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一种预浸带缠绕塑料内胆的高压储氢气瓶及其制造方法

阅读:381发布:2020-05-08

专利汇可以提供一种预浸带缠绕塑料内胆的高压储氢气瓶及其制造方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种预浸带缠绕塑料内胆的高压储氢气瓶及其制造方法。所述气瓶其组成结构从内向外依次为内胆、 碳 纤维 预浸带缠绕层、隔离膜和玻璃纤维缠绕层。制造方法包括如下步骤:a)内胆制造;b)内胆 表面处理 ;c) 碳纤维 预浸带缠绕;d)隔离膜包覆;e)玻璃纤维湿法缠绕和f) 固化 。采用本发明提供的方法制造的高压储氢气瓶,具有如下优点:1)缠绕效率提高,缠绕轨迹稳定;2)成品气瓶 质量 波动 小;3)外层的玻纤湿法缠绕所用 树脂 与内层的碳纤维预浸带相隔离,避免了两者互相影响;4)通过在中间铺放隔离 薄膜 ,进一步降低了氢气的 泄漏 率。,下面是一种预浸带缠绕塑料内胆的高压储氢气瓶及其制造方法专利的具体信息内容。

1.一种预浸带缠绕塑料内胆的高压储氢气瓶的制造方法,其特征在于,包括以下步骤:
a)内胆制造:采用高密度聚乙烯(HDPE)或改性尼龙6(改性PA6)以吹塑方式制造内胆;
b)内胆表面处理:采用等离子处理,并在处理后的表面均匀涂上树脂,树脂体系为潜伏性环树脂体系,涂层厚度0.1~0.2mm;
c)纤维预浸带缠绕:以碳纤维预浸带树脂为原料,以干法方式缠绕于内胆表面;所述的预浸带树脂含量中心值为20~30%,预浸带树脂Tg范围在85~120℃;
d)隔离膜包覆:将隔离膜紧密贴服于预浸带表面,缠绕1~4层;隔离膜主体为PVA,或EVOH,或采用高阻隔树脂通过挤出复合制得的高阻隔膜;
e)玻璃纤维湿法缠绕:将普通玻璃纤维以湿法缠绕方式缠绕在隔离膜上;
f)固化:将缠绕预浸带及玻璃纤维的气瓶放入固化炉,边旋转边固化,固化温度为80~
120℃,固化时间2~6小时。
2.根据权利要求1所述的预浸带缠绕塑料内胆的高压储氢气瓶的制造方法,其特征在于,步骤c)中所述的碳纤维预浸带为改性的环氧树脂体系的热熔丝束预浸带。
3.根据权利要求1所述的预浸带缠绕塑料内胆的高压储氢气瓶的制造方法,其特征在于,步骤d)中所述的采用高阻隔树脂通过挤出复合制得的高阻隔膜为尼龙/EVOH高阻隔膜。
4.一种采用权利要求1所述的制造方法制造的预浸带缠绕塑料内胆的高压储氢气瓶,其特征在于,其组成结构从内向外依次为内胆、碳纤维预浸带缠绕层、隔离膜和玻璃纤维缠绕层。

说明书全文

一种预浸带缠绕塑料内胆的高压储氢气瓶及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及高压氢气的移动存储领域,具体涉及一种车用IV高压储氢气瓶及其制造方法。

背景技术

[0002] 由于汽车排放及汽车能耗等问题受到越来越多的关注,新能源汽车将是未来汽车产业的发展方向。随着技术的发展,新型燃料电池汽车-FCV(Fuel cell vehicles)以其续航里程长、加氢迅速等优点逐步受到市场的认可。FCV将燃料的化学能转化为电能,提供行驶所需的能量,主要的燃料类型为氢。目前70MPa高压储氢气瓶是FCV最主要的一种储氢方式,它可以在2~5min内快速完成加氢,一次加氢可行驶600Km以上,气瓶使用年限高于15年。
[0003] 由于内胆无法同时满足疲劳强度及单位质量储氢密度的要求,国际上普遍使用IV瓶,即将塑料材质作为气瓶内胆。但塑料内胆最大的问题为存在一定的氢气泄漏率。众所周知,氢气泄漏率与隔绝层材料的自身特性、隔绝层厚度、压差等因素有关。因透过气瓶内胆后氢气压大大降低,可以考虑利用在外层缠绕纤维时增加一层或数层隔离层以提高气瓶对氢气的阻隔率。

发明内容

[0004] 为解决上述技术问题,本发明提供了一种生产效率高,对氢气阻隔效果好,单位质量储氢密度高的预浸带缠绕塑料内胆的高压储氢气瓶及其制造方法。
[0005] 以下是本发明的具体技术方案:
[0006] 本发明提供了一种预浸带缠绕塑料内胆的高压储氢气瓶的制造方法,包括以下步骤:
[0007] a)内胆制造:采用高密度聚乙烯(HDPE)或改性尼龙6(改性PA6)以吹塑方式制造内胆;使用吹塑工艺,批量生产时内胆质量稳定;使用HDPE或改性PA6均可获得较好的低温条件下抗冲击性能,而改性PA6较HDPE对氢气有更高的阻隔性能;
[0008] b)内胆表面处理:采用等离子处理,并在处理后的表面均匀涂上树脂,树脂体系为潜伏性环树脂体系,涂层厚度0.1~0.2mm;等离子处理可使内胆表面与树脂有较好的粘结性能;
[0009] c)纤维预浸带缠绕:以碳纤维预浸带树脂为原料,以干法方式缠绕于内胆表面;所述的预浸带树脂含量中心值为20~30%,预浸带树脂Tg范围为85~120℃;
[0010] d)隔离膜包覆:将隔离膜紧密贴服于预浸带表面,缠绕1~4层;隔离膜主体为PVA,或EVOH,或采用高阻隔树脂通过挤出复合制得的高阻隔膜;
[0011] e)玻璃纤维湿法缠绕:将普通玻璃纤维以湿法缠绕方式缠绕在隔离膜上;
[0012] f)固化:将缠绕预浸带及玻璃纤维的气瓶放入固化炉,边旋转边固化,固化温度为80~120℃,固化时间2~6小时。
[0013] 优选地,步骤c)中所述的碳纤维预浸带为改性的环氧树脂体系的热熔丝束预浸带。
[0014] 优选地,步骤d)中所述的采用高阻隔树脂通过挤出复合制得的高阻隔膜为尼龙/EVOH高阻隔膜。
[0015] 本发明还提供了采用上述方法制造的预浸带缠绕塑料内胆的高压储氢气瓶,其组成结构从内向外依次为内胆、碳纤维预浸带缠绕层、隔离膜和玻璃纤维缠绕层。气瓶主要性能由碳纤维缠绕层提供,预浸带缠绕由于树脂含量可控,可释放更高的纤维力学性能,因此可减少碳纤维与树脂的用量,进而降低生产及使用成本。同时,预浸带缠绕速度快,在缠绕时不易滑线,使生产周期缩短,产品质量更为稳定。而玻纤主要作为外层增强材料,抵抗外部冲击、剪切等破坏,因为需要光滑的表面,因此一般采用湿法缠绕,所用树脂性能较低,为防止固化时外部低性能树脂进入预浸料缠绕层,在两层中设置隔离层是必要的。而且预浸带在固化过程中因为有隔离膜的阻挡,使得内部复合材料树脂层有光滑连续表面,增加了对氢气的阻隔效果。
[0016] 综上,本发明具有优点如下:
[0017] 1、使用IV型塑料内胆,提高了气瓶疲劳强度,同时通过在缠绕层增加隔离膜,提高了气瓶整体对氢气的阻隔性能。
[0018] 2、引入碳纤维预浸带缠绕工艺,提高了缠绕速度,保证碳纤维缠绕层树脂含量的稳定,并减少了滑线发生概率,扩大了缠绕线型的选择范围。
[0019] 3、通过在缠绕层中增加隔离膜,使得不同性能的两类树脂体系完全独立固化,保证了碳纤维缠绕层质量稳定。又由于隔离膜的包裹,碳纤维预浸带固化时表面乏胶的问题不再出现。
[0020] 4、通过对塑料内胆表面进行等离子处理及涂覆树脂,使得碳纤维预浸带缠绕层与内胆能紧密结合,避免因使用过程中不断的充放气循环造成两者间的脱层。

具体实施方式

[0021] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。实施例1
[0022] 本发明提供的一种预浸带缠绕塑料内胆的高压储氢气瓶制作方法,包括以下步骤:
[0023] a)内胆制造:以 改性PA6-1为原料,采用吹塑方式制作内胆,内胆容积60-70L;
[0024] b)内胆表面处理:对内胆进行全方位的等离子处理,具体处理方式为缓慢旋转内胆,启动等离子处理器,使之对准内胆表面并沿平方向作缓慢往复移动,待内胆表面完全处理后,即时涂覆树脂,树脂体系为潜伏性环氧树脂反应体系,树脂厚度控制在0.1~0.2mm,树脂表面刷毛以提高纤维附着力
[0025] c)碳纤维预浸带缠绕:使用碳纤维预浸带按预定线型交替进行环缠及螺旋缠;预浸带使用广州赛奥碳纤维技术有限公司加工的中温型ATP预浸带,树脂含量中心值25%;初始缠绕张力50N,之后每缠绕5层后张力下降1N,直至完成预设线型缠绕;
[0026] d)隔离膜包覆:在预浸带表面包覆4层隔离膜;由于预浸带表面有一定粘性,因此第一层隔离膜将与预浸带紧密的贴附在一起;所使用的隔离膜是高温高阻隔性隔离膜,包含EVOH/PA/EVA等组分;隔离膜包覆可以采用手工方式,也可设定专用程序使用预浸带缠绕头自动包覆,两种方式均需施与一定张力;本实施例采用自动包覆;隔离膜包覆完成后在末端涂抹少量树脂予以固定;
[0027] e)玻璃纤维湿法缠绕:将普通玻璃纤维以湿法缠绕方式缠绕在隔离膜上,树脂可使用德国巴克利公司CH5140环氧树脂,树脂含量35%;
[0028] f)固化:将缠绕预浸带及玻璃纤维的气瓶放入固化炉,边旋转边固化,固化工艺为80℃/2小时+110℃/3小时,固化完成后,即获得预浸带缠绕塑料内胆的高压储氢气瓶成品。
该高压储氢气瓶的组成结构从内向外依次为内胆、碳纤维预浸带缠绕层、隔离膜和玻璃纤维缠绕层。实施例2~3
[0029] 实施例2~3采用的方法和步骤与实施例1相同,只是部分实验参数与实施例1取值不同,具体如表1所示,固化完成后,即获得预浸带缠绕塑料内胆的高压储氢气瓶成品。该高压储氢气瓶的组成结构从内向外依次为内胆、碳纤维预浸带缠绕层、隔离膜和玻璃纤维缠绕层。
[0030] 实施例4~6
[0031] 实施例4~6采用高密度聚乙烯(HDPE)为原料,采用的方法和步骤与实施例1相同,部分实验参数与实施例1取值不同,具体如表1所示,固化完成后,即获得预浸带缠绕塑料内胆的高压储氢气瓶成品。该高压储氢气瓶的组成结构从内向外依次为内胆、碳纤维预浸带缠绕层、隔离膜和玻璃纤维缠绕层。
[0032] 表1
[0033]
[0034]
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