CN113733450A - 一种高压复合储氢瓶的焊接塑料内胆结构及成型工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高压复合储氢瓶的焊接塑料内胆结构及成型工艺，塑料内胆结构包括两个注塑端部及中间的注塑筒身，两个注塑端部分别焊接于注塑筒身的两端，且两个注塑端部的轴向长度相同且为注塑筒身轴向长度的一半。本技术方案的结构和工艺，易于焊接特征的实现，以便提高焊接质量；易于降低内胆壁厚，以便提高塑料内胆的容积。另外，此结构由注塑拔模斜度影响的壁厚差异最小，以避免存储高压氢气对高壁厚材料的较多的渗入和较大的溶胀，造成容器泄压时材料内部的氢气渗出而破坏塑料材料的问题。

Description

一种高压复合储氢瓶的焊接塑料内胆结构及成型工艺
技术领域
本发明属于高压容器技术领域，具体涉及一种高压复合储氢瓶的焊接塑料内胆结构及成型工艺。
背景技术
燃料电池商用车通常装载较长的高压复合储氢瓶，压力高达35MPa或70MPa,储氢瓶长度约1.8米左右，直径约0.4米左右，具有较大的存储容积。储氢瓶由内胆和复合材料层组成，主体为塑料材料的内胆储氢瓶寿命更长，塑料内胆主要是限制氢气的泄漏或渗透，而复合材料层主要功能是耐高压。储氢瓶因为需要耐氢气小分子的渗透，内胆塑料材料通常使用PA(尼龙)材料，壁厚通常3-4mm。
由于储氢瓶较长，以及其他技术方面的原因，基本使用注塑工艺成型内胆的两端，为避免注塑较深的半只筒身(因为0.9米左右的筒状注塑件，拔模斜度造成底部壁厚较厚，壁厚较厚位置的塑料件成型容易产生缺陷，且影响的容积较多，另外，注塑设备的吨位型号较难满足)。因此，塑料内胆通常采用注塑成型两个注塑端部02，挤塑成型的挤塑筒身03，然后三部分两次焊接成型，焊接部分形成焊接面01，如图1所示。
由于“挤塑筒身”的截面是一致的，所以其“焊接特征04”无法设计成异形，如图2，“挤塑筒身”的焊接面是经过切割和机加工成型，由于塑料内胆的壁厚通常只需3-4mm,因此在“挤塑筒身”上无法成型较复杂的“焊接面特征”，导致焊接前“注塑端部”和“挤塑筒身”无法良好匹配定位，导致焊接强度等效果较差，且周向“焊接面”的焊接效果一致性较差。
由于塑料内胆较长，由注塑拔模斜度影响的壁厚差异较大，注塑拔模根部的壁厚通常大于8mm,造成存储高压氢气对大壁厚区域的材料较多的渗入和较大的溶胀，造成容器泄压时材料内部的氢气渗出而破坏塑料材料的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高压复合储氢瓶的焊接塑料内胆结构及成型工艺，以解决现高压储氢瓶焊接面的焊接效果一致性较差，并且注塑拨模根部壁厚，导致存储高压氢气对大壁厚区域的材料较多的渗入和较大的溶胀，造成容器泄压时材料内部的氢气渗出而破坏塑料材料的问题。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高压复合储氢瓶的焊接塑料内胆结构，包括两个注塑端部及中间的注塑筒身，两个注塑端部分别焊接于注塑筒身的两端，且两个注塑端部的轴向长度相同且为注塑筒身轴向长度的一半。
进一步的，塑料内胆的塑料壳体材料为热塑性塑料。
进一步的，所述热塑性塑料为PA、PE、PPA、PPS、聚酯、PP、POM或EVOH中的一种。
进一步的，塑料内胆的塑料壳体包括多层热塑性材料，且至少在一个相邻两层热塑料材料之间设置有气体阻隔层。
一种高压复合储氢瓶的焊接塑料内胆的成型工艺，包括以下步骤：
S1、通过注塑工艺注塑筒身，在注塑筒身注塑完成后，从注塑筒身的中间采用内侧双向分模方式拨模；
S2、在经过设定的第一拨模斜度拨模后，在注塑筒身的两端形成设定的第一焊接结构；
S3、注塑端部采用内侧单向拨模，经过第二拨模斜度拨模后，在注塑端部形成设定的第二焊接结构，且第二焊接结构与第一焊接结构相对应的表面相配合形成焊接面；
S4、采用焊接工艺对焊接面形成焊接密封；
S5、焊接完成后，通过机加工方式，去除焊接后的多余材料。
进一步的，第一拨模斜度与第二拨模斜度相同均为0.3°。
进一步的，第一焊接结构与第二焊接结构不相同。
进一步的，焊接工艺为激光焊接、红外焊接、超声波焊接或摩擦焊接。
本发明的有益效果是：
此设计的结构和工艺，易于焊接特征的实现，以便提高焊接质量；易于降低内胆壁厚，以便提高塑料内胆的容积。另外，此结构由注塑拔模斜度影响的壁厚差异最小，以避免存储高压氢气对高壁厚材料的较多的渗入和较大的溶胀，造成容器泄压时材料内部的氢气渗出而破坏塑料材料的问题。
附图说明
图1为现技术储氢瓶塑料内胆焊接结构示意图；
图2为焊接面结构示意图；
图3为本发明注塑筒身拨模示意图；
图4为本发明注塑筒身两端部结构示意图；
图5为注塑端部拨模示意图；
图6为注塑端部的一端结构示意图；
图7为注塑端部与注塑筒身配合示意图；
图8为焊接完成后，机加工去除多余材料示意图。
附图标记说明
01、焊接面，02、注塑端部，03、挤塑筒身，04、焊接面特征，1、注塑筒身，2、注塑端部，3、焊接面，4、塑料内胆外侧面，5、塑料内胆内侧面，6、多余材料，11、第一焊接结构，21、第二焊接结构。
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至图8所示，本申请提供一种高压复合储氢瓶的焊接塑料内胆结构，包括两个注塑端部2及中间的注塑筒身1，两个注塑端部分别焊接于注塑筒身的两端，且两个注塑端部的轴向长度相同且为注塑筒身轴向长度的一半。上述的焊接密封结构，使得高压复合容器的塑料内胆具有优异的焊接密封性能。
本申请的塑料内胆的塑料壳体，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，同时塑料壳体也可以采用如上材料的多层结构(含气体阻隔层)，防止氢气分子等承载气体小分子从材料的渗透。
本申请的注塑筒身，采用注塑工艺注塑制备，在注塑完成后，从注塑筒身的中间内侧向两侧拨模，并且在经过设定的第一拨模斜度，本申请优选为0.3°左右，在注塑筒身的两端形成所需要的复杂的第一焊接结构或者焊接夹持结构11。
注塑筒身和注塑端部的长度设置，由于注塑端部内侧采用单向拨模，注塑筒身采用内侧双向拨模，因此共有4个拨模方向，为尽可能保持拨模斜度对壁厚不均匀的影响，每个拨模方向的长度均为塑料内胆轴向长度的1/4，因此，以储氢瓶塑料内胆的轴向长度为1.6米为例，则注塑筒身的轴向长度为0.8米，注塑端头的轴向长度为0.4米，此时由拨模斜度影响的壁厚差异最小，为0.4m×Tg0.3°＝2.1mm，所以，如果焊接部位的主体壁厚设置为3.5mm，则每处拨模根部的壁厚为3.5mm+2.1mm＝5.6mm，壁厚小于一般要求的8mm，即可以避免存储高压氢气对大壁厚区域的材料较多的渗入和较大的溶胀，造成容器泄压时材料内部的氢气渗出而破坏塑料材料的问题。
具体的，注塑端部2的模具从一侧拨模，经过设定的第二拨模斜度，本申请优选为0.3°，形成注塑端部一侧所需要的第二焊接结构21。
为了避免由于注塑所需拨模斜度的原因，形成注塑端部或者注塑筒身较大的壁厚不均匀。
将注塑端部的第二焊接结构与注塑筒身端部的第一焊接结构进行匹配，并且相对的表面形成焊接面3，使得在焊接面的圆周方向能够提前形成两者之间良好的匹配定位，然后实施焊接工艺，形成两者之间良好的焊接密封效果。在本申请中，塑料内胆的焊接工艺可以采用激光焊接、红外焊接、超声波焊接或摩擦焊接中的任一种。
焊接完成后，再通过机加工方式，比如切削工艺，去除焊接特征的多余材料6，使得塑料内胆外侧面4形成光滑尔圆面，满足高压复合氢气瓶后序的纤维缠绕所需的塑料内胆表面要求。
通过以上工艺制备的储氢瓶的塑料内胆，在使用过程中，阻止了承载的高压气体介质泄漏,确保了高压容器使用的安全性，同时节约了能源，保护了环境。
此结构由注塑拔模斜度影响的壁厚差异最小，以避免存储高压氢气对高壁厚材料的较多的渗入和较大的溶胀，造成容器泄压时材料内部的氢气渗出而破坏塑料材料的问题。
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)

1.一种高压复合储氢瓶的焊接塑料内胆结构，其特征在于，包括两个注塑端部及中间的注塑筒身，两个注塑端部分别焊接于注塑筒身的两端，且两个注塑端部的轴向长度相同且为注塑筒身轴向长度的一半。
2.根据权利要求1所述的高压复合储氢瓶的焊接塑料内胆结构，其特征在于，塑料内胆的塑料壳体材料为热塑性塑料。
3.根据权利要求2所述的高压复合储氢瓶的焊接塑料内胆结构，其特征在于，所述热塑性塑料为PA、PE、PPA、PPS、聚酯、PP、POM或EVOH中的一种。
4.根据权利要求2所述的高压复合储氢瓶的焊接塑料内胆结构，其特征在于，塑料内胆的塑料壳体包括多层热塑性材料，且至少在一个相邻两层热塑料材料之间设置有气体阻隔层。
5.一种高压复合储氢瓶的焊接塑料内胆的成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过注塑工艺注塑筒身，在注塑筒身注塑完成后，从注塑筒身的中间采用内侧双向分模方式拨模；
S2、在经过设定的第一拨模斜度拨模后，在注塑筒身的两端形成设定的第一焊接结构；
S3、注塑端部采用内侧单向拨模，经过第二拨模斜度拨模后，在注塑端部形成设定的第二焊接结构，且第二焊接结构与第一焊接结构相对应的表面相配合形成焊接面；
S4、采用焊接工艺对焊接面形成焊接密封；
S5、焊接完成后，通过机加工方式，去除焊接后的多余材料。
6.根据权利要求5所述的高压复合储氢瓶的焊接塑料内胆的成型工艺，其特征在于，第一拨模斜度与第二拨模斜度相同均为0.3°。
7.根据权利要求5所述的高压复合储氢瓶的焊接塑料内胆的成型工艺，其特征在于，第一焊接结构与第二焊接结构不相同。
8.根据权利要求5所述的高压复合储氢瓶的焊接塑料内胆的成型工艺，其特征在于，焊接工艺为激光焊接、红外焊接、超声波焊接或摩擦焊接。
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