CN109681770A - 纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶，包括塑料内胆、纤维增强层、纤维网状结合层，纤维网状结合层热熔入塑料内胆，纤维增强层缠绕在纤维网状结合层的露出部和塑料内胆的外壁上，在纤维增强层、纤维网状结合层和塑料内胆的外壁之间，充满树脂。本发明还公开了上述气瓶的制造方法，将纤维网格布预置在塑料内胆模具内，加热塑料颗粒使其融化、挤压成半流体袋状半成品，向其吹入气体制作塑料内胆，纤维网格布热熔入塑料内胆的胆壁形成纤维网状结合层，纤维束浸润树脂缠绕在纤维网状结合层上形成纤维增强层。本发明能够有效的解决塑料内胆与纤维缠绕层的结合问题，在真空循环检测后及温度、压力和其他环境状况发生较大变化时，不会产生脱胶现象。

Description

纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种高压储运气瓶，属于压力容器技术领域，特别涉及一种纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶及其制造方法。

背景技术

随着新能源技术的不断进步，与此相适应的能源储运技术近年来也得到长足发展，国内外对于盛装能源介质特别是气体介质的压力气瓶的需求也大幅增加，但目前国内市场应用于高压气体储运的气瓶绝大多数为全金属或者具有金属内胆的纤维缠绕增强气瓶。但是，钢瓶存在成型工艺复杂、质量大、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。纤维缠绕塑料内胆复合材料气瓶具有重量轻、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。在国家对气瓶安全性能要求日趋严格、容积不变气瓶重量要求越来越轻的情况下，纤维缠绕内胆复合材料气瓶由于综合了高性能纤维及特种塑料的特点，在保证气瓶安全性能的前提下，其重量相比较金属气瓶减少60％以上，因此具有更高的容重比，而且气瓶具有很好的耐腐蚀性能并且在发生火灾时不爆炸，能给人们留下较长的逃生时间和避免次生灾害发生，因此成为了替代传统金属钢瓶并具有广阔应用前景的新趋势。

依照欧盟《EN12245可移动/全缠绕复合材料气瓶》标准，复合材料气瓶要经过真空循环调节检测，在室温条件下将气瓶内气体排空，使其压力降至绝对0.2bar并保持此状态1分钟，然后将气瓶内的压力升至大气压力，重复以上步骤50次。循环试验后要求内胆内部无损毁、脱胶、折叠。

由于塑料的机械性能差，综合考量塑料内胆的制造成本，能满足经济指标的塑料内胆在进行真空循环检测后会产生脱胶现象，很难达到欧盟检验标准。同时，由于塑料内胆通常采用PE塑料制作，纤维增强层的材料一般为玻璃纤维或碳纤维，两者种类不同，两种材料间无法亲密结合。在温度、压力和其他环境状况发生较大变化时，也会产生程度不同的脱胶现象。

为了解决以上问题，改进方向是将塑料内胆紧密的与结构稳定的纤维增强层结合，依附纤维增强层而提高塑料内胆的受力强度。而塑料内胆与纤维增强层的界面很难结合，目前业界主要有两种解决方案。

方案一是将塑料内胆进行高温火烧碳化处理，改善塑料的表面结构，碳化后增加塑料内胆外壁与纤维缠绕层的摩擦力和附着力，但结果满足不了检测条件。方案二是在塑料内胆外壁涂刷聚氨酯等粘接剂，将内胆与纤维缠绕层粘接在一起，由于两种材料不同无法亲密结合，此种方法依然满足不了检测条件。所以截至目前，塑料内胆与纤维缠绕层界面的结合这一关键问题还没有得到有效解决。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶及其制造方法，能够有效的解决塑料内胆与纤维缠绕层的结合问题，在真空循环检测后及温度、压力和其他环境状况发生较大变化时，不会产生脱胶现象。

就纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶产品而言，本发明解决上述技术问题的技术方案为：一种纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶，包括塑料内胆、纤维增强层，纤维网状结合层，所述纤维网状结合层热熔入所述塑料内胆，所述纤维网状结合层在所述塑料内胆的横截面上包括嵌入部和露出部，所述纤维增强层缠绕在所述纤维网状结合层的露出部和所述塑料内胆的外壁上，在所述纤维增强层、所述纤维网状结合层和所述塑料内胆的外壁之间，充满树脂。

作为本发明纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶的改进，在所述塑料内胆的横截面上，所述嵌入部的面积大于或等于所述露出部的面积。

作为本发明纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶的改进，所述嵌入部呈楔形结构。

作为本发明纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶的改进，所述纤维增强层与所述纤维网状结合层的材料为同种纤维。

作为本发明纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶的改进，所述纤维网状结合层的材料为玻璃纤维。

作为本发明纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶的改进，所述纤维网状结合层的材料为纤维网格布。

作为本发明纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶的改进，所述纤维增强层外设置有保护层。

作为本发明纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶的改进，所述保护层为柔性材料。

就纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶的制造方法而言，本发明解决上述技术问题的技术方案为：一种纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶的制造方法，包括如下步骤：

步骤一，将纤维网格布预置在塑料内胆模具的内壁上；

步骤二，加热塑料颗粒使其融化，然后将其挤压成半流体状态的袋状半成品，放入所述塑料内胆模具内；

步骤三，闭合所述塑料内胆模具；

步骤四，向所述袋状半成品内吹入气体，将其按照所述塑料内胆模具的形状膨胀塑形，成为塑料内胆；

步骤五，维持所述塑料内胆膨胀状态，使所述纤维网格布热熔入所述塑料内胆的胆壁，形成纤维网状结合层；

步骤六，冷却、泄压，打开所述塑料内胆模具；

步骤七，将纤维束浸润树脂后，缠绕在所述纤维网状结合层和所述塑料内胆的外壁上，形成纤维增强层。

作为本发明纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶制造方法的改进，还包括：

步骤八，在所述纤维增强层外，涂覆保护层。

采用上述技术方案，由于纤维网状结合层热熔入塑料内胆，使塑料内胆与纤维网状结合层结合十分牢固；纤维网状结合层在塑料内胆的横截面上包括嵌入部和露出部，纤维增强层缠绕在纤维网状结合层的露出部和塑料内胆的外壁上，在纤维增强层、纤维网状结合层和塑料内胆的外壁之间，充满树脂，树脂将纤维增强层与其上嵌有纤维网状结合层的塑料内胆牢牢结合；通过在塑料内胆和纤维增强层之间设置纤维网状结合层作为过渡转接层的结合，三者的接触面分别采用了热熔、树脂加缠绕，从而使塑料内胆与纤维增强层的结合十分牢固，在真空循环检测后及温度、压力和其他环境状况发生较大变化时，也不会产生脱胶现象。

附图说明

图1为本发明纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶的立体图；

图2为本发明中塑料内胆嵌入纤维网格布后瓶体的半剖图；

图3为图2中A部的局部放大图；

图4为图3中B部的局部放大图；

图5为将纤维网格布预置在塑料内胆模具的内壁上的示意图；

图6为塑料颗粒融化、挤压成半流体状态的袋状半成品，放入塑料内胆模具内，闭合塑料内胆模具的过程示意图；

图7为冷却、泄压后，打开塑料内胆模具的过程示意图。

图中：1-瓶体，2-附属件，101-塑料内胆，102-纤维网状结合层，103-纤维增强层，104-保护层，105-树脂，3-塑料模具，4-塑料颗粒，5-袋状半成品，6-纤维网格布。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

一方面，本发明提供的纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶，如图1所示，是一种轻质压力容器，可用于储运液化石油气、天然气及其他高压介质。该气瓶包括瓶体1和附属件2。

如图2—4所示，本发明提供的纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶的瓶体1，包括塑料内胆101、纤维网状结合层102、纤维增强层103，纤维网状结合层103热熔入塑料内胆101，纤维网状结合层103在塑料内胆101的横截面上包括嵌入部和露出部，在塑料内胆101的横截面上，嵌入部的面积大于或等于露出部的面积，以便将纤维网状结合层102大部分嵌入内胆壁内，嵌入部为楔形结构，通过热熔方式将纤维网状结合层102作为过渡转接层结合到塑料内胆101的外壁上。纤维增强层103缠绕在纤维网状结合层102的露出部和塑料内胆101的外壁上，在纤维增强层103、纤维网状结合层102和塑料内胆101的外壁之间，充满树脂105。

为了增强结合力，纤维增强层103与纤维网状结合层102的材料可以为同种纤维，可以是碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或者其它不同材质纤维组合。纤维网状结合层102的材料可以使用价格相对低廉的纤维网格布6。为了保护纤维增强层103不受损伤，纤维增强103外还可以设置有保护层104，保护层104由柔性材料制成。

另一方面，本发明提供的纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶的制造方法，如图5—7所示，包括如下步骤：

步骤一，将纤维网格布6预置在塑料内胆模具3的内壁上，如图5所示；

步骤二，加热塑料颗粒4使其融化，然后将其挤压成半流体状态的袋状半成品5，放入塑料内胆模具3内；

步骤三，闭合塑料内胆模具3，如图6所示；

步骤四，向袋状半成品5内吹入气体，将其按照塑料内胆模具3的形状膨胀塑形，成为塑料内胆101；

步骤五，维持塑料内胆101膨胀状态，使纤维网格布6嵌入塑料内胆101的胆壁，形成纤维网状结合层102；

步骤六，冷却、泄压，打开塑料内胆模具3，如图7所示；

步骤七，将纤维束浸润树脂105后，缠绕在纤维网状结合层102和塑料内胆101的外壁上，形成纤维增强层103。

为了保护纤维增强层103不是不受损伤，还可以包括：

步骤八，在纤维增强层103外，涂覆保护层104。

树脂105将纤维增强层103与其上嵌有纤维网状结合层102的塑料内胆101牢牢结合，由于树脂105会浸入到纤维网格布6与塑料内胆101的楔形结构中，将此部分的空腔填充，树脂105固化后，此部分会形成坚固的楔形受力结构，借助纤维网状结合层102将塑料内胆101与纤维增强层103牢固地结合在一起。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶，包括塑料内胆、纤维增强层，其特征在于：还包括纤维网状结合层，所述纤维网状结合层热熔入所述塑料内胆，所述纤维网状结合层在所述塑料内胆的横截面上包括嵌入部和露出部，所述纤维增强层缠绕在所述纤维网状结合层的露出部和所述塑料内胆的外壁上，在所述纤维增强层、所述纤维网状结合层和所述塑料内胆的外壁之间，充满树脂。

2.根据权利要求1所述的纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶，其特征在于：在所述塑料内胆的横截面上，所述嵌入部的面积大于或等于所述露出部的面积。

3.根据权利要求1所述的纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶，其特征在于：所述嵌入部呈楔形结构。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶，其特征在于：所述纤维增强层与所述纤维网状结合层的材料为同种纤维。

5.根据权利要求4所述的纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶，其特征在于：所述纤维网状结合层的材料为玻璃纤维。

6.根据权利要求5中任一项所述的纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶，其特征在于：所述纤维网状结合层的材料为纤维网格布。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶，其特征在于：所述纤维增强层外设置有保护层。

8.根据权利要求7所述的纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶，其特征在于：所述保护层为柔性材料。

9.一种制造权利要求1至8中任一项所述的纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，将纤维网格布预置在塑料内胆模具的内壁上；

步骤二，加热塑料颗粒使其融化，然后将其挤压成半流体状态的袋状半成品，放入所述塑料内胆模具内；

步骤三，闭合所述塑料内胆模具；

步骤四，向所述袋状半成品内吹入气体，将其按照所述塑料内胆模具的形状膨胀塑形，成为塑料内胆；

步骤五，维持所述塑料内胆膨胀状态，使所述纤维网格布热熔入所述塑料内胆的胆壁，形成纤维网状结合层；

步骤六，冷却、泄压，打开所述塑料内胆模具；

步骤七，将纤维束浸润树脂后，缠绕在所述纤维网状结合层和所述塑料内胆的外壁上，形成纤维增强层。

10.根据权利要求9所述的纤维缠绕塑料内胆的储运气瓶的方法，其特征在于，还包括：

步骤八，在所述纤维增强层外，涂覆保护层。