CN109812690A - 工作压力大于35MPa高压复合材料气瓶的复合内胆及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了工作压力大于35MPa高压复合材料气瓶的复合内胆及制备方法，解决现有纯金属内胆对高压复合材料气瓶疲劳性能局限性问题。本发明包括采用铝合金板或钢板冲拔成型、前后端分别成型有前封头和后封头的金属外层内胆和有热塑性材料组成的塑料内层内胆，设于所述前封头处的单瓶口或者设于前后封头处的双瓶口。复合内胆的制备方法包括以下步骤：步骤1、制作金属内胆外层；步骤2、制作塑料内胆内层。本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，具有重量轻、耐压性能好、以及疲劳性能好的特点，有利于提高金属内胆高压复合材料气瓶的疲劳性能。
Description
技术领域
本发明涉及工作压力大于35MPa高压复合材料气瓶的复合内胆及制备方法。
背景技术
随着技术的发展，车用气瓶以及运气瓶等高压储气瓶的工作压力有大幅度提高。工作压力的提高在带来储气量提升的同时，对气瓶本身的性能也有了更高的要求。目前普遍存在的三型气瓶(即：金属内胆纤维全缠绕气瓶)使用的金属内胆在一定程度上限制了气瓶的疲劳性能。
由于受限于金属材料本身的性能：如弹性模量，断后延伸率等性能，在一定程度上限制了高压储气瓶的疲劳性能，
但是在金属内胆内部增加内衬，该内衬是一种流体疏水性柔性材料，它位于金属内胆内与金属内胆内表面相对。内衬可以有塑料或其他高分子弹性体组成。由于塑料等高分子材料的弹性模量以及断后伸长率均远大于金属材料，能够大大提高其疲劳性能。目前市场上主要还是应用工作压力小于等于35MPa的气瓶，在该工作压力下，采用金属内胆，如：铝合金。还是能够满足要求的。但是随着工作压力70MPa气瓶的开发，铝合金内胆的优势便不再明显，特别是在疲劳性能的发挥和气瓶轻量化方面。所以在全塑料内胆未得到法规认可的情况下，采用金属内胆加内衬的方式，能够很好的解决高压复合材料气瓶疲劳和轻量化问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供工作压力大于35MPa高压复合材料气瓶的复合内胆及制备方法，解决现有技术工作压力大于35MPa时，高压复合材料气瓶复合内胆的疲劳性能差存在安全隐患的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
工作压力大于35MPa高压复合材料气瓶的复合内胆，包括采用钢板或铝合金板冲拔成型、前后端分别成型有前封头和后封头、用于储存高压气体的金属内胆，均匀紧密贴附于所述金属内胆的内壁上并由热塑性高分子材料制成的高分子材料内衬，以及设于所述前封头处的前瓶口。
进一步地，所述后封头处设有后瓶口。
进一步地，所述高分子材料内衬由塑料制成。
进一步地，所述金属内胆的容积为46L-450L。
工作压力大于35MPa高压复合材料气瓶的复合内胆的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、制作金属内胆：
采用钢板或铝合金板冲拔成金属内胆粗胚，之后将金属内胆粗胚经强旋减薄并以旋压收口的方式加工成形两端分别带前封头和后封头的金属内胆，其中，采用钢板冲拔成型的为钢内胆，采用铝合金板冲拔成型的为铝合金内胆；
步骤2、制作复合型内胆：
在步骤1中制作好的金属内胆内壁上紧密贴附一层由热塑性高分子材料组成的高分子材料内衬，即得复合型内胆。
具体地说，在所述步骤1中，铝合金内胆加工成型后，需进行固溶时效热处理，钢内胆加工成型后，需要进行调制热处理。
具体地说，在所述步骤1中，加工成型的金属内胆上需用数控车床加工出满足尺寸和精度要求的螺纹。
具体地说，在所述步骤1中，铝合金内胆加工成型还需进行内表面抛光处理，选用机械抛光方式，将小颗粒磨料和研磨液混合后灌入铝合金内胆的内腔，通过一定转速在气瓶内壁旋转，进行铝合金内胆内表面全面抛光。
具体地说，在所述步骤1中，钢内胆还需要进行内表面抛丸，选用机械抛丸方式，通过抛丸机将小钢珠喷入钢内胆的内腔，通过一定转速和喷出的压力，进行钢内胆内表面抛光。
具体地说，在所述步骤2中，在金属内胆内壁上贴附高分子材料内衬时，采用滚塑工艺进行高分子材料内衬的贴附，即将热塑性高分子材料在金属内胆内熔融，之后通过高速旋转使熔融后的热塑性高分子材料均匀分布，之后冷却成型为紧密均匀贴附于金属内胆内壁上的高分子材料内衬。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，具有重量轻、耐压性能好、以及疲劳性能好的特点，从而能有效的提高采用该内胆结构的高压复合材料气瓶的疲劳性能，并在一定程度上降低内胆的重量。
(2)本发明复合型内胆外层采用优质成型的金属内胆，内层采用韧性好的塑料或者其他高分子材料组成，具有耐高压，耐疲劳，安全性高等特点，如此与现有纯金属内胆技术相比可使内胆的重量可下降约33.3％。以容量为66L工作压力70MPa的高压储氢气瓶为例，采用纯铝合金材料制作的内胆预计30Kg，采用本发明的内胆重量约为20Kg，亦可极大降低整体重量；同时由于高分子材料优越于金属材料的弹性模量，韧性以及断后伸长率等力学性能，能够很大程度上提高疲劳性能。本发明复合型内胆在满足气瓶强度要求的前提下使高压复合材料储气瓶的整体重量轻量化，即：在保证安全性的同时，使内胆层的重量达到最小。
附图说明
图1为本发明复合内胆(单瓶口)结构示意图。
图2为本发明复合内胆(双瓶口)结构示意图。
图3为图1中A部或图2中B部放大图。
其中，附图标记对应的名称为：
1-金属内胆、2-高分子材料内衬、3-前封头、4-后封头、5-前瓶口、6-后瓶口。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
如图1-3所示，本发明提供的工作压力大于35MPa高压复合材料气瓶的复合内胆，结构简单、设计科学合理，使用方便，具有重量轻、耐压性能好、以及疲劳性能好的特点，从而能有效的提高采用该内胆结构的高压复合材料气瓶的疲劳性能，并在一定程度上降低内胆的重量。本发明包括采用钢板或铝合金板冲拔成型、前后端分别成型有前封头3和后封头4、用于储存高压气体的金属内胆1，均匀紧密贴附于所述金属内胆1的内壁上并由热塑性高分子材料制成的高分子材料内衬2，以及设于所述前封头3处的前瓶口5，所述后封头4处设有后瓶口6，所述高分子材料内衬2由塑料制成，所述金属内胆1的容积为46L-450L，本发明所用前瓶口5和后瓶口6均为已知的瓶口结构。
工作压力大于35MPa高压复合材料气瓶的复合内胆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、制作金属内胆：
采用钢板或铝合金板冲拔成金属内胆粗胚，之后将金属内胆粗胚经强旋减薄并以旋压收口的方式加工成形两端分别带前封头和后封头的金属内胆，其中，采用钢板冲拔成型的为钢内胆，采用铝合金板冲拔成型的为铝合金内胆；
步骤2、制作复合型内胆：
在步骤1中制作好的金属内胆内壁上紧密贴附一层由热塑性高分子材料组成的高分子材料内衬，即得复合型内胆。
其中，在所述步骤1中，铝合金内胆加工成型后，需进行固溶时效热处理，钢内胆加工成型后，需要进行调制热处理。
在所述步骤1中，加工成型的金属内胆上需用数控车床加工出满足尺寸和精度要求的螺纹。铝合金内胆加工成型还需进行内表面抛光处理，选用机械抛光方式，将小颗粒磨料和研磨液混合后灌入铝合金内胆的内腔，通过一定转速在气瓶内壁旋转，进行铝合金内胆内表面全面抛光。钢内胆还需要进行内表面抛丸，选用机械抛丸方式，通过抛丸机将小钢珠喷入钢内胆的内腔，通过一定转速和喷出的压力，进行钢内胆内表面抛光。
在所述步骤2中，在金属内胆内壁上贴附高分子材料内衬时，采用滚塑工艺进行高分子材料内衬的贴附，即将热塑性高分子材料在金属内胆内熔融，之后通过高速旋转使熔融后的热塑性高分子材料均匀分布，之后冷却成型为紧密均匀贴附于金属内胆内壁上的高分子材料内衬。
本发明复合型内胆外层采用优质成型的金属内胆，内层采用韧性好的塑料或者其他高分子材料组成，具有耐高压，耐疲劳，安全性高等特点，如此与现有纯金属内胆技术相比可使内胆的重量可下降约33.3％。以容量为66L工作压力70MPa的高压储氢气瓶为例，采用纯铝合金材料制作的内胆预计30Kg，采用本发明的内胆重量约为20Kg，亦可极大降低整体重量；同时由于高分子材料优越于金属材料的弹性模量，韧性以及断后伸长率等力学性能，能够很大程度上提高疲劳性能。本发明复合型内胆在满足气瓶强度要求的前提下使高压复合材料储气瓶的整体重量轻量化，即：在保证安全性的同时，使内胆层的重量达到最小。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.工作压力大于35MPa高压复合材料气瓶的复合内胆，其特征在于，包括采用钢板或铝合金板冲拔成型、前后端分别成型有前封头(3)和后封头(4)、用于储存高压气体的金属内胆(1)，均匀紧密贴附于所述金属内胆(1)的内壁上并由热塑性高分子材料制成的高分子材料内衬(2)，以及设于所述前封头(3)处的前瓶口(5)。
2.根据权利要求1所述的工作压力大于35MPa高压复合材料气瓶的复合内胆，其特征在于，所述后封头(4)处设有后瓶口(6)。
3.根据权利要求2所述的工作压力大于35MPa高压复合材料气瓶的复合内胆，其特征在于，所述高分子材料内衬(2)由塑料制成。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的工作压力大于35MPa高压复合材料气瓶的复合内胆，其特征在于，所述金属内胆(1)的容积为46L-450L。
5.权利要求1-4任意一项所述工作压力大于35MPa高压复合材料气瓶的复合内胆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、制作金属内胆：
采用钢板或铝合金板冲拔成金属内胆粗胚，之后将金属内胆粗胚经强旋减薄并以旋压收口的方式加工成形两端分别带前封头和后封头的金属内胆，其中，采用钢板冲拔成型的为钢内胆，采用铝合金板冲拔成型的为铝合金内胆；
步骤2、制作复合型内胆：
在步骤1中制作好的金属内胆内壁上紧密贴附一层由热塑性高分子材料组成的高分子材料内衬，即得复合型内胆。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，铝合金内胆加工成型后，需进行固溶时效热处理，钢内胆加工成型后，需要进行调制热处理。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，加工成型的金属内胆上需用数控车床加工出满足尺寸和精度要求的螺纹。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，铝合金内胆加工成型还需进行内表面抛光处理，选用机械抛光方式，将小颗粒磨料和研磨液混合后灌入铝合金内胆的内腔，通过一定转速在气瓶内壁旋转，进行铝合金内胆内表面全面抛光。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，钢内胆还需要进行内表面抛丸，选用机械抛丸方式，通过抛丸机将小钢珠喷入钢内胆的内腔，通过一定转速和喷出的压力，进行钢内胆内表面抛光。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤2中，在金属内胆内壁上贴附高分子材料内衬时，采用滚塑工艺进行高分子材料内衬的贴附，即将热塑性高分子材料在金属内胆内熔融，之后通过高速旋转使熔融后的热塑性高分子材料均匀分布，之后冷却成型为紧密均匀贴附于金属内胆内壁上的高分子材料内衬。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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