CN115355439B - 一种车用高压气瓶的铺层方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车用高压气瓶铺层方法，所述车用高压气瓶包括内胆和复合缠绕层，所述复合缠绕层缠绕于所述内胆外表面，包括所述复合缠绕层包括碳纤维缠绕层和玻璃纤维缠绕层，其中，所述碳纤维缠绕层由T700级碳纤维分别沿瓶体环向和纵向交替缠绕而成，所述玻璃纤维层由玻璃纤维沿瓶体环向缠绕于所述碳纤维。绕层，构成所述复合缠绕层的最外层；所述复合缠绕层最小厚度为16.55mm本发明突破了低强度T700级碳纤维制造高压氢气瓶，角度铺层更加合理，纵向受力比环向受力1.3倍，解决爆破位置在瓶口与瓶肩的技术问题，环向缠绕两端提高覆盖率，使爆破位置破口在瓶体中间位置。

Description

一种车用高压气瓶的铺层方法
技术领域
本发明涉及高压气瓶领域，尤其涉及一种车用高压气瓶的铺层方法。
背景技术
随着清洁能源的发展，氢燃料电池技术也得到了飞速的发展。作为储氢系统中的主要部件，车用压缩氢气内胆碳纤维全缠绕气瓶(以下简称储氢气瓶)具有质量轻、容积大、压力高等优点。目前车用储氢气瓶的充装压力已达到35MPa。70MPa以上氢气瓶使用高强度T800级别的碳纤维全缠绕。现有35MPa氢气瓶的缠绕线型排布、缠绕角度无法承受工作压力为70MPa的氢气瓶，达不到气瓶更好的受力，满足不了气瓶的爆破压力、爆破位置，疲劳次数。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提出一种车用高压气瓶的铺层方法，以使气瓶更好的受力，满足气瓶的爆破压力、爆破位置及疲劳次数的要求。
为实现以上目的，本发明所采用的技术方案包括：
一种车用高压气瓶的铺层方法，所述车用高压气瓶包括内胆和复合缠绕层，所述复合缠绕层缠绕于所述内胆外表面，包括：
所述复合缠绕层包括碳纤维缠绕层和玻璃纤维缠绕层，其中，所述碳纤维缠绕层由T700级碳纤维分别沿瓶体环向和纵向交替缠绕而成，所述玻璃纤维缠绕层由玻璃纤维沿瓶体环向缠绕于所述碳纤维缠绕层，构成所述复合缠绕层的最外层；所述复合缠绕层最小厚度为16.55mm。
进一步地，所述碳纤维缠绕层由T700级碳纤维分别沿瓶体环向和纵向交替缠绕而成包括：所述碳纤维缠绕层第一层由T700级碳纤维沿瓶体环向缠绕，其中，将瓶体两端进行增厚缠绕。
进一步地，所述T700级碳纤维沿瓶体环向缠绕时，以与瓶体母线呈85°至90°的方式进行缠绕。
进一步地，所述碳纤维缠绕层中沿瓶体环向缠绕的层数由内到外共八层，其中，第一层至第四层分别由四个子层构成，第五层至第七层分别由两个子层构成，第八层由一个子层构成。
进一步地，所述碳纤维缠绕层中沿瓶体纵向缠绕的层数由内到外共七层，其中，第一层至第六层分别由四个子层构成，第七层由两个子层构成。
进一步地，所述玻璃纤维沿瓶体环向缠绕于所述碳纤维缠绕层时，以与瓶体母线呈85°至90°的方式进行缠绕。
本发明的有益效果为：
突破了低强度T700级碳纤维制造高压氢气瓶，角度铺层更加合理，纵向受力比环向受力1.3倍，解决爆破位置在瓶口与瓶肩的技术问题，环向缠绕两端提高覆盖率，使爆破位置破口在瓶体中间位置。同时，抗爆破效果更高，爆破压力更大。
附图说明
图1为本发明的实施例提供的一种车用高压气瓶的截面图。
图2为本发明的实施例提供的一种车用高压气瓶的截面图的局部放大图。
附图编号：1-内胆、2-复合缠绕层、3-钢套、4-螺纹、201-环向缠绕层、202-碳纤维缠绕层第一层、203-纵向缠绕层、204-玻璃纤维缠绕层、205-中间层数。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，本发明实施例提供的一种车用高压气瓶，包括内胆1和复合缠绕层2。具体地，通过优化纤维选型及多角度螺旋缠绕技术，提高抗爆破效果，大幅度增加抗爆破压力，环向缠绕两端提高覆盖率，使爆破位置破口在瓶体中间位置。
示例性的，70MPa储氢气瓶可以包括铝制内胆1、钢套3和复合缠绕层2三部分：134L-70MPa气瓶结构为双瓶口，其中铝制内胆1设计长度为1765±20mm，铝制内胆公称外径为352±3.5mm，两端瓶口螺纹4为1.5-12UN-2B，内胆1瓶体过渡段长度为100mm，瓶体最小壁厚为9.0mm；钢套3材料为05Cr17Ni4Cu4Nb；复合缠绕层2主要材料为T700碳纤维，复合缠绕层2最小厚度为16.55mm。
相对于70MPa以上氢气瓶使用高强度T800级别的碳纤维全缠绕，本发明使用与高强度T800级碳纤维同等重量的低强度碳纤维，突破了低强度T700级碳纤维制造高压氢气瓶。
如图2所示，复合缠绕层2缠绕于所述内胆1外表面，所述复合缠绕层2包括碳纤维缠绕层和玻璃纤维缠绕层204，其中，所述碳纤维缠绕层由T700级碳纤维分别沿瓶体环向和纵向交替缠绕而成，即形成环向缠绕层201和纵向缠绕层203，所述玻璃纤维缠绕层204由玻璃纤维沿瓶体环向缠绕于所述碳纤维缠绕层，构成所述复合缠绕层2的最外层；所述复合缠绕层2最小厚度为16.55mm。
示例性地，本发明中的复合缠绕层包括碳纤维缠绕层和玻璃纤维缠绕层204，碳纤维铺层设计为沿瓶体环向和瓶体纵向交替缠绕，其中，所述碳纤维缠绕层第一层202由T700级碳纤维沿瓶体环向缠绕，其中，将瓶体两端进行增厚缠绕，当所述T700级碳纤维沿瓶体环向缠绕时，以与瓶体母线呈85°至90°的方式进行缠绕时，以与瓶体母线呈85°至90°的方式进行缠绕。
所述碳纤维缠绕层中沿瓶体环向缠绕的层数由内到外共八层，其中，第一层至第四层分别由四个子层构成，第五层至第七层分别由两个子层构成，第八层由一个子层构成；所述碳纤维缠绕层中沿瓶体纵向缠绕的层数由内到外共七层，其中，第一层至第六层分别由四个子层构成，第七层由两个子层构成。
所述玻璃纤维层由玻璃纤维沿瓶体环向缠绕于所述碳纤维缠绕层，构成所述复合缠绕层的最外层。
具体而言，第一层碳纤维环向缠绕，由四个子层构成，其中第一子层瓶体两端采用加密，使用带宽为23-24mm的增厚缠绕约占瓶体的40％，瓶体中部使用带宽为32-36mm进行缠绕。第二子层至第四子层瓶体两端分别使用带宽为25-26mm的增厚缠绕，以与瓶体母线呈85°至90°的方式进行缠绕，本缠绕层厚度为1.8mm。
第二层碳纤维纵向环绕，碳纤维以与瓶体母线呈16°与12°的方式进行缠绕，由四个子层构成，其中每个角度各两个子层，覆盖率为105％-110％。本缠绕层厚度为0.8mm。
第三层碳纤维环向缠绕，由四个子层构成，其中瓶体使用带宽为32-36mm的纤维，以与瓶体母线呈85°至90°的方式进行缠绕，本缠绕层厚度为1.8mm。
第四层碳纤维纵向环绕，碳纤维以与瓶体母线呈18°与30°的方式进行缠绕，由四个子层构成，其中每个角度各两个子层，覆盖率为105％-110％，本缠绕层厚度为0.4mm。
第五层碳纤维环向缠绕，由四个子层构成，其中瓶体使用带宽为32-36mm的纤维，以与瓶体母线呈85°至90°的方式进行缠绕，本缠绕层厚度为1.8mm。
第六层碳纤维纵向环绕，碳纤维以与瓶体母线呈40°与60°的方式进行缠绕，由四个子层构成，其中每个角度各两个子层，覆盖率为105％-110％，本缠绕层厚度为0.9mm。
第七层碳纤维环向缠绕，由四个子层构成，其中瓶体使用带宽为32-36mm的纤维，以与瓶体母线呈85°至90°的方式进行缠绕，本缠绕层厚度为1.8mm。
第八层碳纤维纵向环绕，碳纤维以与瓶体母线呈70°的方式进行缠绕，由四个子层构成，覆盖率为105％-110％，本缠绕层厚度为1.4mm。
第九层碳纤维环向缠绕，由两个子层构成，其中瓶体使用带宽为32-36mm的纤维，以与瓶体母线呈85°至90°的方式进行缠绕，本缠绕层厚度为0.9mm。
第十层碳纤维纵向环绕，碳纤维以与瓶体母线呈12°与18°的方式进行缠绕，由四个子层构成，其中每个角度各两个子层，覆盖率为105％-110％，本缠绕层厚度为0.8mm。
第十一层碳纤维环向缠绕，由两个子层构成，其中瓶体使用带宽为32-36mm的纤维，以与瓶体母线呈85°至90°的方式进行缠绕，本缠绕层厚度为0.9mm。
第十二层碳纤维纵向环绕，碳纤维以与瓶体母线呈12°与28°的方式进行缠绕，由四个子层构成，其中每个角度各两个子层，覆盖率为105％-110％，本缠绕层厚度为0.8mm。
第十三层碳纤维环向缠绕，由两个子层构成，其中瓶体使用带宽为32-36mm的纤维，以与瓶体母线呈85°至90°的方式进行缠绕，本缠绕层厚度为0.9mm。
第十四层碳纤维纵向环绕，碳纤维以与瓶体母线呈12°的方式进行缠绕，由两个子层构成，覆盖率为105％-110％，本缠绕层厚度为0.8mm。
第十五层碳纤维环向缠绕，由一个子层构成，其中瓶体使用带宽为32-36mm的纤维，以与瓶体母线呈85°至90°的方式进行缠绕，本缠绕层厚度为0.45mm。
第十六层玻璃纤维环向缠绕，由一个子层构成，其中瓶体使用带宽为25-26mm的纤维，以与瓶体母线呈85°至90°的方式进行缠绕，本缠绕层厚度为0.3mm。
本发明突破了低强度T700级碳纤维制造高压氢气瓶，爆破压力突破210MPa以上，如下表：
瓶号 001 002 003
爆破压力 217.12MPa 218.56MPa 222.20MPa
爆安全系数≥3.2；疲劳次数≥7500次。本发明采用环向缠绕两端提高覆盖率，使爆破位置破口在筒体中间爆破，同时每层碳纤维铺放无堆积与架空。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利发明说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
以上所述仅为本发明的示例实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种车用高压气瓶的铺层方法，所述车用高压气瓶包括内胆和复合缠绕层，所述复合缠绕层缠绕于所述内胆外表面，其特征在于，所述复合缠绕层包括碳纤维缠绕层和玻璃纤维缠绕层，其中，所述碳纤维缠绕层由T700级碳纤维分别沿瓶体环向和纵向交替缠绕而成，所述玻璃纤维缠绕层由玻璃纤维沿瓶体环向缠绕于所述碳纤维缠绕层，构成所述复合缠绕层的最外层；所述复合缠绕层最小厚度为16.55mm；所述碳纤维缠绕层中沿瓶体纵向缠绕的层数由内到外共七层，其中，第一层至第六层分别由四个子层构成，第七层由两个子层构成；所述第一层至第六层分别由四个子层构成，其中第一层纵向缠绕层还包括：碳纤维以与瓶体母线呈16°与12°的方式进行缠绕，由四个子层构成，其中每个角度各两个子层，覆盖率为105％-110％，所述第一层纵向缠绕层厚度为0.8mm；
第二层纵向缠绕层还包括：碳纤维以与瓶体母线呈18°与30°的方式进行缠绕，由四个子层构成，其中每个角度各两个子层，覆盖率为105％-110％，所述第二层纵向缠绕层厚度为0.4mm；
第三层纵向缠绕层还包括：碳纤维以与瓶体母线呈40°与60°的方式进行缠绕，由四个子层构成，其中每个角度各两个子层，覆盖率为105％-110％，所述第三层纵向缠绕层厚度为0.9mm；
第四层纵向缠绕层还包括：碳纤维以与瓶体母线呈70°的方式进行缠绕，由四个子层构成，覆盖率为105％-110％，所述第四层纵向缠绕层厚度为1.4mm；
第五层纵向缠绕层还包括：碳纤维以与瓶体母线呈12°与18°的方式进行缠绕，由四个子层构成，其中每个角度各两个子层，覆盖率为105％-110％，所述第五层纵向缠绕层厚度为0.8mm；
第六层纵向缠绕层还包括：碳纤维以与瓶体母线呈12°与28°的方式进行缠绕，由四个子层构成，其中每个角度各两个子层，覆盖率为105％-110％，所述第六层纵向缠绕层厚度为0.8mm；第七层纵向缠绕层还包括：碳纤维以与瓶体母线呈12°的方式进行缠绕，由两个子层构成，覆盖率为105％-110％，所述第七层纵向缠绕层厚度为0.8mm。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳纤维缠绕层由T700级碳纤维分别沿瓶体环向和纵向交替缠绕而成包括：所述碳纤维缠绕层第一层由T700级碳纤维沿瓶体环向缠绕，其中，将瓶体两端进行增厚缠绕。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述T700级碳纤维沿瓶体环向缠绕时，以与瓶体母线呈85°至90°的方式进行缠绕。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述碳纤维缠绕层中沿瓶体环向缠绕的层数由内到外共八层，其中，第一层至第四层分别由四个子层构成，第五层至第七层分别由两个子层构成，第八层由一个子层构成。
5.如权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述玻璃纤维沿瓶体环向缠绕于所述碳纤维缠绕层时，以与瓶体母线呈85°至90°的方式进行缠绕。
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