一种LPG气瓶的制造方法 |
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| 申请号 | CN201710086878.5 | 申请日 | 2017-02-17 | 公开(公告)号 | CN106870930A | 公开(公告)日 | 2017-06-20 |
| 申请人 | 安徽绿动能源有限公司; | 发明人 | 黄凡; 江志强; 黄文波; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种LPG气瓶的制造方法。所述方法包括塑料内胆成型、塑料内胆外 表面处理 、 纤维 缠绕和 固化 的步骤，将金属 瓶口 与塑料内胆进行口部 焊接 形成气瓶瓶口；所述塑料内胆外表面处理是对内胆的筒身直线段和两封头进行火焰处理；固化 温度 为50‑80℃，固化时间为4‑8小时。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种LPG气瓶的制造方法，所述方法包括塑料内胆成型、塑料内胆外表面处理、纤维缠绕和固化的步骤，其特征在于，将金属瓶口与塑料内胆进行口部焊接形成气瓶瓶口；所述塑料内胆外表面处理是对内胆的筒身直线段和两封头进行火焰处理；固化温度为50-80℃，固化时间为4-8小时。 |
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| 说明书全文 | 一种LPG气瓶的制造方法技术领域背景技术[0002] 目前市场上销售的液化石油气瓶均采用钢质材料。由于钢瓶存在成型工艺复杂、质量重、运输不便、易腐蚀、不具有可视性、使用过程中频有爆炸事故发生等缺陷，纤维缠绕全塑复合气瓶具有重量轻、强度高、耐腐蚀、不爆炸、可透视、使用寿命长，维护成本低等优异性能代替传统的金属钢瓶具有广阔的应用前景。 [0003] 目前有专利公开了高分子材料焊接内胆纤维缠绕复合气瓶，然而焊接工艺过程存在较多的不可控因素，再加上气瓶内胆很薄，焊接更难控制；还有专利公开了采用滚塑工艺成型塑料内胆，工艺效率低，另外滚塑成型后的内胆还需要开孔工序。 发明内容[0005] 本发明旨在提供一种新的塑料内胆全缠绕LPG复合气瓶的制造方法。 [0006] 本发明提供了一种LPG气瓶的制造方法，所述方法包括塑料内胆成型、塑料内胆外表面处理、纤维缠绕和固化的步骤，将金属瓶口与塑料内胆进行口部焊接形成气瓶瓶口；所述塑料内胆外表面处理是对内胆的筒身直线段和两封头进行火焰处理；固化温度为50-80℃，固化时间为4-8小时。 [0007] 在另一优选例中，将融化的金属瓶口与内胆开口对接，对接时保持1MPa±0.5MPa的压力，保压时间为8±2分钟。 [0008] 在另一优选例中，使温度在200℃以上的加热板同时与内胆开口和金属瓶口接触，使内胆开口和金属瓶口融化。 [0009] 在另一优选例中，所述金属瓶口包括金属件和塑料件。 [0010] 在另一优选例中，所述金属瓶口是金属件通过注塑镶嵌在塑料件中形成的复合件。 [0012] 在另一优选例中，火焰处理时火焰距离内胆外表面的距离为使火焰的外焰进行处理，使外焰温度在1000℃±50℃的火焰距离内胆外表面10-20厘米处理0.5-2分钟。 [0013] 在另一优选例中，火焰处理后的内胆表面张力在50达因以上；火焰处理后的内胆放置时间不超过3小时。 [0014] 在另一优选例中，固化后所用纤维复合层的层间剪切强度要在13.8MPa以上。 [0015] 在另一优选例中，产品固化后安装外罩。 [0016] 在另一优选例中，产品固化并检验合格后安装外罩；所述检验包括水压试验、气密试验。 [0017] 在另一优选例中，所述外罩为可拆卸塑料外罩。 [0019] 图1为成品气瓶剖面图；其中 [0020] a表示塑料金属复合件，b表示塑料内胆，c表示玻璃纤维。 [0021] 图2为气瓶瓶口塑料金属复合件的剖面图。 [0023] 1表示环形凹槽1，2表示环形凹槽2，3表示通孔。 [0024] 图4为气瓶瓶口塑料金属复合件的俯视图。 [0025] 图5为吹塑内胆剖面图；其中 [0026] A表示内胆开口与塑料金属复合件的焊接部位，B表示吹塑内胆的加强筋部分。 [0027] 图6为气瓶最外层可拆卸外罩的剖面图；其中， [0028] 1表示外罩上盖剖面图，2表示外罩提手段剖面图，3表示外罩筒身段剖面图。 具体实施方式[0029] 发明人经过广泛深入的研究，通过焊接将金属瓶口与内胆开口紧密连接，通过控制火焰处理的距离、时间等提高塑料内胆的表面张力，增强塑料内胆与纤维复合层的连接强度；通过控制缠绕工艺以及固化的时间和温度等工艺参数，完成纤维铺层以及缠绕完成后的中低温固化阶段来增强塑料内胆承压能力。在此基础上，完成了本发明。 [0030] 本发明提供一种LPG气瓶的制造方法，包括步骤：塑料内胆成型、塑料内胆外表面处理、纤维缠绕和产品固化；进一步地，还可以包括水压试验、气密试验、和/或安装可拆卸外罩。 [0031] 塑料内胆采用吹塑工艺成型，吹塑内胆开口(参见附图5)处即A处位置的厚度约为8mm(8±1mm)，该处与塑料金属复合件焊接后形成一个斜面，与垂直线的夹角大约45°(45°±5°)，另外B处的厚度约为12mm(12±2mm)主要起到一定的支撑与定型作用，除此之外在气瓶内的压力瞬间增大时该结构对焊接缝能够起到一定的缓冲作用。成型后的内胆壁厚一般在3mm±1mm。 [0032] 气瓶瓶口通过内胆开口和金属瓶口的焊接而成。将融化的金属瓶口与内胆开口对接，对接时保持1MPa±0.5MPa的压力，保压时间为8±2分钟。在本发明的一种实施方式中，采用平板焊接，使温度在200℃以上的加热板同时与内胆开口和金属瓶口接触，使内胆开口和金属瓶口融化。 [0033] 金属瓶口包括金属材料和塑料材料。金属材料加工后，放置在注塑模具中将金属材料注塑在塑料材料中，然后将成型好的复合件采用焊接的方式焊接在内胆开口处形成气瓶内胆的瓶口(参见附图1)。 [0034] 金属瓶口(参见附图3)1/2/3处的凹槽及通孔设计可以增强塑料与金属件连接的强度以及降低了气体泄漏的可能性，在注塑后以上三处均注满塑料，塑料材料将金属件包裹在里面，凹槽的设计结构大大避免了气体泄漏的可能性，而且由于金属件完全包裹在塑料里面，从而也避免了由于材质不同，受热时膨胀量大小不同而导致的塑料材料与金属材料分层的问题，特别是3处的设计，注塑时塑料材料将孔注满，形成了塑料贯穿金属材料，增加了塑料与金属件的连接强度，也可以避免塑料材料与金属材料的分层。 [0035] 在本发明的一种实施方式中，所述金属件材料为铜或铝合金，所述塑料材料为高密度聚乙烯。 [0036] 与金属瓶口焊接好了的内胆的外表面处理采用的是火焰处理工艺，由于HDPE是由非极性的聚乙烯材料聚合而成，因此与树脂胶液的粘结性能很差，导致塑料内胆与纤维复合层分层；火焰处理主要是通过高温使得塑料材料表面放生氧化反应产生极性基团，提高塑料表面的表面张力，从而改善塑料的胶粘性能； [0037] 焊接好的塑料内胆用有机溶剂清洗后，放置在自制的火焰处理设备上，对内胆的筒身直线段和两封头进行火焰处理，火焰处理采用的是天然气与空气的混合气，处理时应用火焰的外焰进行处理，火焰的温度控制1000℃±50℃，经过处理后的内胆表面张力达到47达因以上(优选50达因以上)，经过火焰处理后的内胆应尽快缠绕，放置时间不得超过3小时。 [0038] 内胆的外表面进行了火焰处理后，可以使用本领域常用的方式对塑料内胆进行纤维缠绕，例如但不限于，玻璃纤维经过沾有胶液的胶辊，即玻璃纤维的进胶方式采用上进胶，控制单根纱的张力为10-15N，然后按照预先编好的缠绕程序使用四维数控缠绕机将纤维紧密缠绕在塑料内胆上，所用的纤维缠绕方式可以是环向缠绕与螺旋缠绕相互结合往复循环的缠绕方式，也可以采用任何能够将纤维紧密缠绕在塑料内胆上的其他缠绕方式。 [0039] 缠绕所用的原材料主要包括碳纤维缠绕、玻璃纤维、芳纶纤维或者其他有机纤维等，优选玻璃纤维、树脂胶液、固化剂和助剂；玻璃纤维的拉伸强度不低于1.35GPa,剪切强度不低于13.8MPa；树脂胶液水域温度控制在32-45℃，胶液温度控制在30-40℃，环境温度控制在25-30℃；单个气瓶的玻璃纤维含胶量(树脂胶液的重量/树脂胶液+玻璃纤维的总重量)控制在25％-30％。 [0040] 在本发明的一种实施方式中，使用四维数控缠绕机将纤维紧密缠绕在塑料内胆上，所用的纤维缠绕方式为环向缠绕与螺旋缠绕相互结合往复循环的缠绕方式。 [0041] 进行了纤维缠绕后需进行产品固化，固化温度为50-80℃，优选70±5℃，固化时间为4-8小时，优选为6-8小时。 [0042] 在本发明的一种实施方式中，经过固化的产品可采用本领域常规的外测法进行水压试验。 [0043] 在本发明的一种实施方式中，通过水压试验和气密试验的气瓶外安装可拆卸外罩(参见附图5)，所述外罩是能够起到保护作用的。在一种优选例中，上述可拆卸外罩的整体由三部分构成，分别为筒身直线段加尾部底座、提手段以及印有标识的上盖。外壳采用高密度聚乙烯(HDPE)材料；筒身段、提手段以及印有标识的上盖均是通过注塑工艺成型，三部分是通过塑料卡槽与卡扣或孔紧密配合的方式连接；筒身段的厚度为2.5mm,筒身段设计有不同的图形主要有椭圆形、菱形、五角形、和三角形。 [0044] 本发明提到的上述特征，或实施例提到的特征可以任意组合。本案说明书所揭示的所有特征可与任何组合物形式并用，说明书中所揭示的各个特征，可以任何可提供相同、均等或相似目的的替代性特征取代。因此除有特别说明，所揭示的特征仅为均等或相似特征的一般性例子。 [0045] 本发明的主要优点在于： [0046] 1、本发明提供一种新的塑料内胆全缠绕LPG复合气瓶的制备方法。 [0047] 2、本发明提供了一种金属瓶口的制造以及金属瓶口与塑料内胆紧密结合的方法，解决了塑料内胆成型及密封性等问题。 [0048] 3、本发明提供了一种塑料内胆外表面处理工艺，解决了塑料内胆与纤维复合层粘结差的问题。 [0049] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则所有的百分数、比率、比例、或份数按重量计。本发明中的重量体积百分比中的单位是本领域技术人员所熟知的，例如是指在100毫升的溶液中溶质的重量。除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。 [0050] 实施例 [0051] 内胆瓶口焊接： [0052] 1)焊接采用的是平板焊接； [0053] 2)焊接前先将焊接机进行预热，使加热板温度达到200℃左右，然后将内胆固定好，另外将金属瓶口安装在缠绕接头上； [0054] 3)将加热好的加热板同时与内胆开口和金属瓶口接触，使内胆开口和金属瓶口融化，加热板与内胆开口和金属瓶口的接触时间约为1-4分钟，即加热时间约为1-4分钟，然后迅速移开加热板，将金属瓶口与内胆开口进行对接，对接时要保持1MPa左右的压力，保压时间控制在8分钟左右，以保证焊接接口的强度。 [0055] 内胆外表面处理： [0056] 1)焊接好的塑料内胆再用有机溶剂清洗后，放置在火焰处理设备上，对内胆的筒身直线段和两封头进行火焰处理； [0057] 2)火焰处理采用的是天然气与空气的混合气，处理时要保证使用火焰的外焰进行处理，火焰的温度控制1000℃左右，火焰处理时间控制在1分钟左右，另外要保证处理后的内胆表面张力达到50达因以上； [0058] 3)经过火焰处理后的内胆应尽快缠绕，放置时间不超过3小时。 [0059] 使用符合下述树脂体系要求的进行缠绕： [0060] 1)树脂胶液在25-28℃范围内的可操作时间为3-4小时； [0061] 2)胶液的固化温度不得超过80℃，最佳的固化温度为60℃，固化完成时间为4-5小时； [0062] 3)树脂体系固化后的剪切强度要在13.8MPa以上。 [0063] 玻璃纤维经过沾有胶液的胶辊，即采用上进胶，控制单根纱的张力为10-15N，纤维缠绕程序为：环向缠绕6层，螺旋缠绕3层，环向缠绕纤维带宽为15mm，螺旋缠绕带宽分别为13mm/`15mm/15mm；环向缠绕角为90°，螺旋缠绕角分别为11.81°/8°/11.81°，缠绕固化后的气瓶爆破压力不低于6MPa，疲劳次数不低于3750次。 [0064] 产品固化： [0065] 进行了纤维缠绕后在70℃固化6-8小时。 [0066] 水压试验： [0067] 采用外测法进行水压试验。 [0068] 安装外罩： [0069] 通过水压试验和气密试验的气瓶安装可拆卸外罩。 |
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