、外金属接头装配斜面和3D打印塑料内胆/衬斜面无间隙配合。
[0007]本专利技术还在于提供上述Ⅳ型储氢气瓶塑料内胆/衬结构的制备方法，该方法包括以下步骤：a)将阻隔性能良好的塑料与纳米导电材料按比例均匀混合，用作选区激光烧结成形(SLS)3D打印的塑料粉料；b)将金属内金属接头和外金属接头进行去污清洗处理和与塑料粘接面的喷丸处理；c)将处理的塑料粉料和金属内外金属接头放置于选区激光烧结成
形SLS 3D打印设备内，根据塑料内胆/衬尺寸进行打印软件处理，设置SLS 3D打印参数，开始打印操作；d)打印完成后，对塑料内胆/衬清理粉末和热处理，以消除制造内应力。
[0008]所述的塑料内胆/衬材料采用阻隔性能良好的聚烯烃(PE、PP)和尼龙(PA)，颗粒尺寸于(30～100)μm范围内，使用前进行(80
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90)℃热空气中干燥(6~12)h的干燥处理；优选地，所述塑料内胆/衬材料为聚芳醚腈(PEN)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)和聚醚醚酮(PEEK)材料，进行(110
‑
130)℃热空气中干燥(6~12)h的干燥处理；所述的的塑料内胆/衬材料，使用颗粒尺寸于(50～600)nm范围内的导电碳黑、碳纳米管、纳米石墨烯或带表面功能基团的纳米导电材料，与上述塑料内胆/衬粉末材料进行均匀混合；优选地，进行共振混合处理，共振混合功率(200~800)W，共振混合时间为(180~600)s，混合过程中，使混合物物料颗粒处于强声波激励场和悬浮沸腾状态；所述内金属接头和外金属接头的材质为铁、钢、铝或其合金中的任意一种，对内金属接头和外金属接头与塑料内胆/衬的粘接面进行表面清理剂清洗和喷丸处理，所述表面清洗剂为95％浓度酒精，所述喷丸处理至金属表面粗糙度Ra值为(2.5~3.0)μm所述的的塑料内胆/衬材料；优选地，所述内金属接头和外金属接头的材质为6061
‑
T6铝合金或304L、316L奥氏体不锈钢，外金属接头底面上设置有1
‑
2个环形凹槽，内金属接头上翘，底面与基面形成一定角度；所述的塑料内胆/衬选区激光烧结成形(SLS)3D打印方法，其步骤如下： (1)将塑料内胆/衬三维模型导入选区激光烧结成形(SLS)3D打印机的分层处理软件中，进行切片操作；(2)将基板安装固定于工作平台上，上下调平，使激光聚焦面与基板上表面重合，在供粉缸内的基板定位孔上放置外金属接头；用酒精将激光窗口镜和探头擦拭干净；(3)将供粉缸内的工作面基板下降到一定的位置，一般为铺粉厚度，往基板上落入少量粉末，铺粉辊推过后便形成一层均匀粉层，将根据打印需要倒入混合后的塑料粉末，将供粉缸内装满，用辊筒将粉末铺平；(4)关闭舱门，用机械泵抽腔内气压至1000 Pa以下，再开启罗茨泵把腔内气压抽至30 Pa以下，然后关闭阀门、罗茨泵及机械泵，通入惰性气体(氮气、氩气等)，重复一遍，即可将腔体内氧含量降低到较低水平(氧含量降到1%以下)；(5)将预处理完成的分层数据导入选区激光烧结成形(SLS)3D打印机所搭载的烧结控制系统软件中，设置好激光起始点位置，控制激光束在不同区域内扫描，设置3D打印参数，激光功率(150~500)W，激光扫描速度(200~1000)mm/s，激光扫描间距(0.1
‑
0.4)mm，铺粉厚度(0.02
‑
0.08)mm，开始打印；(6)当完成多层多个工艺后，打印到内金属件的放置厚度时停止，卸真空度，清理粉末，再把内金属件放置上面，将工作面下降一个粉层厚度，重新铺粉后激光烧结，如此循环，打印到上封头需放置内金属件的放置厚度时，停止，卸真空度，清理粉末，依次放置上封头的内金属件和外金属件，直至获得整个内胆产品尺寸。
[0009](7)将整个内胆产品样品放进清筛一体机后，需要用刷子将尼龙粉末清理干净，剩下的粉末可以回收再利用。
[0010] 整个内胆产品进行后热处理，选择(80
‑
100)℃ 和(60~120) min后处理工艺，以消除烧结内应力。
[0011]本专利技术提供一种Ⅳ型储氢气瓶内胆/衬及其3D打印一体化成型制备方法，总体采用SLS 3D打印方法加工方法，本专利技术方法制备的塑料内胆/衬产品加工精度高，整体无焊缝，制备工艺简单，操作方便，能耗低，污染小，整个制作过程中原材料的损耗比较少，节约了原材料成本，满足Ⅳ型氢气气瓶内胆的要求。
[0012]本专利技术的制造方法加工出来的Ⅳ型氢气瓶用塑料内胆/衬，可用作工作内压(35~70)MPa气瓶塑料内胆/衬，成型的塑料内胆/衬直径本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Ⅳ型储氢气瓶内胆/衬，其特征在于：由下封头(Ⅰ)、内胆筒身 (Ⅱ)和上封头(Ⅲ)组成，所述上下封头组件(Ⅰ和Ⅲ)分别设置在内胆筒身(Ⅱ)的两端，所述上封头可以与下封头结构相同(A型)，也可以是带盲孔的塑料内胆/衬结构(B型)；下封头组件是由外金属接头、塑料内胆/衬材料和内金属接头嵌件组成，通过外金属接头精密装配在内金属接头嵌件的螺纹位置上，既保证密封件具有可靠的压缩量，也保证内、外金属接头装配斜面和塑料内胆/衬斜面无间隙配合。2.一种Ⅳ型储氢气瓶内胆/衬的3D打印一体化成型制备方法，其特征在于：所述的塑料内胆/衬成型制备方法为选区激光烧结成形3D打印方法，成型的塑料内胆/衬直径(Ф80~Ф500)mm，直筒段壁厚为(3~10)mm，可用作工作内压(35~70)MPa储氢气瓶的塑料内胆/衬。3.根据权利要求1所述的一种Ⅳ型储氢气瓶内胆/衬，其特征在于，所述的塑料内胆/衬材料为聚烯烃(PE、PP)、尼龙(PA)、聚芳醚腈(PEN)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)材料的一种，颗粒尺寸位于(30～100)微米范围内，使用前进行干燥处理，聚烯烃(PE、PP)和尼龙于(80
‑
90)℃热空气中干燥(6~12)h，聚芳醚腈(PEN)、聚醚醚酮(PEEK)和聚苯硫醚(PPS)于(110
‑
130)℃热空气中干燥(6~12)h。4.根据权利要求1所述的一种Ⅳ型储氢气瓶内胆/衬，其特征在于：所述的的塑料内胆/衬材料采用纳米尺寸位于(50～600)纳米范围内的导电碳黑、碳纳米管、纳米石墨烯或带表面功能基团的纳米导电材料的一种，与聚烯烃、尼龙(PA)、聚芳醚腈(PEN)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)材料的一种材料按质量比(1~2)：(98~99)比例进行共振混合处理，共振混合功率(200~800)W，共振混合时间为(180~600)s，混合过程中，使混合物物料颗粒处于强声波激励场和悬浮沸腾状态。5. 根据权利要求2所述的一种Ⅳ型储氢气瓶内胆/衬的3D打印一体化成型制备方法，其特征在于：采用选区激光烧结成形(SLS)3D打印方法，该材料的导电率从10
‑6S
·
cm
‑1增加到10
‑3S
·
cm
‑1，相对电阻
⊿
R/R0在 1600 次循环试验中仍然稳定，在材料内部形成一个稳定的导电网络，兼具内胆/衬阻隔作用和应变传感器功能于一体。6.根据权利要求2所述的一种Ⅳ型储氢气...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，王振东，孙浩铭，向东，胥玟豪，武元鹏，赵春霞，张杰，李辉，李振宇，王犁，李云涛，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：