CN115091732B - 一种复合成型的99MPa级加氢站用储氢容器制法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种复合成型的99MPa级加氢站用储氢容器制法，通过旋压收口、热处理、螺纹加工得到符合设计要求的钢质内衬，并对筒身段及瓶肩圆弧过渡段表面通过热固性树脂实现纤维材料包络固化形成复合层的工艺，其步骤包括对钢质内衬进行表面处理，调配热固性树脂体系并使其保持状态，预缠绕聚酯表面毡和作为隔离内层的第一玻璃纤维层，预制纤维复材单向布，并在隔离内层上分层制作增强纤维层，缠绕作为保护层的第二玻璃纤维层，再固化及整形处理。该钢质内衬热处理性能稳定，而环向缠绕有利于成倍提升纤维强度的发挥率，在降低纤维用量的同时提升缠绕效率，并使成品容器的容积达500L以上、承压可达100MPa。

Description

一种复合成型的99MPa级加氢站用储氢容器制法

技术领域

本发明涉及大容量高压储气设备制造领域，尤其涉及一种500L以上、99MPa级加氢站用储氢容器的环向缠绕复合壳层加工制造方法。

背景技术

目前，全球双碳计划“碳中和”、“碳达标”实施，促进了新能源技术的发展；而发展氢能成为全球共识，特别是在氢能源的技术突破方向上，储氢容器向着大容积、高容压的方向发展。

高压储氢是加氢站的主要储氢方式，按照氢气的加注压力分为35MPa和70MPa两类，国内大部分在用和再建加氢站是35MPa，储氢容器一般设计压力为50MPa，其结构是单层旋压无缝钢管制造。

国内99MPa级站用储氢容器设计压力一般为87.5MPa、98MPa、103MPa，通常采用不锈钢多层包扎式容器，如钢带错绕式和层板包扎式，也有探索采用单层旋压无缝钢管制造和钢质内衬碳纤维全螺旋缠绕结构等。

其中目前的不锈钢多层包扎焊接成型制造方式存在机械自动化程度、产品质量一致性不高等问题，批量生产效率不高；而如果采用单层旋压无缝钢管旋压制造100MPa储氢容器，需要增加容器容积和容器的承载能力，设计容器的壁厚会很厚，带来了一系列的技术难题。首先遇到的技术瓶颈是大容积无缝钢管轧制过程的均质问题，热处理设备及工艺上无法完全保证钢瓶厚度方向上全部淬透，导致临氢环境下裂纹扩展太快，极易造成氢脆现象的产生；而旋压设备的热旋压工艺难度增大，因此这种结构对大型设备加工能力提出了更大的挑战。

若采用钢质内衬纤维螺旋全缠绕方式制造，虽解决了钢内衬材料和工艺方面的问题，但全缠绕大容积储氢容器所需设备要求高，且缠绕1只500L-1000L的容器时间超过6小时，效率非常低下。因缠绕时间过长导致所用树脂体系在缠绕过程中极易出现非正常固化，影响产品制造质量。

发明内容

鉴于上述现有技术的需求，本发明的目的旨在提出一种复合成型的99MPa级加氢站用储氢容器制法，以提高气瓶产品的容积、容重比和承压能力。尤其是制得一种500L以上、设计压力接近100MPa的储氢容器。

本发明实现上述目的的技术解决方案是，一种99MPa级加氢站用储氢容器的制法，基于旋压成型的钢质内衬并对其表面通过纤维包络和热固性树脂固化成型用于增加结构强度的复合层，其特征在于包括步骤：

S1、通过旋压收口、热处理、螺纹加工得到符合设计要求的钢质内衬，所述钢质内衬的筒身段壁厚均匀且经旋压收口自筒身两端边缘至瓶口渐变增厚；

S2、配制环氧树脂、酸酐类固化剂体系的热固性树脂胶液，通过搅拌充分混合后利用水浴加热使胶液在20℃~60℃的范围内保温；

S3、在钢质内衬的外表面通过先涂抹一层胶液、后螺旋环向缠绕聚酯表面毡、再在表面均匀刷胶浸润聚酯表面毡的方式，打底包裹钢质内衬的筒身段及瓶肩圆弧过渡段，其中聚酯表面毡螺旋搭接的重叠宽度为10~20mm；

S4、在聚酯表面毡上制作第一玻璃纤维层，根据筒身段的长度设置缠绕参数，经浸胶的玻璃纤维束带沿钢质内衬轴向往复式地螺旋环向缠绕，形成覆盖范围介于两侧瓶肩的隔离内层；

S5、预制纤维复材单向布，并在隔离内层上分层制作增强纤维层：

S51、根据第一玻璃纤维层覆盖范围以逐层尺寸递减的方式调整缠绕参数，经浸胶的纤维复材在小于第一玻璃纤维层覆盖范围内往复环向缠绕形成的复数层环向纤维层；

S52、选用幅宽匹配的纤维复材单向布，紧绷贴敷于已完成的环向纤维层表面并全覆盖筒身段外周，再刷胶使纤维复材单向布浸润，且纤维复材单向布的长度短于所包裹环向纤维层的包络范围；

S53、根据预设定的铺敷层数和铺敷间隔重复执行S51、S52，并保持最外层为环向纤维层，直至达到增强纤维层的厚度要求；

S6、在最外层环向纤维层上制作第二玻璃纤维层，根据筒身段的长度再次调整缠绕参数，经浸胶的玻璃纤维束带沿钢质内衬轴向往复式地螺旋环向缠绕，形成覆盖范围与第一玻璃纤维层相一致的保护层；

S7、将缠绕好复合层的钢质内衬置入固化炉中烘干、固化，并作整形处理。

上述储氢容器制法，进一步地，S1中通过增加保温枪延缓加热段钢管的热量散失，且所述旋压收口通过加入反旋道次，将筒身两端边缘至瓶口圆滑过渡、渐变增厚；所述热处理采用全浸入式双面淬火方法。

上述储氢容器制法，进一步地，S3之前还包括对钢质内衬的内外表面做喷丸处理。

上述储氢容器制法，进一步地，S4所制作的隔离内层和S6所制作的保护层的缠绕范围均超出S5所制作的增强纤维层的缠绕范围5mm以上。

上述储氢容器制法，进一步地，S51中的纤维复材为强度3000MPa以上纤维纱，且采用多股混纱进行缠绕。

上述储氢容器制法，进一步地，S51中还包括过对筒身至瓶肩的圆弧过渡段阶梯式增强处理，所述纤维复材的包络长度超出筒身段且小于第一玻璃纤维层覆盖范围，且对应往复环向缠绕在靠近两侧圆弧过渡段增加若干个长度参差的子往返。

上述储氢容器制法，进一步地，S7在固化炉中按80℃三小时、90℃一小时、100℃一小时、110℃一小时、120℃一小时、130℃一小时、140℃三小时且升温速率每分钟1.5℃的阶梯控温方式固化复合层。

上述储氢容器制法，进一步地，S7之后还包括在复合层表面均匀涂刷耐紫外线腐蚀的光固化树脂。

应用本发明该复合成型储氢容器制法的技术解决方案，其所带来的技术效果：

1）、较之于单层钢质加氢容器，该钢质内衬纤维复材环向缠绕的储氢容器能实现减少壁厚40%，提升钢质内衬热处理性能的一致性、稳定性及同外形尺寸下的储氢量，更有利于大幅降低临氢环境下钢质内衬的裂纹扩展速度。

2）、通过纤维复材环向缠绕钢质内衬，有利于改善传统全缠绕的纤维强度发挥率，使之成倍提升，从而提高储氢容器的成品质量及稳定性。

3）、采用钢质内衬环向缠绕纤维的储氢容器制法，工艺成熟，适于多规格、批量设计、连续自动化生产；较之于以全缠绕方式制得的储氢容器，在相同外形尺寸下，其中增强纤维层的缠绕效率可提升50%以上，扩大了缠绕所用树脂体系的可选范围，有利于大幅降低制造成本。

附图说明

图1是本发明加氢站用储氢容器的中心轴剖结构示意图。

图2是图1所示储氢容器右上角局部放大的细节结构示意图。

图3是本发明复合成型的99MPa级加氢站用储氢容器制法的工艺流程图。

具体实施方式

以下便结合图示，对本发明的具体实施结构作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，从而对本发明的保护范围做出更为清晰的界定。

本发明拟优化复合结构，以提高气瓶产品的容积、容重比和承压能力，获得一种500L以上，设计压力接近100MPa的钢质内衬储氢容器，可用于99MPa级加氢站进行高压稳态储氢。

如图1和图2所示，是本发明制法所得储氢气瓶优选实施例的成品中心轴剖结构和局部放大的细节结构图示。该种复合成型的99MPa级加氢站用储氢容器，包括钢质内衬1及其表面通过纤维包络和热固性树脂固化成型、增加结构强度的复合层2。其关键的技术革新在于：该钢质内衬1的筒身段11壁厚均匀且自筒身两端边缘至瓶肩12、瓶口13渐变增厚，而该复合层2仅成型于钢质内衬的筒身段11及瓶肩圆弧过渡段12a表面，且复合层2由内及表依次设为聚酯表面毡21、第一玻璃纤维层22、环向缠绕夹杂纵向补强的增强纤维层23和第二玻璃纤维层24。

结合图示从两方面具体来理解该结构优化，其一方面关于钢质内衬，其材料选用与氢气相容性较好的铬钼钢4130X，具有强度高，韧性好，耐氢脆性能。该旋压成型后的钢质内衬的尺寸数据为直径485mm、长度4000mm和容积500L，从图1所示可见，该钢质内衬通过工艺改良成型为筒身段11的均匀壁厚d₁，且自筒身两端边缘与瓶肩圆弧过渡段逐渐增厚，设瓶肩处平均壁厚为d₂，且d₂＞d₁。这么设计及改良所可以确认的原理是：首先由于站用储氢容器长度较长，因而其瓶口、瓶肩的长度尺寸小于筒身段长度不止一点，因而对筒身段壁厚的减薄必然地相对瓶肩、瓶口处壁厚的减薄更具有实用性，减重比率更大。其次为了保障储氢容器的承压能力，壁厚与耐压级别属于正比例对应关系。对于储氢容器的筒身段而言，其内衬的壁厚需要均匀化设置，以避免出现压力集中聚集之处，而符合对储氢容器强度的设计要求。

其二方面关于以钢质内衬为基础包络固化成型的复合层。区别于现有技术覆盖至瓶口、瓶肩、瓶身的纤维全缠绕复合壳层结构（以下简称全缠），该复合层主要针对筒身段进行复合并小幅覆盖瓶肩圆弧过渡段；而且取而代之的是，各分层基本采用的是螺旋环向的缠绕结构（以下简称环缠）。这么设计及改良所可以确认的原理是：首先，缩减了纤维缠绕复合的瓶身表面区域，在同等成型厚度的前提下，能明显减低纤维材料的用量；再者，现有公开的全缠为往复纵向缠绕所形成的纵向纤维层，且该种纵向缠绕为了顺应瓶肩过渡段的圆弧包覆防滑要求，需要具有一定的倾斜角度，通常为48°~65°，由该倾斜角度也必然带来纤维强度发挥的折扣，只能以增加缠绕层数进行强度弥补。最后，由于大容积站用储氢容器长度较长，为降低挠度过大导致复合材料承受过大弯矩，采用该复合层中在整个筒体直线段内铺设若干层纤维复材单向布，用以增强复合层的纵向刚度，预防复合层长期使用过程中开裂。

为获得以上结构改良并且性能提升的储氢容器，本发明在传统同类产品制造工艺的基础上提出了相应环节的诸多优化调整，以实现储氢容器低成本、较高成型效率、较高性能一致性及批量规模制造的技术解决方案。其概述的制法为基于旋压成型的钢质内衬并对其表面通过纤维包络和热固性树脂固化成型用于增加结构强度的复合层，包括以下步骤。

S1、通过旋压收口、热处理、螺纹加工得到符合设计要求的钢质内衬，所述钢质内衬的筒身段壁厚均匀且经旋压收口自筒身两端边缘至瓶口渐变增厚。

S2、配制环氧树脂、酸酐类固化剂体系的热固性树脂胶液，通过搅拌充分混合后利用水浴加热使胶液在20℃~60℃的范围内保温。

S3、在钢质内衬的外表面通过先涂抹一层胶液、后螺旋环向缠绕聚酯表面毡、再在表面均匀刷胶浸润聚酯表面毡的方式，打底包裹钢质内衬的筒身段及瓶肩圆弧过渡段，其中聚酯表面毡螺旋搭接的重叠宽度为10~20mm。

S4、在聚酯表面毡上制作第一玻璃纤维层，根据筒身段的长度设置缠绕参数，经浸胶的玻璃纤维束带沿钢质内衬轴向往复式地螺旋环向缠绕，形成覆盖范围介于两侧瓶肩的隔离内层。

S5、预制纤维复材单向布，并在隔离内层上分层制作增强纤维层：

S51、根据第一玻璃纤维层覆盖范围以逐层尺寸递减的方式调整缠绕参数，经浸胶的纤维复材在小于第一玻璃纤维层覆盖范围内往复环向缠绕形成的复数层环向纤维层；

S52、选用幅宽匹配的纤维复材单向布，紧绷贴敷于已完成的环向纤维层表面并全覆盖筒身段外周，再刷胶使纤维复材单向布浸润，且纤维复材单向布的长度短于所包裹环向纤维层的包络范围；

S53、根据预设定的铺敷层数和铺敷间隔重复执行S51、S52，并保持最外层为环向纤维层，直至达到增强纤维层的厚度要求。

S6、在最外层环向纤维层上制作第二玻璃纤维层，根据筒身段的长度再次调整缠绕参数，经浸胶的玻璃纤维束带沿钢质内衬轴向往复式地螺旋环向缠绕，形成覆盖范围与第一玻璃纤维层相一致的保护层。

S7、将缠绕好复合层的钢质内衬置入固化炉中烘干、固化，并作整形处理。

为理解该储氢容器制造方法的实用性，以下结合图3所示分别对各步骤及其前后未提及的工艺细节做详细的介绍（但工艺流程中常规且偏低重要性的环节省略描述）。

首先是制造前的设计环节，参照相关标准输入热处理强度保证值、爆破强度等安全设计系数，设计钢质内衬壁厚、形状尺寸等，采用复合材料设计准则及纤维复合材料性能及设计安全系数进行纤维铺层设计，通过有限元分析方法计算各工况下的各材料层应力、应变状态，结合疲劳分析模型及材料性能确认设计。

接着是钢质内衬制作，选用符合设计要求壁厚、材质的钢管，保证内表面粗糙度符合要求。按照特定工艺要求，通过旋压收口、热处理、螺纹加工等工序得到符合设计要求的内衬。其中旋压收口通过增配保温补热枪数量并提高火焰强度，以延缓热旋压过程中钢管加热段的热量散失，保证厚壁旋压的热塑性。同时设计厚壁钢管旋压收口程序，即加入反旋道次，将筒身与封头过渡处实现圆滑过渡并逐渐增厚，抵消常规正旋工艺导致的筒身与封头过渡处的减薄，保证了壁厚从筒身段到瓶口渐变增厚，整个旋压封头无承压薄弱环节。

其中热处理通过对原淬火机构的改造，增加内外两个喷淋单元、弹簧压紧机构、变频旋转机构，结合全浸入式的淬火方式使得产品能够在淬火槽内平稳、匀速、快速、全方位进行冷却。产品工艺从原来外表面淬火改为内外表面同时淬火，提高了淬火效率；结合对工艺温度的分段控制、加热时间和温度的匹配、淬火液冷却速度的选型，让性能指标符合设计要求，筒体性能均匀性得到有效保证。而该部分及此后的螺纹加工均非本申请的重点，故省略对工艺参数及具体制备过程的详述。为了更好地提升该钢质内衬配合后续的缠绕工艺及成品使用寿命提升，在热处理后还可对其内外表面作喷丸处理（与图3工艺流程图中所示“抛丸”的含义相同），并在钢质内衬外表面进行防锈、防腐处理。

继而是胶液的预制备，采用环氧树脂/酸酐类固化剂体系，为保证胶液的流动性以及足够长的操作时间，需要控制胶液温度。混合前对树脂进行烘烤，保证流动性，有利于配比时称量和配兑后胶液温度满足工艺要求，配比完成后高速搅拌，使其充分混合，加入胶槽后，全程开启水浴加热，保证胶液温度控制在20℃~60℃范围内。

再者是该制法优化的核心要点，即复合层的成型过程。根据该复合层的结构组成特点，其必然地需要从钢质内衬表面向外依次包络成型。

从防电化学腐蚀层的层面考虑，该复合层包括聚酯表面毡和隔离内层两部分的顺序铺敷。具体地，在钢质内衬（以下简称内衬）筒身段及瓶肩圆弧过渡段均匀涂抹一层胶液；根据内衬规格和聚酯表面毡的幅宽，剪切合适长度后一端贴敷在内衬表面，调整好缠绕角度后开启缠绕机、让内衬反转，使聚酯表面毡螺旋铺敷在内衬表面。为保证全方位覆盖不露底，控制螺旋搭接部位重叠宽度为10mm-20mm之间。全部覆盖完成后去除两端多余部分，再在表面均匀刷胶、浸润聚酯表面毡。需要明确的是，该聚酯表面毡的铺敷范围须大于之后增强纤维层（以碳纤维为优选实施）的缠绕范围。该铺敷聚酯表面毡更有利于内衬向复合层传递载荷，同时也具备防电化学腐蚀的作用。

在聚酯表面毡成型基础上，根据内衬直线段长度设定缠绕程序，在聚酯表面毡上沿内衬轴向往复式地螺旋环向缠绕经浸胶的玻璃纤维束带，将聚酯表面毡均匀覆盖。该第一玻璃纤维层的缠绕范围比增强纤维层长5mm以上，形成覆盖范围介于两侧瓶肩的隔离内层，进一步起到防止电化学腐蚀的作用。

从增强筒身段及瓶肩圆弧过渡段的结构强度层面考虑，该复合层基于隔离内层进一步包括环向纤维层231的缠绕和纵向补强层232的包裹。具体地，以强度3000MPa以上碳纤维纱作为增强纤维层的纤维复材，且采用多股混纱进行缠绕。以环缠为主要成型方式设定工艺参数，缠绕过程通过控制缠绕起点和缠绕长度，保证同时满足三个条件：其一，碳纤维缠绕不能出现不到边现象，保证应被增强的位置得以全部包络；其二，碳纤维缠绕长度不能超出内部缠绕的第一玻璃纤维层，保证缠绕完碳纤维后仍然能看到隔离内层在两端各露出5mm左右；其三，缠绕碳纤维不出现滑沙，因此每层递减一定尺寸，防止滑纱。

通常，对于内衬筒身段与瓶肩圆弧过渡段是结构薄弱位置，针对此处采用补强设计。即缠绕过程控制缠绕长度，使碳纤维包络范围超出筒身段一段距离，以保证对过渡段进行增强。需要强调的是，上述第一玻璃纤维层超出筒身段的距离更长。除此之外，两端分别再增加若干个短往返和若干个长往返（可理解为长度参差的子往返）进行缠绕，成型为局部厚度d向两端阶梯式增厚的补强段231a。所成型的包络效果如图2所示，即随图示箭头自筒身段11至瓶肩圆弧过渡段12a逐渐增厚，并在瓶肩圆弧过渡段12a所在范围满足以上其三的缠绕要求。以此保证弥补工艺包络可能存在差异的同时，将容器的薄弱点转移至筒身段中部，让爆破试验的裂口统一出现在筒身中部。

由于容器长度较长、挠度大，为减少弯矩对复合层的影响，避免纵向断裂，在碳纤维缠绕过程中增加纵向补强层。即根据瓶身直径选用若干张幅宽合适的碳纤维单向布，水平拉直、紧绷贴敷于筒身直线段，要求碳纤维单向布的纤维方向平行于轴线方向，铺敷碳纤维单向布时需将整个筒身段全覆盖，每张布有重叠，铺敷完成后裁剪多余部分，以保证比隔离内层端部短一定距离，刷胶浸润后继续缠绕纤维复材将其覆盖。铺敷层数和铺敷间隔层数依据产品型号和设计确定。

从对增强纤维层的保护层面考虑，该复合层最表层还包括铺敷第二玻璃纤维层所成型的保护层。为防止搬运、使用过程中可能出现磕碰、擦伤，破坏增强纤维层性能，在增强限位层上再缠绕若干层玻璃纤维。通过设定缠绕程序，从最接近内衬表面及隔离内层边缘处起向上逐层缠绕，且缠绕的往返长度顺应上述环向纤维层防滑沙而递减的尺寸逐渐收敛，直至让所缠绕的玻璃纤维将增强纤维层完全覆盖，从而起到保护作用。

然后是该制法优化的又一核心要点，即复合层固化。由于缠绕层厚度较厚，复合层导热系数低；另外钢质内衬壁厚较厚，加热过程存在吸热，导致固化制品内部实际温度上升缓慢，易产生制品固化效率低且固化质量异常的问题。通过改良固化工艺的规程细节，有利于提升效率的同时避免气泡、固化不完全、表面泛黄等不良固化结果。经过试验验证和固化时温度曲线测试，发现固化升温阶段，固化制品表面温度滞后于炉膛温度一定时间，且温度差异较大；再关注到复合层传热系数小的特性，采用多梯度、长时间的固化制度。根据对比固化时炉膛与制品表面测温曲线，通过实验验证，对炉膛实施80℃维持三小时，90℃、100℃、110℃、120℃、130℃各维持一小时，140℃再维持三小时的阶梯控温方式，其中每阶段的升温速率均按每分钟1.5℃设定，保证炉温均匀性。特别地，上述设定值与实际炉膛的温差不超过±5℃。而当固化完成后需缓慢降温至80℃以下后再出炉，避免急剧冷却收缩，造成纤维断裂。

最后是该钢质内衬及复合层一体成型的后处理作业，其一为按照设计阶段计算的自紧压力和保压时间进行自紧处理，使复合层对钢质内衬产生预紧力，有利于提升其疲劳性能。然后再按照规定的水压试验压力和保压时间进行水压测试，检测成品是否符合耐压指标。其二，采用氦检仪进行氦检漏和涂液法两者结合的方式进行气密性测试，充气压力达到要求后，按标准测试要求获得测试结果，检测成品是否符合气密性要求。其三，对复合层表面进行打磨等修正操作，再选用耐紫外线腐蚀的光固化树脂25，均匀涂刷于复合层表面，通过光固化灯照射使其快速固化，从而起到防止紫外线腐蚀对复合层产生降解破坏、影响性能的保护作用。其具体采用环氧类的UV光固化树脂，加入适量的环氧紫外光吸收剂和抗黄变剂，利用UV LED灯进行光固化。其四，钢质内衬的内壁处理完成后装接工艺堵头，而后按照规定的压力进行氮气置换，即对储氢容器的内腔抽真空后充氮气，对容器内壁起到保护作用。

将采用本发明制法生产完成的高压储氢容器进行水压爆破试验：以水为加压介质，逐渐升压至容器失效。试验过程中确保压力测量装置监测真实的容器内压力，当升压速率超过0.35MPa/s时，在最小设计爆破压力下保压5s后，再继续加压直至爆破。实际爆破压力超过最小设计爆破压力5%。爆破后无碎片，保持一个整体，主破口起始于容器的筒体部位，且呈现塑性断裂，即断口边缘有明显的剪切唇。

综上关于本发明复合成型的99MPa级加氢站用储氢容器制法结合图示的实施例详述可见，本方案具备突出的实质性特点和显著的进步性，逐条说明如下。

1）、较之于单层钢质加氢容器，该钢质内衬纤维复材环向缠绕的储氢容器能实现减少壁厚40%，提升钢质内衬热处理性能的一致性、稳定性及同外形尺寸下的储氢量，更有利于大幅降低临氢环境下钢质内衬的裂纹扩展速度。

2）、通过纤维复材环向缠绕钢质内衬，有利于改善传统全缠绕的纤维强度发挥率，使之成倍提升，从而提高储氢容器的成品质量及稳定性。

3）、采用钢质内衬环向缠绕纤维的储氢容器制法，工艺成熟，适于多规格、批量设计、连续自动化生产；较之于以全缠绕方式制得的储氢容器，在相同外形尺寸下，其中增强纤维层的缠绕效率可提升50%以上，扩大了缠绕所用树脂体系的可选范围，有利于大幅降低制造成本。

除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种复合成型的99MPa级加氢站用储氢容器制法，基于旋压成型的钢质内衬并对其表面通过纤维包络和热固性树脂固化成型用于增加结构强度的复合层，其特征在于包括步骤：

S1、通过旋压收口、热处理、螺纹加工得到符合设计要求的钢质内衬，所述钢质内衬的筒身段壁厚均匀且经旋压收口自筒身两端边缘至瓶口渐变增厚；

S2、配制环氧树脂、酸酐类固化剂体系的热固性树脂胶液，通过搅拌充分混合后利用水浴加热使胶液在20℃~60℃的范围内保温；

S3、在钢质内衬的外表面通过先涂抹一层胶液、后螺旋环向缠绕聚酯表面毡、再在表面均匀刷胶浸润聚酯表面毡的方式，打底包裹钢质内衬的筒身段及瓶肩圆弧过渡段，其中聚酯表面毡螺旋搭接的重叠宽度为10~20mm；

S4、在聚酯表面毡上制作第一玻璃纤维层，根据筒身段的长度设置缠绕参数，经浸胶的玻璃纤维束带沿钢质内衬轴向往复式地螺旋环向缠绕，形成覆盖范围介于两侧瓶肩的隔离内层；

S5、预制纤维复材单向布，并在隔离内层上分层制作增强纤维层：

S51、根据第一玻璃纤维层覆盖范围以逐层尺寸递减的方式调整缠绕参数，经浸胶的纤维复材在小于第一玻璃纤维层覆盖范围内往复环向缠绕形成的复数层环向纤维层，其中包括对筒身至瓶肩的圆弧过渡段阶梯式增强处理，所述纤维复材的包络长度超出筒身段且小于第一玻璃纤维层覆盖范围，且对应往复环向缠绕、在靠近两侧圆弧过渡段增加若干个长度参差的子往返进行缠绕，成型为自筒身段至瓶肩圆弧过渡段阶梯式增厚的补强段；

S52、选用幅宽匹配的纤维复材单向布，紧绷贴敷于已完成的环向纤维层表面并全覆盖筒身段外周，再刷胶使纤维复材单向布浸润，且纤维复材单向布的长度短于所包裹环向纤维层的包络范围；

S53、根据预设定的铺敷层数和铺敷间隔重复执行S51、S52，并保持最外层为环向纤维层，直至达到增强纤维层的厚度要求；

S6、在最外层环向纤维层上制作第二玻璃纤维层，根据筒身段的长度再次调整缠绕参数，经浸胶的玻璃纤维束带沿钢质内衬轴向往复式地螺旋环向缠绕，形成覆盖范围与第一玻璃纤维层相一致的保护层；

S7、将缠绕好复合层的钢质内衬置入固化炉中烘干、固化，并作整形处理，其中固化炉中按80℃三小时、90℃一小时、100℃一小时、110℃一小时、120℃一小时、130℃一小时、140℃三小时且升温速率每分钟1.5℃的阶梯控温方式固化复合层，在完成固化的复合层表面均匀涂刷耐紫外线腐蚀的光固化树脂。

2.根据权利要求1所述复合成型的99MPa级加氢站用储氢容器制法，其特征在于：S1中通过增加保温枪延缓加热段钢管的热量散失，且所述旋压收口通过加入反旋道次，将筒身两端边缘至瓶口圆滑过渡、渐变增厚；所述热处理采用全浸入式双面淬火方法。

3.根据权利要求1所述复合成型的99MPa级加氢站用储氢容器制法，其特征在于：S3之前还包括对钢质内衬的内外表面做喷丸处理。

4.根据权利要求1所述复合成型的99MPa级加氢站用储氢容器制法，其特征在于：S4所制作的隔离内层和S6所制作的保护层的缠绕范围均超出S5所制作的增强纤维层的缠绕范围5mm以上。

5.根据权利要求1所述复合成型的99MPa级加氢站用储氢容器制法，其特征在于：S51中的纤维复材为强度3000MPa以上纤维纱，且采用多股混纱进行缠绕。

Images