【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高分子材料加工成型领域，具体涉及一种储氢瓶塑料内胆等中空制品快速滚吹成型装备及工艺。
技术介绍
1、大型中空的聚合物或聚合物复合材料的制品通常采用滚塑、吹塑、注射焊接、缠绕或者传递模塑等方法成型。ⅳ储氢瓶塑料内胆作为一种典型的中空制品，要求具备较高的成型精度和成型效率。其最常用的成型方法是滚塑、吹塑和注射焊接成型。此外，常用的内胆材料为高密度聚乙烯和尼龙类材料。高密度聚乙烯材料因为具有较好的可成型性能而适用于多种成型方法。而拥有更高阻隔性能和抗蠕变性能的尼龙材料，尤其是以尼龙6为代表，其因为加工温度高、加工窗口窄、粘度低，极易在挤出、焊接过程中出现熔垂问题，导致成型失败。相较于其他两种成型方式，滚塑成型具备尺寸可变能力强、较容易调整壁厚、成型制品无应力以及设备成本低等诸多优点，适用于实验用内胆开发和内胆批量制造；更重要的是，滚塑通过模具旋转带动物料运动，并使物料粘附在模具内壁上，减小了重力对熔体的影响。然而，滚塑也存在成型效率低、尺寸精度低、制品材料密度低等多种问题。
2、滚塑是无压、非受限成型，且材料为粉体材料，在成型过程中容易出现气泡、壁厚不均等多种缺陷。前人已有研究在滚塑的粉料熔融过程中通过模内持续低压或模内持续高压的方式减少材料中的气泡(所述高压为模内绝对压力，约为0.1～0.6mpa；所述低压为模内绝对压力，约为0～0.1mpa)，并取得一定的效果。但持续的低压容易导致模内空气传热效率降低，并出现模具温度死角等问题；持续高压可以通过加速气泡在聚合物解缠后形成的自由体积中溶解而减少气泡，但在后期
技术实现思路
1、针对滚塑成型过程中制品壁上易残留气泡、制品外尺寸精度控制难度大、金属-塑料嵌件冷却速率不同导致的储氢瓶内胆内应力缺陷等难题，本专利技术提出一种储氢瓶塑料内胆滚-吹成型装备及工艺，通过气压控制系统控制模内气压，解决内胆壁上气泡未能及时溢出的问题，并增大成型后内胆材料的机械性能，降低氢渗透系数；此外，气压控制系统可以在内胆冷却过程中提供足够的模内压力保持内胆外尺寸由模具限制，提高内胆成型精度。本专利技术通过模内气体温度调节系统，控制内胆成型过程中的模内温度，以解决模内气压调节过程中温度失衡问题；进一步地，通过气体温度置换的方法可快速调整模内气体温度并可实现模内气体温度独立于模具控制。装备方面，本专利技术设计了一种易加热、耐高压的模具，开发了一套运动部件重量较轻的成型装备，解决现有模具加热冷却效率与承压能力之间的矛盾，节约能耗；工艺方面，本专利技术提出一种前期高温低压成型、中期高温高压成型、后期低温高压成型的滚吹协同工艺，配合滚-吹成型装备，以解决内胆成型过程中热循环时间长而导致加工效率低，内胆收缩导致内胆外尺寸不可控的问题。
2、本专利技术一种储氢瓶塑料内胆滚-吹成型装备，包括内胆模具驱动装置、滚塑模具系统、气压控制系统和模内气体温度调节系统。本专利技术以摇摆式ⅳ储氢瓶塑料内胆滚塑机作为实施例说明，但不限定应用于摇摆式储氢瓶内胆滚塑装备。本专利技术所述内胆模具驱动装置包括机架、电机、导电滑环、齿轮滚圈、光滑滚圈、轴向限位滚圈和减速机等。所述滚塑模具系统包括滚塑模具、模具架和加热铜环。所述滚塑模具包括内模、加热模块、保温层和外模。所述气压控制系统包括数据采集系统、截止阀、溢流阀、真空压力传感器、模内气压传感器、空气压缩机、快接接头、调压调速阀、旋转接头、导气管、扰流器、真空泵和气体冷却装置等。所述模内气体温度调节系统包括气体加热装置、气体静态混合器和温度传感器等。
3、本专利技术一种储氢瓶塑料内胆滚-吹成型装备的具体连接方式为：本专利技术所述滚塑模具由内至外分别为内模、加热模块、保温层和外模，滚塑模具的各个部件在使用过程中位置相对固定。本专利技术所述滚塑模具与模具架固接，模具架用于支撑滚塑模具并防止滚塑模具变形，同时用于安装需要随同滚塑模具运动的结构件或控制元器件。模具架通过螺栓与旋转机架固接。旋转机架上焊接或通过螺栓紧固连接有齿轮滚圈、轴向限位滚圈和光滑滚圈。齿轮滚圈与固定在异型支撑架上的减速机通过齿轮啮合连接，并由电机驱动旋转。光滑滚圈与固定在异型支撑架上的滚轮可相对滚动连接，起配合齿轮滚圈支撑旋转机架的作用。轴向限位滚圈通过限位槽与固接在摇摆机架上的限位杆通过安装在限位杆上的轴承连接。限位杆与轴向限位滚圈的防径向脱离功能由通过螺纹连接在限位杆上的限位块实现。旋转机架上的电器元件的电能输入输出通过导电滑环实现。异型支撑架与摇摆机架焊接。摇摆机架与固定在地面上的固定机架通过摇摆轴承连接，并由安装在固定机架上电机驱动。储氢瓶塑料内胆的嵌件由加热铜环通过螺纹连接的方式固接在滚塑模具上。气体导管与加热铜环固接且同轴布置。气体导管分为进气导管和排气导管。进气导管的头部安装有扰流器。进气导管及排气导管与外部管路均通过同轴的螺母固接，必要地，螺纹设计为密封螺纹。与进气导管连接的外部管路上依次连接模内气压传感器、溢流阀、气体加热装置、进气截止阀和进气旋转接头，相关元器件均通过金属管路连接。气体加热装置固定在模具架上并同模具架一起运动。进气旋转接头之后可选择性地使用塑料软管或金属管连接相关元器件。进气旋转接头之后经过调压调速阀与高压气源连接。所述高压气源包括工作区/车间集中提供的气源、专门配置的空气压缩机提供的气源。工作区/车间集中提供的气源可使用快接接头直接接入本专利技术所述系统。空气压缩机提供的气源依据物料成型的具体需求，可从空气中直接抽入气体或从储气罐中抽入氮气或惰性气体。与排气导管连接的外部管路上依次连接真空泵截止阀、排气旋转接头、真空压力传感器、气体冷却装置和真空泵，经由气体冷却装置冷却并由真空泵抽出的气体依据具体内容物可选择经过排空截止阀直接排入空气或经过回收罐截止阀进入气体回收罐。所述气体冷却装置、真空泵均安置在地面上，不随模具运动。
4、本专利技术所述扰流器主要用于解决充入模内的气体流速过快导致滚塑模具内气体温度分布均匀性差的问题。本专利技术所述扰流器优选内置转子的扰流器，充入模内的气体可以带动转子旋转而时刻改变气流方向，使各个位置的气体温度分布均匀本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种储氢瓶塑料内胆滚-吹成型装备，其特征在于：包括内胆模具驱动装置、滚塑模具系统、气压控制系统和模内气体温度调节系统，所述内胆模具驱动装置包括机架、电机、导电滑环、齿轮滚圈、光滑滚圈、轴向限位滚圈和减速机，所述滚塑模具系统包括滚塑模具、模具架和加热铜环，所述滚塑模具包括内模、加热模块、保温层和外模，所述气压控制系统包括数据采集系统、截止阀、溢流阀、真空压力传感器、模内气压传感器、空气压缩机、快接接头、调压调速阀、旋转接头、导气管、扰流器、真空泵和气体冷却装置，所述模内气体温度调节系统包括气体加热装置、气体静态混合器和温度传感器；滚塑模具的各个部件在使用过程中位置相对固定，所述滚塑模具与模具架固接，模具架用于支撑滚塑模具并防止滚塑模具变形，同时用于安装需要随同滚塑模具运动的结构件或控制元器件；模具架通过螺栓与旋转机架固接，旋转机架上焊接或通过螺栓紧固连接有齿轮滚圈、轴向限位滚圈和光滑滚圈，齿轮滚圈与固定在异型支撑架上的减速机通过齿轮啮合连接，并由电机驱动旋转，光滑滚圈与固定在异型支撑架上的滚轮可相对滚动连接，起配合齿轮滚圈支撑旋转机架的作用，轴向限位滚圈通过限位槽与固接在摇摆机
2.根据权利要求1所述的一种储氢瓶塑料内胆滚-吹成型装备，其特征在于：所述扰流器选择内置转子的扰流器，充入模内的气体带动转子旋转而时刻改变气流方向，使各个位置的气体温度分布均匀性更好。
3.根据权利要求2所述的一种储氢瓶塑料内胆滚-吹成型装备，其特征在于：扰流器使用网状结构代替，使气体经过扰流器后被散射到不同的方向，或者扰流器外部使用网状柱面结构，内置转子；本专利技术所述扰流器与进气导管同轴安装，且外直径小于进气导管外直径；扰流器深入到模具内部的中间位置或头部深入到模具的三分之二长度点，网状结构的网孔沿着轴向从进气口到出气口逐渐增大，增加气体进入模具的流通面积。
4.根据权利要求1所述的一种储氢瓶塑料内胆滚-吹成型装备，其特征在于：滚塑模具中间位置安装齿轮滚圈，齿轮滚圈两侧分布同等数量的光滑滚圈。
5.根据权利要求1所述的一种储氢瓶塑料内胆滚-吹成型装备，其特征在于：减速机齿轮或滚轮两侧有高于滚圈接触面的凸台，所述异型支撑架可相对摇摆机架所在平面的平面对称位置再设置一套同样的异型支撑架；单一圆环面上的齿轮或滚轮总数量应至少设计为3个，滚轮表面设计一层弹性体或其他缓冲材料。
6.根据权利要求1所述的一种储氢瓶塑料内胆滚-吹成型装备，其特征在于：滚塑模具的内模设计为较薄的厚度，加热模块嵌入或包覆在内模上，保温层选择导热系数较小的纤维毡材料，厚度选5-10mm；外模依据模内的最大压力设计，外模可由金属材料制造，或使用纤维增强的热固性复合材料制造。
7.根据权利要求1所述的一种储氢瓶塑料内胆滚-吹成型装备，其特征在于：滚塑模具的各分段之间连接面设置导向结构，相邻两段模具之间互相嵌合，滚塑模具的连接位置应设计外部加强结构，所述滚塑模具的合模线位置应设计为具有低压密封效果的结构，滚塑模具之间使用密封环密封，所述密封环应采用金属材料，密封环截面设计为U型，U型密封环开口朝向模外。
8.一种储氢瓶塑料内胆滚-吹成型工艺，其特征在于：采用权利要求1所述的一种储氢瓶塑料内胆滚-吹成型装备，具体成型工艺为：
9.根据权利要求8所述的一种储氢瓶塑料内胆滚-吹成型工艺，其特征在于：第一步中，使用前述不同温度气体的方法在低压状态下快速提升模内气体温度，并预热物料，协助提高模具温度；第二步中，在物料熔融过程中通过采用高压...
【技术特征摘要】
1.一种储氢瓶塑料内胆滚-吹成型装备，其特征在于：包括内胆模具驱动装置、滚塑模具系统、气压控制系统和模内气体温度调节系统，所述内胆模具驱动装置包括机架、电机、导电滑环、齿轮滚圈、光滑滚圈、轴向限位滚圈和减速机，所述滚塑模具系统包括滚塑模具、模具架和加热铜环，所述滚塑模具包括内模、加热模块、保温层和外模，所述气压控制系统包括数据采集系统、截止阀、溢流阀、真空压力传感器、模内气压传感器、空气压缩机、快接接头、调压调速阀、旋转接头、导气管、扰流器、真空泵和气体冷却装置，所述模内气体温度调节系统包括气体加热装置、气体静态混合器和温度传感器；滚塑模具的各个部件在使用过程中位置相对固定，所述滚塑模具与模具架固接，模具架用于支撑滚塑模具并防止滚塑模具变形，同时用于安装需要随同滚塑模具运动的结构件或控制元器件；模具架通过螺栓与旋转机架固接，旋转机架上焊接或通过螺栓紧固连接有齿轮滚圈、轴向限位滚圈和光滑滚圈，齿轮滚圈与固定在异型支撑架上的减速机通过齿轮啮合连接，并由电机驱动旋转，光滑滚圈与固定在异型支撑架上的滚轮可相对滚动连接，起配合齿轮滚圈支撑旋转机架的作用，轴向限位滚圈通过限位槽与固接在摇摆机架上的限位杆通过安装在限位杆上的轴承连接，限位杆与轴向限位滚圈的防径向脱离功能由通过螺纹连接在限位杆上的限位块实现；旋转机架上的电器元件的电能输入输出通过导电滑环实现，异型支撑架与摇摆机架焊接，摇摆机架与固定在地面上的固定机架通过摇摆轴承连接，并由安装在固定机架上电机驱动，储氢瓶塑料内胆制品的嵌件由加热铜环通过螺纹连接的方式固接在滚塑模具上，气体导管与加热铜环固接且同轴布置；气体导管分为进气导管和排气导管，进气导管的头部安装有扰流器，进气导管及排气导管与外部管路均通过同轴的螺母固接，与进气导管连接的外部管路上依次连接模内气压传感器、溢流阀、气体加热装置、进气截止阀和进气旋转接头，相关元器件均通过金属管路连接；气体加热装置固定在模具架上并同模具架一起运动，进气旋转接头之后经过调压调速阀与高压气源连接，与排气导管连接的外部管路上依次连接真空泵截止阀、排气旋转接头、真空压力传感器、气体冷却装置和真空泵，经由气体冷却装置冷却并由真空泵抽出的气体依据具体内容物可选择经过排空截止阀直接排入空气或经过回收罐截止阀进入气体回收罐，所述气体冷却装置、真空泵均安置在地面上，不随模具运动。
2.根据权利要求1所述的一种储氢瓶塑料内胆滚-吹成型装备，其特征在于：所述扰流器选择内置转子的扰流器，充入模内的气体带动转子旋转而时刻改变气流方向，使各个位置的气体温度分布均匀性更好。
3.根据权利要求2所述的一种储氢瓶塑料内胆滚-吹成型装备，其特征在于：扰流器使用网状结构代替，使气体经过扰流器后被散射到不同的方向，或者扰流器外部使用网状柱面结构，内置转子；本发明所述扰流器与进气导管同轴安装，且外直径小于进气导管外直径；扰流器...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨卫民，王修磊，谢鹏程，靳耀，段育辰，丁玉梅，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：
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