【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种塑料内胆碳纤维缠绕车用全复合材料储氢瓶制备方法，具体涉及塑料加工与碳纤维缠绕技术，属于复合材料加工与高压容器制造交叉。
技术介绍
1、氢能作为来源广泛、高效清洁的重要二次能源，逐步成为全球能源技术革命的重要方向，已作为新型清洁能源应用于新能源汽车，氢气瓶氢燃料汽车的供氢系统是汽车的重要部件之一，主要有高压压缩氢气充气、储存、供给、减压、超压释放、安全限流和低压输出的功能，满足车用氢燃料汽车的供氢和消耗需求，氢气瓶是氢燃料电池汽车供氢系统的重要部件，在能源、交通、工业、建筑等领域具有广阔的应用前景。
2、高压储氢压力容器作为氢能储运必不可少的重要设备，其中钢带错绕式高压储氢容器依托其完全自主知识产权、理论技术成熟和综合性能优良等技术优势在储氢容器方面得以广泛应用，从设备设计角度探讨钢带错绕式高压储氢压力容器的主要材料选用。
3、氢气瓶是氢燃料汽车的供氢系统的重要部件之一，已满足车用氢燃料电池汽车的供氢和消耗需求，氢气瓶具备承载压缩氢气的压力高、气瓶质量轻和储氢密度大的性能特点，固定在道路车辆上，用于氢燃料储存并可重复充装。氢气瓶的充装压力一般为35∽70mpa之间。气瓶结构分为钢内胆纤维缠绕复合气瓶(ⅱ型气瓶)、铝内胆碳纤维全缠绕复合气瓶(ⅲ型气瓶)和塑料内胆碳纤维全缠绕复合气瓶(ⅳ型气瓶)，因而高压氢气瓶是氢燃料电池汽车供氢系统的关键部件。
4、国内外在复合材料压力容器领域开展了大量的研究。有人用四种优化干纱缠绕有限元模型的方法，并预测了气瓶在气嘴位置爆破失效。根据纤维缠绕的
5、全球学者在干纱缠绕的力学理论和缠绕工艺方面进行了广泛的研究，而在干纱缠绕气瓶整体结构的细观建模和对应的强度分析方面涉及较少。
技术实现思路
1、针对压力容器应用的液态介质低压存储领域，本专利技术的主要目的是提供一种塑料内胆碳纤维缠绕车用全复合材料储氢瓶制备方法，预埋植入金属件经吹塑成型塑料内胆，干纱缠绕增强是本专利技术的关键技术，通过塑料作为内衬，再用高性能碳纤维与树脂基体复合成型的压力容器，所述压力容器即为塑料内胆碳纤维缠绕车用全复合材料储氢瓶。本专利技术与传统金属基压力容器相比，具有高比刚度、高比强度、可设计性强和耐腐蚀、疲劳性能好等优点。
2、本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。
3、本专利技术公开的一种塑料内胆碳纤维缠绕车用全复合材料储氢瓶制备方法，包括如下步骤：
4、吹塑材料选用尼龙66、高密度聚乙烯和低密度聚乙烯的混合物以及聚丙烯其中的一种；结构预埋件由金属材料气瓶口螺纹结构件精加工而成，非螺纹部分便埋入吹塑层的预埋角。
5、第一步，结构件预埋及吹塑-制备塑料内胆
6、制备预埋结构件选用30crmnsi，螺纹接口部螺纹为m20x1.5mm-m40x2.5mm，外表面滚花，预埋结构件长度为80mm-120mm，其中螺纹部分长度20mm-40mm，无螺纹部分翻边成梅花状，备用；在双螺杆机的出料口端连接吹塑模具机构，根据表1设置双螺杆机温度控制范围，并向双螺杆机加料口加入吹塑成型的塑料，升温至预定的温度，吹塑压力条件为：
7、主油泵压力(p1)：9-18mpa
8、锁模压力(p2)：12-19mpa
9、伺服泵压力(p3)：9-18mpa
10、气动系统压力(p4)：0.5-0.9mpa
11、低压吹气压力(p5)：0.15-0.55mpa
12、高压吹气压力(p6)：0.5-1.6mpa
13、表1吹塑内胆时导流板成型温度控制(单位℃)
14、
15、第二步，塑料内胆表面挂胶
16、将吹塑成型经检测合格的塑料内胆固定于缠绕机上，在塑料内胆表层均匀涂0.06-0.15mm厚的胶液，胶液组成为：e128环氧树脂55-62％，e51环氧树脂25-32％，羧基丁晴橡胶或羧基丁晴橡胶液2-8％，650聚酰胺6-12％，四甲基咪唑0.5-6％。
17、第三步，在塑料内胆表面缠绕底层碳纤维及干纤维缠绕成型
18、干纤维缠绕成型技术是在传统的缠绕技术改进而来的。传统纤维缠绕的复合材料由树脂和纤维构成，纤维用来承受沿纤维方向的拉力载荷，树脂用来固定纤维并承担和传递剪切载荷，或者层间应力。如果制品形状为等张力制品，且采用测地线缠绕(制品表面两点之间距离最短程线)，则纤维只承受拉力载荷，因此即使没有树脂，纤维也不会出现滑移或运动干纤维增强缠绕工艺成功关键的两个设计是测地线路径和等张力模型。
19、测地线路径是缠绕表面两点之间的最短程线，在加强结构中，通过测地线保证增强纤维的有效使用。通过等张力模型使内部产生的应力转化为整个缠绕表面在纤维方向排布的恒定应力。缠绕表面纤维只承受拉伸强度，产品也不会因内部压力的影响而变形，通过测地线路径与等张力缠绕相结合使纤维方向得到优化。
20、sinα0 ＝ r0 /r (1)
21、将筒身段缠绕纤维展开，利用螺距法得到压力容器筒身段中心转角方程:
22、γ ＝ ltanα0/ πd × 360° (2)
23、截取筒身段任一轴向截面，将式(2)代入得筒身段缠绕纤维任一点的轨迹点方程，即封头段纤维轨迹方程。
24、取封头处一子午线r＝r(z)，沿z轴旋转360°得到图3中的封头回转曲面，曲面回转方程为:r(θ，z)＝(rcosθ，rsinθ，z)。提取曲面上一曲线c，并提取曲线c上一点p研究其测地曲率和法曲率。
25、缠绕成型过程中，纱线由极孔一端开始，经过一个完整循环回到与起始点错开一个纱宽的距离，然后再经过若干个完整循环将内衬布满。
26、作为优选，利用matlab软件对干纱缠绕进行轨迹仿真。首先根据模具的几何尺寸在matlab的命令框中输入封头和筒身部分的几何参数，然后通过代码编程的方法建立内衬的几何模型，由纤维轨迹方程建立缠绕轨迹的几何模型。其中筒身段轨迹方程为常规基本方程，可直接在程序中编写，而在封头段的中心转角为二阶微分方程，采用四阶runge-kutta法进行求解，在此利用matlab中自带的ode45函数进行求解。测量极孔半径r0＝17mm，纱宽b＝2-6mm，由式(1)可得缠绕角α0＝6-15°，选取切点数n＝7。根据所求轨迹方程和缠绕参数画出干纱缠绕线型在一个循环、五个循环和纤维布满情况下的线型图。
27、纤维增强塑本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种塑料内胆碳纤维缠绕车用全复合材料储氢瓶制备方法，其特征在于：包括如下步骤，
2.如权利要求1所述的一种塑料内胆碳纤维缠绕车用全复合材料储氢瓶制备方法，其特征在于：吹塑材料选用尼龙66、高密度聚乙烯和低密度聚乙烯的混合物以及聚丙烯其中的一种；结构预埋件由金属材料气瓶口螺纹结构件精加工而成，非螺纹部分便埋入吹塑层的预埋角。
3.如权利要求2所述的一种塑料内胆碳纤维缠绕车用全复合材料储氢瓶制备方法，其特征在于：通过增强材料提供高强度和刚度，而塑料本身在强度和刚度方面比较差，因此在制作过程需要强度高，通过设计最优模型形状和纤维缠绕轨迹路径，使纤维仅承受拉伸应力且纤维发挥100％作用，在所述形状下纤维结构承担所有力量；因此塑料内衬没有承担绝对压力，承受压力时候起到密封作用。
4.如权利要求1、2或3所述的一种塑料内胆碳纤维缠绕车用全复合材料储氢瓶制备方法，其特征在于：利用MATLAB软件对干纱缠绕进行轨迹仿真；首先根据模具的几何尺寸在MATLAB的命令框中输入封头和筒身部分的几何参数，然后通过代码编程的方法建立内衬的几何模型，由纤维轨迹方程建立缠
...【技术特征摘要】
1.一种塑料内胆碳纤维缠绕车用全复合材料储氢瓶制备方法，其特征在于：包括如下步骤，
2.如权利要求1所述的一种塑料内胆碳纤维缠绕车用全复合材料储氢瓶制备方法，其特征在于：吹塑材料选用尼龙66、高密度聚乙烯和低密度聚乙烯的混合物以及聚丙烯其中的一种；结构预埋件由金属材料气瓶口螺纹结构件精加工而成，非螺纹部分便埋入吹塑层的预埋角。
3.如权利要求2所述的一种塑料内胆碳纤维缠绕车用全复合材料储氢瓶制备方法，其特征在于：通过增强材料提供高强度和刚度，而塑料本身在强度和刚度方面比较差，因此在制作过程需要强度高，通过设计最优模型形状和纤维缠绕轨迹路径，使纤维仅承受拉伸应力且纤维发挥100％作用，在...
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