CN111251631A - 高压储氢瓶及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于储氢技术领域，尤其涉及一种高压储氢瓶的制造方法，包括步骤：获取圆筒形碳纳米管纤维编织物，所述圆筒形碳纳米管纤维编织物为一体式结构，所述圆筒形碳纳米管纤维编织物在纵向上无接缝；获取内胆，将所述圆筒形碳纳米管纤维编织物套设于所述内胆的外表面后，固化处理，得到外表面缠绕有碳纳米管纤维的高压储氢瓶。本发明提供的高压储氢瓶的制造方法，将在纵向上无接缝的一体结构的圆筒形碳纳米管纤维编织物套设于内胆的外表面后，固化处理，即可得到外表面缠绕有碳纳米管纤维的高压储氢瓶，圆筒形碳纳米管纤维编织物与内胆结合紧密可有效提高容器的环向的耐压强度，适用于存储氢气，存储稳定性好，耐压强度高，且制备工艺简单，容易操作。

Description

高压储氢瓶及其制造方法

技术领域

本发明属于高压容器技术领域，尤其涉及一种高压储氢瓶及其制造方法。

背景技术

随着氢能源汽车的发展，不但对储氢要求轻型、紧凑、安全、经济的储存方式，同时也要满足汽车的续航要求，至少要达到500公里，因而对储氢技术提出了越来越高的要求。虽然目前有各种各样的储氢技术，但没有一种能完全满足汽车工业的所有要求。事实上，找到储氢问题的解决方案被许多人认为是氢经济的首要挑战。

目前，氢的储存主要有：在容器中作为压缩气体；以液体的形式储存在杜瓦或储罐中(储存于-253℃)；通过吸收或与金属或化合物反应形成固体，或以另一种化学形式储存。其中，高压气态储氢已得到广泛应用，低温液态储氢在航天等领域得到应用，有机液态储氢和固态储氢尚处于示范阶段。

高压气态储氢是一种最常见、应用最广泛的储氢方式，其利用气瓶作为储存容器，通过高压压缩方式储存气态氢。其优点是成本低、能耗相对小，可以通过减压阀调节氢气释放速度，充放气速度快，动态响应好，能在瞬间开关氢气。目前高压储氢罐主要可分为四个类型：全金属气瓶(Ⅰ型)、金属内胆纤维环向缠绕气瓶(Ⅱ型)、金属内胆纤维全缠绕气瓶(Ⅲ型)、非金属内胆纤维全缠绕气瓶(Ⅳ型)。纤维全缠绕的方式有环向缠绕、螺旋缠绕。实际生产中，环向缠绕一般缠绕于气瓶中心区域，可消除气瓶受内压而产生的环向应力。其中，这些高压储氢罐均难以满足氢燃料电池汽车的储氢密度要求，并且缠绕纤维通常采用碳纤维缠绕，其丝束均一性难以保证，实际应用时会出现毛丝多、断丝严重、与树脂浸润性差、缠绕不稳、易产生滑移造成丝束交缠等问题。因而，罐体在径向方向上的刚性提高相对有限，并且纤维束在缠绕及树脂熔融浸渍过程中易产生滑移，造成丝束交缠，影响增强效果。环向缠绕过程中的碳纤维丝束层叠或者张力控制不均会导致罐体应力分布不均匀。

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的在于提供一种的高压储氢瓶的制造方法，旨在解决现有表面环向缠绕纤维丝束均一性差，会出现毛丝多、断丝严重、与树脂浸润性差、缠绕不稳、易产生滑移造成丝束交缠等技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种容器。

解决问题的手段

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高压储氢瓶的制造方法，包括步骤：

获取圆筒形碳纳米管纤维编织物，所述圆筒形碳纳米管纤维编织物为一体式结构，所述圆筒形碳纳米管纤维编织物在纵向上无接缝；

获取内胆，将所述圆筒形碳纳米管纤维编织物套设于所述内胆的外表面后，固化处理，得到外表面缠绕有碳纳米管纤维的高压储氢瓶。

优选地，在同一径向上，所述圆筒形碳纳米管纤维编织物的圆周长度为所述内胆的圆周长度的97～99.5％；和/或，

所述圆筒形碳纳米管纤维编织物的厚度为4～15毫米。

优选地，所述固化处理的步骤包括：在所述圆筒形碳纳米管纤维编织物远离所述内胆的一侧表面依次设置脱模布和真空袋，并对所述真空袋进行密封，使所述圆筒形碳纳米管纤维编织物和所述脱模布封装在所述真空袋内，然后在真空环境下加热固化所述圆筒形碳纳米管纤维编织物，得到包覆有碳纳米管纤维的高压储氢瓶。

优选地，在真空环境下加热固化所述圆筒形碳纳米管纤维编织物的条件包括：所述内胆以5～10r/min的转速，在40℃～80℃、80℃～100℃、100℃～120℃和120℃～140℃的温度条件下，分别保温2～4小时。

优选地，所述碳纳米管纤维为从碳纳米管阵列直接拉出碳纳米管纤维丝后制得的碳纳米管纤维；和/或，

获取圆筒形碳纳米管纤维编织物的步骤包括：所述碳纳米管纤维经第一树脂浸润处理后，编织成所述圆筒形碳纳米管纤维编织物；和/或，

所述内胆和所述圆筒形碳纳米管纤维编织物之间还设置有粘结层。

优选地，所述碳纳米管阵列中碳纳米管的长度为200-500微米，直径为6-10纳米；和/或，

所述粘结层的材料选自：聚氨酯、丙烯酸、环氧树脂、氯化橡胶中的至少一种；和/或，

所述粘结层的厚度为0.5～1.0毫米。

优选地，在所述固化处理的步骤之前，还包括步骤：在所述圆筒形碳纳米管纤维编织物远离所述内胆的一侧表面，螺旋缠绕浸润有第二树脂的纤维带。

优选地，所述纤维带与所述内胆的中心轴的夹角大小为10°～45°；和/或，

所述纤维带选自碳纳米管纤维、碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉尔纤维中的至少一种。

优选地，所述第一树脂和所述第二树脂分别独立地选自：环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚酰胺树脂、乙烯基树脂中的至少一种。

相应地，一种如上述的高压储氢瓶的制造方法制作出来的高压储氢瓶。

发明效果

本发明提供的高压储氢瓶的制造方法，将在纵向上无接缝的一体结构的圆筒形碳纳米管纤维编织物套设于内胆的外表面后，固化处理，即可得到外表面缠绕有碳纳米管纤维的高压储氢瓶。一方面，圆筒形碳纳米管纤维编织物由具有优异机械力学性能的碳纳米管纤维编织而成，具有良好的弹性，伸缩性及平滑性，可紧密贴合内胆罐体的弧度，从而提高内胆罐体的韧性，增强罐体承受冲击的能力。另一方面，圆筒形碳纳米管纤维编织物是由碳纳米管纤维编织而成的一个筒状整体，该筒体中碳纳米管纤维分布均匀、稳定，既能够共同均匀地承担所受内胆应力的载荷，编织物中形成了许多交织点，有效避免了纤维的滑移，进一步增强了对内胆罐体中内应力的承载能力；而且圆筒形碳纳米管纤维编织物具有良好的弹性，可以给内胆一个反作用力，进一步提高容器的耐高压能力。本发明容器适用于存储氢气，存储稳定性好，耐压强度高。

本发明提供的高压储氢瓶由上述方法制得，包括内胆和套设在所述内胆外表面的圆筒形碳纳米管纤维编织物，一方面，圆筒形碳纳米管纤维编织物具有良好的弹性，伸缩性及平滑性，是一个筒状整体，可紧密贴合内胆罐体的弧度，从而提高内胆罐体的韧性，增强罐体承受冲击的能力，并能够防止纤维的滑移，进一步增强了对内胆罐体中内应力的承载能力；另一方面，圆筒形碳纳米管纤维编织物具有良好的弹性，可以给内胆一个反作用力，进一步提高容器的耐高压能力。本发明容器具有优异的耐高压性能，尤其适用于存储氢气，存储稳定性好，耐压强度高。

附图说明

图1是本发明实施例提供的容器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和技术效果更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。结合本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本发明实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本发明实施例说明书公开的范围之内。具体地，本发明实施例说明书中所述的重量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。

本发明实施例提供了一种高压储氢瓶的制造方法，包括步骤：

获取圆筒形碳纳米管纤维编织物，所述圆筒形碳纳米管纤维编织物为一体式结构，所述圆筒形碳纳米管纤维编织物在纵向上无接缝；

获取内胆，将所述圆筒形碳纳米管纤维编织物套设于所述内胆的外表面后，固化处理，得到外表面缠绕有碳纳米管纤维的高压储氢瓶。

本发明实施例提供的高压储氢瓶的制造方法，将在纵向上无接缝的一体结构的圆筒形碳纳米管纤维编织物套设于内胆的外表面后，固化处理，即可得到外表面缠绕有碳纳米管纤维的高压储氢瓶。一方面，圆筒形碳纳米管纤维编织物由具有优异机械力学性能的碳纳米管纤维编织而成，具有良好的弹性，伸缩性及平滑性，可紧密贴合内胆罐体的弧度，从而提高内胆罐体的韧性，增强罐体承受冲击的能力。另一方面，圆筒形碳纳米管纤维编织物是由碳纳米管纤维编织而成的一个筒状整体，该筒体中碳纳米管纤维分布均匀、稳定，既能够共同均匀地承担所受内胆应力的载荷，编织物中形成了许多交织点，有效避免了纤维的滑移，进一步增强了对内胆罐体中内应力的承载能力；而且圆筒形碳纳米管纤维编织物具有良好的弹性，可以给内胆一个反作用力，进一步提高容器的耐高压能力。本发明实施例容器适用于存储氢气，存储稳定性好，耐压强度高。

具体地，在同一径向上，所述圆筒形碳纳米管纤维编织物的圆周长度为在所述内胆的圆周长度的97～99.5％。由于圆筒形碳纳米管纤维编织物具有良好的弹性，直径略小于内胆的编织筒套设在罐体上时，可以给内胆一个更好的反作用力，进一步提高容器的耐高压能力。具体地，上述步骤中，由于圆筒形碳纳米管纤维编织物的直径略小于内胆的外径，且其预先浸润了树脂，因而通过加热即可将圆筒形碳纳米管纤维编织物结合在内胆表面，得到容器，制备工艺简单，容易操作。

在一些实施例中，将所述圆筒形碳纳米管纤维编织物套设于所述内胆的外表面的步骤包括：首先将圆筒形碳纳米管纤维编织物套设于聚四氟乙烯中空套筒外，聚四氟乙烯具有较低的摩擦系数及不粘性，能够将圆筒形碳纳米管纤维编织物移送至内胆相应位置进行嵌套，该聚四氟乙烯中空套筒能够套设在内胆的顶部或者直接套设在内胆外表面；然后将聚四氟乙烯中空套筒套设在内胆上或者其表面，再将聚四氟乙烯中空套筒上的圆筒形碳纳米管纤维编织物转移到内胆表面，由于圆筒形碳纳米管纤维编织物套设在聚四氟乙烯中空套筒外表面时被撑开，当转移到内胆外表面时圆筒形碳纳米管纤维编织物逐渐收紧恢复原有的大小，紧紧包覆于内胆外表面，并由于收缩对内胆施加一定的预应力，即使圆筒形碳纳米管纤维编织物套设于所述内胆的外表面。

在一些实施例中，所述固化处理的步骤包括：在所述圆筒形碳纳米管纤维编织物远离所述内胆的一侧表面依次设置脱模布和真空袋，采用密封胶对所述真空袋进行密封，使所述圆筒形碳纳米管纤维编织物和所述脱模布封装在所述真空袋内，然后在真空环境下加热固化所述圆筒形碳纳米管纤维编织物，得到容器。本发明实施例采用真空加热固化的方式，在圆筒形碳纳米管纤维编织物表面依次设置脱模布和真空袋，并采用密封胶等对所述真空袋进行密封，使所述圆筒形碳纳米管纤维编织物和所述脱模布封装在所述真空袋内，然后在抽真空条件下加热固化所述圆筒形碳纳米管纤维编织物，使其与内胆结合，冷却后除去真空袋和脱模布，即得到容器。该固化方式有效防止了圆筒形碳纳米管纤维编织物在固化过程中产生气泡等影响容器强度，在内胆外表面形成厚度均一，结合稳定的圆筒形碳纳米管纤维编织物，能够有效的增强内胆的抗压强度和抗冲击能力。

在一些实施例中，为进一步提高固化效果，圆筒形碳纳米管纤维编织物在真空加热固化的时候也可真空袋内注入适量树脂后，再抽真空进行加热固化，不但能够进一步保护圆筒形碳纳米管纤维编织物，提高其抗外部冲击的能力，可以有效地承载外部冲击，防止其受外界冲击力的破坏，而且也能提高圆筒形碳纳米管纤维编织物对内胆产生的内应力的传导，增强容器的抗压性能。

在一些实施例中，在所述圆筒形碳纳米管纤维编织物远离所述内胆的一侧表面依次设置脱模布和真空袋，采用密封胶对所述真空袋进行密封，使所述圆筒形碳纳米管纤维编织物和所述脱模布封装在所述真空袋内，然后所述内胆以5～10r/min的转速，在40℃～80℃、80℃～100℃、100℃～120℃和120℃～140℃的温度条件下，分别保温2～4h小时。本发明实施例固化过程中内胆以5～10r/min的转速低速旋转，使内胆受热均匀，使各个方向包覆的圆筒形碳纳米管纤维编织物固化进程一致，防止圆筒形碳纳米管纤维编织物中树脂分层产生空隙。若转速过慢，使各个方向包覆的树脂固化进程不一致，可能导致树脂之间分层，产生空隙；若转速过快，局部树脂来不及固化，导致圆筒形碳纳米管纤维编织物固化均一性差。另外采用梯度升温的方式进行加热，使圆筒形碳纳米管纤维编织物中树脂逐渐软化与纤维充分接触，逐渐固化形成均匀的纤维编织层，若升温过快，则易导致圆筒形碳纳米管纤维编织物中产生气泡，使其成为应力的集中点，降低整体性能；若相邻阶段温度差异较大，则会引起过高的放热峰，产生巨大的内应力造成圆筒形碳纳米管纤维编织物内部和外观的缺损，影响圆筒形碳纳米管纤维编织物对内应力的均衡承载。

在一些具体实施例中，在所述圆筒形碳纳米管纤维编织物远离所述内胆的一侧表面依次设置脱模布和真空袋聚四氟乙烯脱模布、隔离膜、真空袋，并通过密封胶带密封，抽真空，加热条件下一边旋转一边完成固化，在转动速度为5～10r/min，温度为40℃～80℃、80℃～100℃、100℃～120℃和120℃～140℃的条件下，分别保温2～4小时。固化完成后，待温度冷却至室温，拆除真空***，脱模得到圆筒形碳纳米管纤维编织物加强的容器。

在一些实施例中，在所述固化处理步骤之前，还包括步骤：在所述圆筒形碳纳米管纤维编织物远离所述内胆的一侧表面螺旋缠绕预浸有第二树脂的纤维带。在一些具体实施例中，所述纤维带与所述内胆的中心轴的夹角大小为10°～45°，纤维采用低角度进行缠绕，能强化筒部的环向缠绕，强化对内胆边缘及底部的缠绕，减少缠绕圈数，减少纤维用量40％；同时该角度可以强化内胆筒部和底部的过渡边缘，使内胆各个部分均得到增强。可选地，纤维带选自碳纳米管纤维、碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉尔纤维的一种。通过螺旋缠绕上述高强度纤维在套设有圆筒形碳纳米管纤维编织物的内胆上，可以进一步提高内胆的力学性能，在圆筒形碳纳米管纤维编织物增强环向强度的基础上，强化内胆的底部或过渡区域，使内胆更加有利于作为高压存储容器进行使用。

在一些实施例中，所述第二树脂选自：环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚酰胺树脂、乙烯基树脂中的至少一种。本发明实施例采用的这些树脂均具有较好的热固性，能够使纤维带稳定的粘结在圆筒形碳纳米管纤维编织物表面，提高容器的存储稳定性；并且环氧树脂还具有优异的耐腐蚀性，能够防止内胆被腐蚀，延长使用寿命；另外，环氧树脂能够起到传导载荷和保护纤维等作用。

在一些实施例中，所述圆筒形碳纳米管纤维编织物的厚度为4～15毫米。本发明实施例厚度为4～15毫米的圆筒形碳纳米管纤维编织物，有效确保了圆筒形碳纳米管纤维编织物对内胆罐体内应力的载荷，使容器能够满足不同的高压应用环境，存储稳定，安全性能好。若圆筒形碳纳米管纤维编织物厚度太薄，则圆筒形碳纳米管纤维编织物不能有效承载并疏导罐体内应力；圆筒形碳纳米管纤维编织物的筒壁厚度越大，提供的加强越大，能够使内胆处于压缩应力状态，从而提高容器的疲劳性能。但厚度太大，加重容器的总重量，无法做到轻量化，也不利于后续增加其他纤维缠绕，若厚度太大，反而造成纤维层内应力的不平均，导致加强性能下降。因此，若圆筒形碳纳米管纤维编织物厚度太厚，不但增加了制造成本，而且内胆外包裹的纤维层也会给内胆过大的压力，同样不利于罐体的高压存储。

在一些实施例中，获取圆筒形碳纳米管纤维编织物的步骤包括：所述碳纳米管纤维经第一树脂浸润处理后，编织成所述圆筒形碳纳米管纤维编织物。本发明实施例采用浸润有树脂的碳纳米管纤维通过交叉编织等方式编织成圆筒形碳纳米管纤维编织物，能够使树脂更深入均匀地渗透到编织筒的各个部位，使编织筒在后续固化过程中充分渗透的树脂可以牢固的粘结在内胆外表面，形成均匀稳定的碳纳米管纤维编织层，提高内胆的耐压强度。

在一些实施例中，所述碳纳米管纤维为从碳纳米管阵列直接拉出碳纳米管纤维丝后制得的碳纳米管纤维。在一些具体实施例中，所述碳纳米管纤维由宽度为7.5cm～12cm的碳纳米管阵列膜在捻度为100～15000tpm的条件下加捻制得，该条件下制得的碳纳米管纤维有较好的机械力学性能，不但有利于编织成筒状，而且有较好的韧性，能对内胆发挥较好的增强效果。在另一些实施例中，所述浸润有树脂的圆筒形碳纳米管纤维编织物通过将编织好后的碳纳米管编织筒浸润在树脂中制得。在另一些实施例中，所述浸润有树脂的圆筒形碳纳米管纤维编织物通过在碳纳米管编织筒的内外表面涂覆树脂制得。在一些实施例中，所述碳纳米管阵列中碳纳米管的长度为200-500微米，直径为6-10纳米。

在一些实施例中，所述第一树脂选自：环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚酰胺树脂、乙烯基树脂中的至少一种。本发明实施例采用的这些树脂均具有较好的热固性，能够使圆筒形碳纳米管纤维编织物稳定的粘结在内胆表面，提高容器的存储稳定性；并且环氧树脂还具有优异的耐腐蚀性，能够防止内胆被腐蚀，延长使用寿命；另外，环氧树脂能够起到传导载荷和保护纤维等作用。

在一些实施例中，所述内胆选自厚度为3～6毫米的无缝柱状铝合金结构。本发明实施例提供的内胆具有良好的抗腐蚀能力，可用于储氢，不会产生氢脆，氢气存储稳定性好。

在一些实施例中，所述内胆和所述圆筒形碳纳米管纤维编织物之间还包括粘结层，该粘结层既能够进一步增强圆筒形碳纳米管纤维编织物与内胆的结合稳定性，提高罐体的存储稳定性，又能够隔绝内胆与圆筒形碳纳米管纤维编织物，由于碳纳米管纤维和内胆均为导体，碳纳米管纤维与内胆直接接触会使内胆容易产生电化学腐蚀，粘结层能够防止内胆被腐蚀，防止内衬产生的电流腐蚀，延长容器的使用寿命。在一些具体实施例中，所述粘结层的材料选自：聚氨酯、丙烯酸、环氧树脂、氯化橡胶中的至少一种。在一些具体实施例中，所述粘结层的厚度为0.5～1.0毫米，该厚度的粘结层即可实现上述技术效果。

相应地，如附图1所示，本发明实施例还提供了一种容器，所述容器由上述方法制得。

本发明实施例提供的高压储氢瓶由上述方法制得，包括内胆和套设在所述内胆外表面的圆筒形碳纳米管纤维编织物，一方面，圆筒形碳纳米管纤维编织物具有良好的弹性，伸缩性及平滑性，是一个筒状整体，可紧密贴合内胆罐体的弧度，从而提高内胆罐体的韧性，增强罐体承受冲击的能力，并能够防止纤维的滑移，进一步增强了对内胆罐体中内应力的承载能力；另一方面，圆筒形碳纳米管纤维编织物具有良好的弹性，可以给内胆一个反作用力，进一步提高容器的耐高压能力。本发明实施例容器具有优异的耐高压性能，尤其适用于存储氢气，存储稳定性好，耐压强度高。

在一些实施例中，所述内胆和所述圆筒形碳纳米管纤维编织物之间还包括粘结层。在一些实施例中，所述粘结层的材料选自：聚氨酯、丙烯酸、环氧树脂、氯化橡胶中的至少一种。

在一些实施例中，所述粘结层的厚度为0.5～1.0毫米。

在一些实施例中，所述圆筒形碳纳米管纤维编织物的筒壁厚度为4～15毫米。在一些实施例中，所述浸润有树脂的圆筒形碳纳米管纤维编织物由浸润有树脂的碳纳米管纤维通过交叉编织而成。

在一些实施例中，所述碳纳米管纤维由宽度为7.5cm～12cm的碳纳米管阵列膜在捻度为100～15000tpm的条件下加捻制得。

在一些实施例中，所述树脂选自：环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚酰胺树脂、乙烯基树脂中的至少一种。

在一些实施例中，所述内胆选自厚度为3～6毫米的无缝柱状铝合金结构。

本发明上述各实施例的技术效果在前文中均有详细论述，在此不再赘述。

为使本发明上述实施细节和操作能清楚地被本领域技术人员理解，以及本发明实施例容器及其制造方法的进步性能显著的体现，以下通过多个实施例来举例说明上述技术方案。

实施例1

一种容器，包括以下制备步骤：

S1、内胆喷涂聚氨酯层；

S2、在碳纳米管阵列中拉取0.5cm的碳纳米管薄膜，并以100tpm加捻成碳纳米纤维；50根碳纳米管纤维并丝成为碳纳米管纤维束，并经过热熔环氧树脂浸渍，得到碳纳米管纤维预浸纱；将碳纳米管纤维预浸纱通过编织机交叉编织成圆筒型织布，得到碳纳米管纤维筒状编织筒，其直径在118mm，厚度为20毫米。将碳纳米管纤维筒状编织筒嵌套于聚四氟乙烯空心套管中，所述聚四氟乙烯套管内径与内胆外径一致，厚度为0.4mm。

S3、将嵌套有圆筒形碳纳米管纤维编织物的聚四氟乙烯套管嵌套至内胆上，并取出聚四氟乙烯套管，得到嵌套有圆筒形碳纳米管纤维编织物的内胆。

S4、在嵌套有圆筒形碳纳米管纤维编织物的内胆表面，依次铺放聚四氟乙烯脱模筒、隔离膜、真空袋，并通过密封胶带密封，抽真空，加热条件下一边绕轴向旋转一边完成固化，转动速度为5～10r/min，固化温度为40、80、120、140℃分别保温2h小时，随后自然冷却，拆除真空***，脱模得到圆筒形碳纳米管纤维编织物通加强的容器。

实施例2

S1、内胆喷涂聚氨酯层；

S2、在碳纳米管阵列中拉取0.5cm的碳纳米管薄膜，并以100tpm加捻成碳纳米纤维；50根碳纳米管纤维并丝成为碳纳米管纤维束，并经过热熔环氧树脂浸渍，得到碳纳米管纤维预浸纱；将碳纳米管纤维预浸纱通过编织机交叉编织成圆筒型织布，得到碳纳米管纤维筒状编织筒，其直径在118mm。将碳纳米管纤维筒状编织筒嵌套于聚四氟乙烯空心套管中，所述聚四氟乙烯套管内径与内胆外径一致，厚度为0.4mm。

S3、将嵌套有圆筒形碳纳米管纤维编织物的聚四氟乙烯套管嵌套至内胆上，并取出聚四氟乙烯套管，得到嵌套有圆筒形碳纳米管纤维编织物的内胆。

S4、在嵌套有圆筒形碳纳米管纤维编织物的内胆表面，使用碳纳米管纤维带进行螺旋缠绕，角度为16.7°，碳纳米管纤维树脂层的厚度为20毫米，得到缠绕有碳纳米管纤维的内胆。

S5、在缠绕有碳纳米管纤维的内胆表面，依次铺放聚四氟乙烯脱模筒、隔离膜、真空袋，并通过密封胶带密封，抽真空，加热条件下一边绕轴向旋转一边完成固化，转动速度为5～10r/min，固化温度为40、80、120、140℃分别保温2h小时，随后自然冷却，拆除真空***，脱模得到圆筒形碳纳米管纤维编织物通加强的容器。

对比例1

一种容器，包括步骤：

①内胆喷涂聚氨酯层；

②在碳纳米管纤维树脂层的外表面进行碳纤维树脂层的制作，采用碳纤维带进行环向缠绕和螺旋缠绕，依次交替进行环向缠绕3层和螺旋缠绕2层，螺旋缠绕的缠绕角度为45°，碳纳米管纤维树脂层的厚度为20毫米。

③用胶带进行环向缠绕，将上述缠绕成型后的容器放入固化炉中进行加热固化，固化时，容器绕轴线以5r/min的转速转动，40、80、120、140℃分别保温2h小时，随后自然冷却，除去胶带，即得容器。

对比例2

一种容器，包括步骤：

S1、内胆喷涂聚氨酯层；

S2、以内胆为芯模，采用卧式编织机在内胆上直接编织碳纳米管纤维圆筒编织布，纤维采用预浸有环氧树脂的碳纳米管纤维，使碳纳米管纤维圆筒编织布缠绕在内胆筒部，厚度为20毫米；

S3、在嵌套有碳纳米管纤维编织布的内胆表面，依次铺放聚四氟乙烯脱模布、隔离膜、真空袋，并通过密封胶带密封，抽真空，加热条件下一边绕轴向旋转一边完成固化，转动速度为5～10r/min，固化温度为40、80、120、140℃分别保温2h小时，随后自然冷却，拆除真空***，脱模得到碳纳米管纤维编织布加强的容器。

对比例3

一种容器，包括步骤：

S1、内胆喷涂聚氨酯层；

S2、预浸有环氧树脂的碳纳米管纤维带相对于压力容器的轴沿圆周方向在容器的筒部进行环向缠绕，缠绕时给碳纳米管纤维施加15N的张力。碳纳米管纤维带含3束碳纳米管纤维束，碳纳米管纤维束含6000根碳纳米管纤维并丝。

S3、在缠绕有厚度为20毫米碳纳米管纤维带的内胆表面，依次铺放聚四氟乙烯脱模布、隔离膜、真空袋，并通过密封胶带密封，抽真空，加热条件下一边绕轴向旋转一边完成固化，转动速度为5～10r/min，固化温度为40、80、120、140℃分别保温2h小时，随后自然冷却，拆除真空***，脱模得到碳纳米管纤维带加强的容器。

进一步的，为了验证本发明实施例制备的容器的进步性，本发明实施例1以及对比例1～3提供的容器进行了内压破坏试验探究其耐压性，测试结果如下表1所示：

表1

由上述测试结果可知，本发明实施例1和实施例2提供的容器相对于对比例1～3的容器有更高的爆裂压力，爆裂压力反应耐压强度，因此爆裂压力越大越好。本发明实施例通过嵌套直径比内胆外径稍微小一点的圆筒形碳纳米管纤维编织物，可以在内胆筒部提供一个预应力，从而对筒部进行更好的加强。对比例中直接编织或缠绕提供的预应力有限，显然爆裂压力低于实施例1。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压储氢瓶的制造方法，其特征在于，包括步骤：

获取圆筒形碳纳米管纤维编织物，所述圆筒形碳纳米管纤维编织物为一体式结构，所述圆筒形碳纳米管纤维编织物在纵向上无接缝；

获取内胆，将所述圆筒形碳纳米管纤维编织物套设于所述内胆的外表面后，固化处理，得到外表面缠绕有碳纳米管纤维的高压储氢瓶。

2.如权利要求1所述的高压储氢瓶的制造方法，其特征在于，

在同一径向上，所述圆筒形碳纳米管纤维编织物的圆周长度为所述内胆的圆周长度的97～99.5％；和/或，

所述圆筒形碳纳米管纤维编织物的厚度为4～15毫米。

3.如权利要求1或2所述的高压储氢瓶的制造方法，其特征在于，

所述固化处理的步骤包括：在所述圆筒形碳纳米管纤维编织物远离所述内胆的一侧表面依次设置脱模布和真空袋，并对所述真空袋进行密封，使所述圆筒形碳纳米管纤维编织物和所述脱模布封装在所述真空袋内，然后在真空环境下加热固化所述圆筒形碳纳米管纤维编织物，得到包覆有碳纳米管纤维的高压储氢瓶。

4.如权利要求3所述的高压储氢瓶的制造方法，其特征在于，

在真空环境下加热固化所述圆筒形碳纳米管纤维编织物的条件包括：所述内胆以5～10r/min的转速，在40℃～80℃、80℃～100℃、100℃～120℃和120℃～140℃的温度条件下，分别保温2～4小时。

5.如权利要求4所述的高压储氢瓶的制造方法，其特征在于，

所述碳纳米管纤维为从碳纳米管阵列直接拉出碳纳米管纤维丝后制得的碳纳米管纤维；和/或，

获取圆筒形碳纳米管纤维编织物的步骤包括：所述碳纳米管纤维经第一树脂浸润处理后，编织成所述圆筒形碳纳米管纤维编织物；和/或，

所述内胆和所述圆筒形碳纳米管纤维编织物之间还设置有粘结层。

6.如权利要求5所述的高压储氢瓶的制造方法，其特征在于，

所述碳纳米管阵列中碳纳米管的长度为200-500微米，直径为6-10纳米；和/或，

所述粘结层的材料选自：聚氨酯、丙烯酸、环氧树脂、氯化橡胶中的至少一种；和/或，

所述粘结层的厚度为0.5～1.0毫米。

7.如权利要求5或6所述的高压储氢瓶的制造方法，其特征在于，

在所述固化处理的步骤之前，还包括步骤：在所述圆筒形碳纳米管纤维编织物远离所述内胆的一侧表面，螺旋缠绕浸润有第二树脂的纤维带。

8.如权利要求7所述的高压储氢瓶的制造方法，其特征在于，

所述纤维带与所述内胆的中心轴的夹角大小为10°～45°；和/或，

所述纤维带选自碳纳米管纤维、碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉尔纤维中的至少一种。

9.如权利要求8所述的高压储氢瓶的制造方法，其特征在于，

所述第一树脂和所述第二树脂分别独立地选自：环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚酰胺树脂、乙烯基树脂中的至少一种。

10.一种如权利要求1～9任一项所述的高压储氢瓶的制造方法制作出来的高压储氢瓶。

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