CN111963891A - 一种高压复合容器的塑料内胆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压复合容器的塑料内胆，塑料内胆具有包含塑料壳体、塑料密封件及金属端头的组成；塑料密封件与塑料壳体之间通过熔接密封；塑料密封件包括密封件本体及设置于密封件本体外侧表面周向的热熔齿，热熔齿插入塑料壳体的内表面形成熔接密封。本技术的此密封结构的塑料内胆，仅有塑料壳体，塑料密封件和金属端头组成，密封结构简洁；金属端头，塑料密封件，塑料壳体不论轴向还是周向，均定位良好，在高低压和温度交变情况下，塑料密封件、塑料壳体和瓶阀相对位置不发生变化，塑料密封”的密封面不发生形变和失位，使得高压复合容器具有优异的耐高低压力和温度交变性能。

Description

一种高压复合容器的塑料内胆

技术领域

本发明属于高压复合容器技术领域，特别是指一种用于盛装高压气体的高分子塑料内胆。

背景技术

大部分出租车改装压缩天然气(CNG)以代替燃油，一般CNG高压气瓶的工作压力为20MPa；部分车辆生产制造商已推广CNG或CNG与燃油混用的车辆，如奥迪、通用等。采用了氢介质电池汽车也是当前的热点，储氢高压气瓶的工作压力一般为35MPa、70MPa，且70MPa的IV型瓶(高压塑料内胆复合容器)是当前的研发热点。除了车用，高压气瓶在其他领域也得到充分的应用，例如欧洲的部分液化石油气采用塑料内胆复合容器(工作压力2MPa)。大量的高压容器在日常生活中得到广泛使用，传统的纯金属或金属内衬复合容器存在重量偏大的问题，不易运输；且存储压力越高，金属塑料内胆生产工艺越复杂，成本越高，还存在被高压气体腐蚀的风险。为了满足轻量化的要求，高压塑料内胆复合容器产生，因为塑料的特性，该类产品具备耐腐蚀、耐疲劳、重量轻等优越性能，主要生产厂商为丰田、Hexagon(挪威)、Quantum(美国)等。相对于纯金属或金属内衬复合容器，高压塑料内胆复合容器的密封性的保证更为苛刻，主要原因是塑料内胆壳体与金属端头的材料不同(因为塑料内胆需要和瓶口阀进行密封连接，因此塑料内胆的端头需要是金属材料)，在气瓶反复的使用过程中，塑料内胆与金属端头连接会松动，密封性能下降。因此，如何使塑料壳体和金属端头形成优异耐久的密封和耐气体渗透性能，是塑料内胆的高压复合容器突破的核心技术。

鉴于现状，金属端头与塑料内胆的连接成为了研究的热点与难点。图1所示为一个高压塑料内胆复合容器，金属端头01安装在塑料内胆02上，之后通过纤维复合材料层03进行缠绕包裹形成。图2对端面的密封结构进行说明：金属端头01与塑料内胆的大面接触在工艺上是不可行的，即使可行成本也是高昂的；该结构未考虑金属端头01与塑料内胆02轴线上的限位；该结构未考虑缠绕时塑料内胆的内压不断改变的充压，会导致金属端头01及塑料内胆连接处产生缝隙引起泄漏；该结构未考虑瓶口承受安装扭矩时的限位，安装后导致金属端头01与纤维复合材料层03的结合强度降低；该结构中压缩气体的逃逸路径P较短，会增加压缩气体逃逸的风险，尤其是小分子气体CNG、氢气、氦气等。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压复合容器的塑料内胆，以解决现有的塑料壳体和金属端头在气瓶反复的使用过程中，塑料内胆与金属端头连接会松动，密封性能下降的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高压复合容器的塑料内胆，塑料内胆具有包含塑料壳体、塑料密封件及金属端头的组成；

所述塑料密封件与所述塑料壳体之间通过熔接密封，所述金属端头与所述塑料壳体之间熔接配合；

所述塑料密封件包括密封件本体及设置于所述密封件本体外侧表面周向的热熔齿，所述热熔齿插入所述塑料壳体的内表面形成熔接密封。

优选的，所述热熔齿沿所述塑料密封件的轴向均匀排布。

优选的，所述热熔齿的轴向截面呈三角形，齿尖的角度为20-45°。

优选的，所述塑料密封件的材质与所述塑料壳体的材质相同。

优选的，所述塑料壳体根据承载不同高压气体的分子量渗透特性，选择包括但不限于PA、PE、PPA,PPS,聚酯、PP、POM或EVOH中的一种或一种以上的热塑性塑料。

优选的，所述塑料壳体包括两层或两层以上的热塑性塑料层，且在相邻的两层热塑性塑料层之间设置有气体阻隔层。

优选的，在塑料内胆的外侧缠绕有纤维增强层。

优选的，在金属端头的瓶口阀安装孔内设置有带密封圈的瓶口阀，所述密封圈设置于所述瓶口阀的外侧壁与塑料密封件的内表面之间。

本发明的有益效果是：

本技术的此密封结构的塑料内胆，仅有塑料壳体，塑料密封件和金属端头组成，密封结构简洁；金属端头，塑料密封件，塑料壳体不论轴向还是周向，均定位良好，在高低压和温度交变情况下，塑料密封件、塑料壳体和瓶阀相对位置不发生变化，塑料密封”的密封面不发生形变和失位，使得高压复合容器具有优异的耐高低压力和温度交变性能。

附图说明

图1为现技术高压塑料内胆复合容器示意图；

图2为图1为A处密封结构示意图；

图3为本发明高压复合容器外观示意图；

图4为塑料密封件轴向剖视图；

图5为塑料密封件与塑料壳体的整体结构示意图；

图6为图5的B处放大示意图；

图7为装配有金属端头的塑料内胆部分示意图；

图8为装配有瓶口阀的塑料内胆部分结构示意图。

附图标记说明

01金属端头，02塑料内胆，03纤维复合材料层，1高压复合容器，2塑料密封件，21密封件本体，22热熔齿，3塑料壳体，4金属端头，5瓶口阀，6密封圈，7纤维增强层。

具体实施方式

以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。

如图3所示，本申请的目的是提供一种用于存储高压气态介质的高压复合容器的密封结构，该高压复合容器1包括塑料内胆，塑料内胆由塑料壳体3、金属端头4及塑料密封件2通过熔接构成，然后在塑料内胆的外侧缠绕纤维增强层7，并在金属端头4的瓶口阀安装孔内设置具有一定系统功能的带有密封圈6的瓶口阀5。

用于存储的气体的种类在本申请中不需要限制，所有需要高压存储的气体均可以适用于本申请的复合压力容器，比如氢气、CNG、氦气、氮气等压力大于1MPa,比如10MPa、20MPa、30MPa、50MPa、70MPa、80MPa或者更高的压力，前提是塑料壳体的材质及金属端头能够达到相应的耐压程度。

本申请的技术方案高压复合容器中，在塑料内胆的外侧缠绕纤维增强层是现高压复合容器的常规技术，在此，只提及复合压力容器也需要包括纤维增加层，且缠绕在塑料内胆的外侧，具体到使用何种纤维用于纤维加强层及与纤维配合的树脂是热塑性树脂还是热固性树脂均可以根据企业生产的需要进行选用，并不影响本申请的技术方案的实现，同样纤维加强层的缠绕方式或缠绕方法也不在本申请中进行说明。

在高压复合容器上设置有瓶口阀，瓶口阀的结构或功能根据高压复合容器的应用场所而有所不同，其包括相应的功能性系统并不在本申请的保护范围之内，本申请的技术方案中，关键涉及到塑料内胆的密封结构技术，对瓶口阀及其密封圈的技术方案仅进行简单的描述。

本技术方案的重点是在塑料内胆的密封结构，本领域的技术人员均清楚，存储于容器内的高压气体不仅会通过阀门泄漏，而且通过容器的容器壁、容器的两个部分的连接处在高压情况下也会产生渗漏，并且在容器内的气体的压力变化过程中，会对连接部分的密封性能产生影响，本申请的技术方案正是对塑料内胆的密封进行的改进。

如图4所示，本申请的塑料密封件2为圆管形的塑料密封件，在本申请的技术方案中，塑料密封件的材质与塑料壳体的材质可以不同也可以相同，在本实施例中，为了避免在后期的使用过程中，因为两种材质在相同的条件下会有不同的物理性能的变化，如膨胀系数，耐压性能等的不同而影响塑料内胆的整体密封性能，选择与塑料壳体相同的材料制备塑料密封件。

塑料密封件2包括圆管形的密封件本体21，在密封件本体的外侧面沿轴向设置有3至5个周向设置的热熔齿22，每个热熔齿的沿塑料密封件的轴向截面均为三角形，且齿尖的角度为20-45°，在本申请的其它实施例中，热熔齿的齿高度可以不相同，从而在与塑料壳体进行熔接后，形成错位密封的效果。

如图5和图6所示，塑料壳体3的成型工艺可以是注塑、吹塑或滚塑，塑料密封件作为嵌件提前放置在塑料壳体的模具内，在成型过程中，温度较高的熔融塑料壳体料胚，接触并形成对塑料密封件的外侧包裹，将热量传递给塑料密封件上，此时，塑料密封件的外侧热熔齿接收热量，后形成熔融状态，和熔融的塑料壳体料胚熔合在一起(熔合的过程如同热板焊接、红外焊接等)，这样塑料壳体就和塑料密封件的热熔齿在周向熔合密封，冷却后，塑料密封件的周向热熔齿和塑料壳体形成的熔接密封。如上述，热熔齿在轴向的分布数量多少，就可以形成多少道的塑料壳体和塑料密封件的密封。

在本申请的技术方案中，塑料壳体根据不同承载高压气体的分子量渗透特性，选择性采用目前工业应用的热塑性塑料，例如PA、PE、PPA,PPS,聚酯、PP、POM、EVOH等中的一种或一种以上的混合，同时塑料壳体也可以采用如上材料的多层热塑性塑料结构，并在相邻两层的热塑性塑料结构之间设置气体阻隔层，防止氢气分子等承载气体小分子从材料的渗透。塑料壳体由两层或两层以上的热塑性塑料的技术方案也属于本领域的常规技术，在相邻两层热塑性塑料之间设置气体阻隔层也属于现有技术，具体到使用何种材料用于气体阻隔层，可以根据实际的需要任意选用。在本申请中，塑料壳体的材料与塑料密封件的材料相同。

在塑料密封件的热熔齿需要熔化的热量较高时，需要对塑料密封件提前加热，然后再用塑料壳体料胚的热量，使塑料密封件热熔齿达到需要的熔融温度。

如图7和8所示，金属端头4的装配也在塑料壳体的模具中进行，使得金属端头与塑料壳体熔接，金属端头与塑料壳体的连接属于现有技术，在此不进行详细的描述，装配金属端头后，完成塑料内胆的制备，再在塑料内胆外侧缠绕纤维增强层，安装带有密封圈的瓶口阀，例瓶口阀通过密封圈直接和塑料密封件密封。金属端头的内侧面和瓶口阀的外侧面，共同夹持已经形成一体密封的塑料壳体和塑料密封件，这样，在高压复合容器温度和压力变化下，即使随着时效的变化，瓶口阀上的密封圈的压缩量，也能保持稳定。

整个技术方案采用塑料件和塑料件之间的熔接密封，保证了塑料密封件和塑料壳体之间的密封，以及采用压缩密封圈的方式进行密封，保证了塑料密封件与瓶口阀之间的密封性能；通过塑料密封件和塑料壳体受到金属端头和瓶口阀的外形限制下，在高压复合容器内部压力和温度反复变化的情况下，塑料密封件的密封面仍然能够和金属端头及瓶口阀不脱离，不会使密封圈处的密封部位发生错位损伤而导致密封失效或衰减，以实现较强的多次耐压力和温度变化能力(耐疲劳性)；另外，限制了塑料密封件密封部位材料的蠕变，也就是限制了塑料密封件密封面向外侧松动(直径变大)，避免导致密封圈压缩量变小从而导致密封性能衰减或失效的问题。

最终,在高压复合容器在使用过程中，阻止了承载的高压气体介质泄漏,确保了高压复合容器使用的安全性，同时节约了能源，保护了环境；另外优异的耐疲劳性能，增加了高压复合容器的使用寿命。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种高压复合容器的塑料内胆，其特征在于，塑料内胆具有包含塑料壳体、塑料密封件及金属端头的组成；

所述塑料密封件与所述塑料壳体之间通过熔接密封，所述金属端头与所述塑料壳体之间熔接配合；

所述塑料密封件包括密封件本体及设置于所述密封件本体外侧表面周向的热熔齿，所述热熔齿插入所述塑料壳体的内表面形成熔接密封。

2.根据权利要求1所述的高压复合容器的塑料内胆，其特征在于，所述热熔齿沿所述塑料密封件的轴向均匀排布。

3.根据权利要求1所述的高压复合容器的塑料内胆，其特征在于，所述热熔齿的轴向截面呈三角形，齿尖的角度为20-45°。

4.根据权利要求1所述的高压复合容器的塑料内胆，其特征在于，所述塑料密封件的材质与所述塑料壳体的材质相同。

5.根据权利要求4所述的高压复合容器的塑料内胆，其特征在于，所述塑料壳体根据承载不同高压气体的分子量渗透特性，选择包括但不限于PA、PE、PPA,PPS,聚酯、PP、POM或EVOH中的一种或一种以上的热塑性塑料。

6.根据权利要求5所述的高压复合容器的塑料内胆，其特征在于，所述塑料壳体包括两层或两层以上的热塑性塑料层，且在相邻的两层热塑性塑料层之间设置有气体阻隔层。

7.根据权利要求1所述的高压复合容器的塑料内胆，其特征在于，在塑料内胆的外侧缠绕有纤维增强层。

8.根据权利要求1所述的高压复合容器的塑料内胆，其特征在于，在金属端头的瓶口阀安装孔内设置有带密封圈的瓶口阀，所述密封圈设置于所述瓶口阀的外侧壁与塑料密封件的内表面之间。

Images