CN111649226A - 一种塑料内胆纤维全缠绕气瓶及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种塑料内胆纤维全缠绕气瓶及其制作方法，一种塑料内胆纤维全缠绕气瓶，气瓶包括内胆，所述内胆外包裹有纤维复合层，纤维复合层外涂抹有涂层，内胆包括内胆主体，内胆主体上连通设有卡合口，内胆主体和卡合口的截面均为圆形，卡合口的外圈分别设有卡合槽。本发明气瓶的制作方法中塑料内胆成型工艺采用注塑工艺保证瓶口尺寸控制，然后通过吹塑工艺成型内胆筒身，内胆采用两步法成型，避免了内胆焊接工序产生的焊缝，同时也避免了采用滚塑工艺成型内胆致密性差的问题，实现了塑料内胆整体成型工艺，避免了焊接缝导致的泄露问题，实现了塑料内胆全缠绕气瓶的自动化生产，大大提高了生产效率和确保了产品质量。

Description

一种塑料内胆纤维全缠绕气瓶及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种塑料内胆纤维全缠绕气瓶及其制作方法，具体是一种塑料内胆纤维全缠绕气瓶及其制作方法。
背景技术
随着新能源技术的不断发展，与之配套的能源装配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高压气体、液化气体等介质的压力储罐或气瓶的需求也大幅增加，目前国内市场上应用于气体储运的气瓶均为全金属或者具有金属内胆的纤维缠绕增强气瓶；由于金属气瓶和金属内胆缠绕气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，而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。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，焊接质量更难控制，所以对于焊接内胆的气密性很难把控；另外采用焊接工艺成型的内胆，其主体部分采用的是吹塑成型工艺，而吹塑成型工艺在其成型过程中尺寸偏差很大，尤其是其瓶口焊接部分，吹塑成型后尺寸偏差较大从而导致焊接后内胆漏气，目前国外已经出现因焊接部位漏气导致产品召回事件；除此之外，还有专利公开了采用滚塑工艺成型塑料内胆，由于滚塑工艺成型效率低，成型过程中压力较低导致其内胆气密性较差，渗透率较高，也出现了漏气现象，另外滚塑成型后的内胆还需要开孔工序，增加了制造成本和泄露点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种塑料内胆纤维全缠绕气瓶及其制作方法，塑料内胆成型工艺采用注塑工艺保证瓶口尺寸控制，然后通过吹塑工艺成型内胆筒身，内胆采用两步法成型，避免了内胆焊接工序产生的焊缝；同时也避免了采用滚塑工艺成型内胆致密性差的问题；通过瓶胚的结晶以及配合设计的特殊金属结构，再结合O型圈保证了内胆的密封性；通过设计相应的垫圈卡环，保证了内胆在充装压力下缠绕的可行性，保证了金属件与内胆瓶口结合的强度；通过以上设计实现了塑料内胆整体成型工艺，避免了焊接缝导致的泄露问题，实现了塑料内胆全缠绕气瓶的自动化生产，大大提高了生产效率和确保了产品质量。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种塑料内胆纤维全缠绕气瓶，气瓶包括内胆，所述内胆外包裹有纤维复合层，纤维复合层外涂抹有涂层，内胆包括内胆主体，内胆主体上连通设有卡合口，内胆主体和卡合口的截面均为圆形，卡合口的外圈分别设有卡合槽。
所述内胆上设有金属件，金属件上设有连通口，金属件上设有配合槽，金属件上、配合槽的两侧均设有第一密封槽和第二密封槽。
所述金属件上设有固定槽和固定块。
所述金属件通过配合槽与卡合口配合，第一密封槽内设有O型圈和橡胶挡圈，卡合槽第二密封槽之间设有卡口垫圈。
进一步的，所述金属件为铝制品。
进一步的，所述连通口的一端与内胆主体连通，另一端与外界连通。
进一步的，所述第一密封槽和第二密封槽与配合槽均连通。
进一步的，所述固定槽和固定块与纤维复合层配合增加了内胆与纤维复合层之间的结合强度。
进一步的，所述固定槽、固定块、配合槽、第一密封槽和第二密封槽与连通口同轴心分布。
进一步的，所述卡口垫圈的内径尺寸小于卡合口的外径尺寸，卡口垫圈将金属件和内胆连接在一起，O型圈和橡胶挡圈和增加金属件和内胆之间的密封性。
一种塑料内胆纤维全缠绕气瓶的制作方法，气瓶的制作方法包括以下步骤：
S1：注塑瓶胚成型
内胆采用注塑成型，内胆的材料选用塑料材质，通过注塑工艺成型瓶胚，注塑成型工艺精确的控制瓶口尺寸，瓶胚成型后，瓶胚选择整体结晶或部分结晶，采用注塑工艺再配合瓶口结晶工艺保证了瓶口的尺寸稳定以及保证了瓶口尺寸公差的的控制，以此确保了内胆的密封性。
S2：瓶胚瓶口安装金属件
瓶胚结晶后将带有O型圈、橡胶挡圈和卡口垫圈的金属件安装到瓶胚的瓶口上。
S3：内胆吹塑成型
通过瓶胚预热，流转到内胆吹塑工艺进行内胆吹塑，吹塑完成后内胆进行气密性检测。
S4：内胆表面处理
气密性检测合格后流转到内胆表面处理工序，表面处理主要是增加内胆表面的表面张力，使其与缠绕用的树脂进行紧密结合。
S5：纤维缠绕
成型后流转到缠绕工序，在内胆上进行纤维缠绕形成纤维复合层，纤维缠绕采用上进胶的方式，通过数控缠绕机缠绕到内胆心模上。
S6：产品固化
缠绕完成后，气瓶流转到固化工序，气瓶在100±10℃条件下进行固化。
S7：水压试验
固化完成后，气瓶流转到水压试验工序，进行水压试验，然后将气瓶进行烘干。
S8：气瓶表面打磨
气瓶烘干后对气瓶进行成品气瓶表面打磨。
S9：表面涂层处理
表面打磨平整后然后进行表面涂层处理，通过刷涂/浸涂/喷涂工艺进行表面涂层处理。
S10：表面涂层固化
待涂层表面处理完成后进行固化。
S11：上阀、气密试验
固化完成后安装阀门进行气密试验，气瓶充装到工作压力，然后浸水观察气瓶表面不得有连续气泡产生，如果对于有泄露可疑的气瓶再进行氦气检测以确保气瓶不泄露。
S12:成品检验
气密检测合格后流转到成品检验工序，对成品气瓶的外观、螺纹进行检测。
S13：成品包装
检测合格后安装封头保护罩，安装完成后气瓶进行装箱打包。
进一步的，所述S5中纤维缠绕时单根纤维的张力为15-35N，缠绕所用的原材料w为有机纤维，纤维的拉伸强度为1750GPa以上,剪切强度为13.8MPa以上；树脂胶液水域温度为25-45℃，胶液温度为20-30℃，环境温度为18-25℃；单个气瓶的混合纤维含胶量为25％-30％，
Figure BDA0002538457270000051
进一步的，所述S7中试验压力为44-46MPa，保压60s以上；烘干温度不超过60℃。
本发明的有益效果：
1、本发明气瓶的制作方法中塑料内胆成型工艺采用注塑工艺保证瓶口尺寸控制，然后通过吹塑工艺成型内胆筒身，内胆采用两步法成型，避免了内胆焊接工序产生的焊缝，同时也避免了采用滚塑工艺成型内胆致密性差的问题；
2、本发明气瓶的制作方法通过瓶胚的结晶以及配合设计的特殊金属结构，再结合O型圈保证了内胆的密封性；
3、本发明气瓶通过设计相应的垫圈卡环，保证了内胆在充装压力下缠绕的可行性，保证了金属件与内胆瓶口结合的强度；
4、本发明气瓶的制作方法实现了塑料内胆整体成型工艺，避免了焊接缝导致的泄露问题，实现了塑料内胆全缠绕气瓶的自动化生产，大大提高了生产效率和确保了产品质量。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明气瓶结构示意图；
图2是本发明内胆结构示意图；
图3是本发明图2中B处放大结构示意图；
图4是本发明气瓶结构示意图；
图5是本发明图4中A处放大结构示意图；
图6是本发明气瓶部分结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种塑料内胆纤维全缠绕气瓶，气瓶包括内胆2，如图1、图2所示，内胆2外包裹有纤维复合层8，纤维复合层8外涂抹有涂层9，内胆2包括内胆主体21，内胆主体21上连通设有卡合口22，如图3所示，内胆主体21和卡合口22的截面均为圆形，卡合口22的外圈分别设有卡合槽23。
内胆2上设有金属件1，如图4、图5、图6所示，金属件1为铝制品，金属件1上设有连通口11，连通口11的一端与内胆主体21连通，另一端与外界连通，金属件1上设有配合槽10，金属件1上、配合槽10的两侧均设有第一密封槽20和第二密封槽30，第一密封槽20和第二密封槽30与配合槽10均连通。
金属件1上设有固定槽6和固定块7，固定槽6和固定块7与纤维复合层8配合，增加了内胆2与纤维复合层8之间的结合强度，强化了瓶口扭矩强度，保证了气瓶扭矩试验。
固定槽6、固定块7、配合槽10、第一密封槽20和第二密封槽30与连通口11同轴心分布。
金属件1通过配合槽10与卡合口22配合第一密封槽20内设有O型圈3和橡胶挡圈4，卡合槽23第二密封槽30之间设有卡口垫圈5，卡口垫圈5的内径尺寸小于卡合口22的外径尺寸，卡口垫圈5将金属件1和内胆2连接在一起，确保连接强度，O型圈3和橡胶挡圈4和增加金属件1和内胆2之间的密封性。
一种塑料内胆纤维全缠绕气瓶的制作方法，气瓶的制作方法包括以下步骤：
S1：注塑瓶胚成型
内胆2采用注塑成型，内胆2的材料选用PET、PC等塑料材质，通过注塑工艺成型瓶胚，注塑成型工艺精确的控制瓶口尺寸，瓶胚成型后，瓶胚选择整体结晶或部分结晶，采用注塑工艺再配合瓶口结晶工艺保证了瓶口的尺寸稳定以及保证了瓶口尺寸公差的的控制，以此确保了内胆的密封性。
S2：瓶胚瓶口安装金属件
瓶胚结晶后将带有O型圈3、橡胶挡圈4和卡口垫圈5的金属件1安装到瓶胚的瓶口上。
S3：内胆吹塑成型
通过瓶胚预热，流转到内胆吹塑工艺进行内胆吹塑，吹塑完成后内胆2进行气密性检测。
S4：内胆表面处理
气密性检测合格后流转到内胆表面处理工序，表面处理主要是增加内胆表面的表面张力，使其与缠绕用的树脂进行紧密结合。
S5：纤维缠绕
成型后流转到缠绕工序，在内胆2上进行纤维缠绕形成纤维复合层8，纤维缠绕采用上进胶的方式，通过数控缠绕机缠绕到内胆心模上；纤维缠绕时单根纤维的张力为15-35N，缠绕所用的原材料包括碳纤维缠绕、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维或者其他有机纤维等，优选碳纤维缠绕、树脂胶液、固化剂和助剂，纤维的拉伸强度为1750GPa以上,剪切强度为13.8MPa以上；树脂胶液水域温度为25-45℃，胶液温度为20-30℃，环境温度为18-25℃；单个气瓶的混合纤维含胶量(树脂胶液的重量/树脂胶液+纤维的总重量)为25％-30％。
Figure BDA0002538457270000081
S6：产品固化
缠绕完成后，气瓶流转到固化工序，气瓶在100±10℃条件下进行固化。
S7：水压试验
固化完成后，气瓶流转到水压试验工序，进行水压试验，试验压力为44-46MPa，保压60s以上；然后将气瓶进行烘干，烘干温度不超过60℃，烘干后气瓶内壁不得有水迹和杂质等脏污。
S8：气瓶表面打磨
气瓶烘干后对气瓶进行成品气瓶表面打磨。
S9：表面涂层处理
表面打磨平整后然后进行表面涂层处理，通过刷涂、浸涂或者喷涂工艺进行表面涂层处理。
S10：表面涂层固化
待涂层表面处理完成后进行固化。
S11：上阀、气密试验
固化完成后安装阀门进行气密试验，气瓶充装到工作压力，然后浸水观察气瓶表面不得有连续气泡产生，如果对于有泄露可疑的气瓶再进行氦气检测以确保气瓶不泄露。
S12:成品检验
气密检测合格后流转到成品检验工序，对成品气瓶的外观、螺纹进行检测。
S13：成品包装
检测合格后安装封头保护罩，安装完成后气瓶进行装箱打包。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种塑料内胆纤维全缠绕气瓶，气瓶包括内胆(2)，其特征在于，所述内胆(2)外包裹有纤维复合层(8)，纤维复合层(8)外涂抹有涂层(9)，内胆(2)包括内胆主体(21)，内胆主体(21)上连通设有卡合口(22)，内胆主体(21)和卡合口(22)的截面均为圆形，卡合口(22)的外圈分别设有卡合槽(23)；
所述内胆(2)上设有金属件(1)，金属件(1)上设有连通口(11)，金属件(1)上设有配合槽(10)，金属件(1)上、配合槽(10)的两侧均设有第一密封槽(20)和第二密封槽(30)；
所述金属件(1)上设有固定槽(6)和固定块(7)；
所述金属件(1)通过配合槽(10)与卡合口(22)配合，第一密封槽(20)内设有O型圈(3)和橡胶挡圈(4)，卡合槽(23)第二密封槽(30)之间设有卡口垫圈(5)。
2.根据权利要求1所述的一种塑料内胆纤维全缠绕气瓶,其特征在于，所述金属件(1)为铝制品。
3.根据权利要求1所述的一种塑料内胆纤维全缠绕气瓶,其特征在于，所述连通口(11)的一端与内胆主体(21)连通，另一端与外界连通。
4.根据权利要求1所述的一种塑料内胆纤维全缠绕气瓶,其特征在于，所述第一密封槽(20)和第二密封槽(30)与配合槽(10)均连通。
5.根据权利要求1所述的一种塑料内胆纤维全缠绕气瓶,其特征在于，所述固定槽(6)和固定块(7)与纤维复合层(8)配合增加了内胆(2)与纤维复合层(8)之间的结合强度。
6.根据权利要求1所述的一种塑料内胆纤维全缠绕气瓶,其特征在于，所述固定槽(6)、固定块(7)、配合槽(10)、第一密封槽(20)和第二密封槽(30)与连通口(11)同轴心分布。
7.根据权利要求1所述的一种塑料内胆纤维全缠绕气瓶,其特征在于，所述卡口垫圈(5)的内径尺寸小于卡合口(22)的外径尺寸，卡口垫圈(5)将金属件(1)和内胆(2)连接在一起，O型圈(3)和橡胶挡圈(4)和增加金属件(1)和内胆(2)之间的密封性。
8.一种塑料内胆纤维全缠绕气瓶的制作方法，其特征在于，气瓶的制作方法包括以下步骤：
S1：注塑瓶胚成型
内胆(2)采用注塑成型，内胆(2)的材料选用塑料材质，通过注塑工艺成型瓶胚，注塑成型工艺精确的控制瓶口尺寸，瓶胚成型后，瓶胚选择整体结晶或部分结晶，采用注塑工艺再配合瓶口结晶工艺保证了瓶口的尺寸稳定以及保证了瓶口尺寸公差的的控制，以此确保了内胆的密封性；
S2：瓶胚瓶口安装金属件
瓶胚结晶后将带有O型圈(3)、橡胶挡圈(4)和卡口垫圈(5)的金属件(1)安装到瓶胚的瓶口上；
S3：内胆吹塑成型
通过瓶胚预热，流转到内胆吹塑工艺进行内胆吹塑，吹塑完成后内胆(2)进行气密性检测；
S4：内胆表面处理
气密性检测合格后流转到内胆表面处理工序，表面处理主要是增加内胆表面的表面张力，使其与缠绕用的树脂进行紧密结合；
S5：纤维缠绕
成型后流转到缠绕工序，在内胆(2)上进行纤维缠绕形成纤维复合层(8)，纤维缠绕采用上进胶的方式，通过数控缠绕机缠绕到内胆心模上；
S6：产品固化
缠绕完成后，气瓶流转到固化工序，气瓶在100±10℃条件下进行固化；
S7：水压试验
固化完成后，气瓶流转到水压试验工序，进行水压试验，然后将气瓶进行烘干；
S8：气瓶表面打磨
气瓶烘干后对气瓶进行成品气瓶表面打磨；
S9：表面涂层处理
表面打磨平整后然后进行表面涂层处理，通过刷涂/浸涂/喷涂工艺进行表面涂层处理；
S10：表面涂层固化
待涂层表面处理完成后进行固化；
S11：上阀、气密试验
固化完成后安装阀门进行气密试验，气瓶充装到工作压力，然后浸水观察气瓶表面不得有连续气泡产生，如果对于有泄露可疑的气瓶再进行氦气检测以确保气瓶不泄露；
S12:成品检验
气密检测合格后流转到成品检验工序，对成品气瓶的外观、螺纹进行检测；
S13：成品包装
检测合格后安装封头保护罩，安装完成后气瓶进行装箱打包。
9.根据权利要求8所述的一种塑料内胆纤维全缠绕气瓶的制作方法,其特征在于，所述S5中纤维缠绕时单根纤维的张力为15-35N，缠绕所用的原材料w为有机纤维，纤维的拉伸强度为1750GPa以上,剪切强度为13.8MPa以上；树脂胶液水域温度为25-45℃，胶液温度为20-30℃，环境温度为18-25℃；单个气瓶的混合纤维含胶量(树脂胶液的重量/树脂胶液+纤维的总重量)为25％-30％，
Figure FDA0002538457260000041
。
10.根据权利要求8所述的一种塑料内胆纤维全缠绕气瓶的制作方法,其特征在于，所述S7中试验压力为44-46MPa，保压60s以上；烘干温度不超过60℃。
CN202010539620.8A 2020-06-15 2020-06-15 一种塑料内胆纤维全缠绕气瓶及其制作方法 Pending CN111649226A (zh)

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