CN113958860A - 一种车用缠绕气瓶塑料内胆及加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车用缠绕气瓶塑料内胆及加工方法，通过采用滚塑工艺将预先制备的金属阀座与塑料内胆主体在滚塑模具中一体成型，避免了金属件与塑料件之间的接缝处理问题，省去了现有技术中塑料部分热熔焊接步骤以及金属件与塑料件安装连接步骤，塑料内胆整体性好，不存在接缝等抗压薄弱点，制得的塑料内胆金属阀座与塑料内胆主体连接紧密、整体性较好，能够有效提高塑料内胆安全性和使用寿命。

Description

一种车用缠绕气瓶塑料内胆及加工方法
技术领域
本发明涉及氢燃料储存设备技术领域，尤其涉及一种车用缠绕气瓶塑料内胆及加工方法。
背景技术
氢能作为清洁能源的一种一直备受人们的重视,氢燃料电池汽车作为氢能的终端应用，发展尤为迅速。高压储氢瓶作为氢燃料电池汽车的储氢容器，决定着氢燃料电池汽车的行驶里程，是关键的零部件。塑料内胆缠绕气瓶以其独特的优势在国际上得到迅猛发展。塑料内胆缠绕气瓶具有以下优点：1、不会产生应力腐蚀和氢脆现象，特别适合盛装具有应力腐蚀或氢脆倾向的介质；2、塑料内胆具有优异的抗疲劳性能；3、瓶体弹性较好，抗冲击性能优越；4、制造成本低，具有市场竞争优势。
由于车用缠绕气瓶需要经常性的承受高温高压灌装操作，其瓶口部分多采用金属件提高强度。为了解决金属件与塑料内胆之间的连接问题，现有技术一般使用法兰盘、环形安装槽搭配额外密封圈以及金属件预先连接塑料封头后再将塑料封头与塑料内胆主体焊接等方法，目的是提供金属件与塑料件之间的牢固连接。但无论哪种现有技术均使塑料内胆产生了额外的接缝，使塑料内胆上形成了抗压薄弱点，破坏了内胆整体性，影响塑料内胆安全性和使用寿命。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提出一种车用缠绕气瓶塑料内胆及加工方法，通过采用滚塑工艺将预先制备的金属阀座与塑料内胆主体在滚塑模具中一体成型，避免了金属件与塑料件之间的接缝处理问题，制得的塑料内胆金属阀座与塑料内胆主体连接紧密、整体性较好，能够有效提高塑料内胆安全性和使用寿命。
为实现以上目的，本发明所采用的技术方案包括：
一种车用缠绕气瓶塑料内胆，其特征在于，包括至少一个金属阀座和一体成型在所述金属阀座上的塑料内胆主体；
所述金属阀座为中心设置有通孔的金属制环形瓶口部件；所述金属阀座通孔内表面依次设置有阀门适配器连接位和塑料内胆主体成型位；
所述塑料内胆主体通过滚塑工艺一体成型内嵌在所述塑料内胆主体成型位上。
进一步地，所述阀门适配器连接位包括螺纹。
进一步地，所述塑料内胆主体成型位包括至少一条环形凹槽；所述塑料内胆主体成型位为经过表面处理的粗糙表面。
进一步地，所述塑料内胆主体在滚塑过程中沿所述环形凹槽形成对应嵌入的环形加固凸起。
进一步地，所述金属阀座与所述塑料内胆主体的接触面为平滑过渡曲面。
进一步地，所述塑料内胆为包括一个金属阀座和一体成型在所述金属阀座上的塑料内胆主体的单瓶口内胆，或，所述塑料内胆为包括两个分别设置在塑料内胆两端的金属阀座和一体成型在所述两个金属阀座上的塑料内胆主体的双瓶口内胆。
进一步地，所述金属阀座包括铝合金阀座或不锈钢阀座；所述塑料内胆主体包括聚乙烯内胆主体或聚酰胺内胆主体。
本发明还涉及一种制备上述车用缠绕气瓶塑料内胆的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
制作金属阀座，并使用超声波清洗器清洁金属阀座；
将清洁后的金属阀座嵌入滚塑模具；
滚塑模具中加入热塑性树脂粉，通过滚塑加工过程在金属阀座上一体成型塑料内胆主体，得到所述车用缠绕气瓶塑料内胆。
进一步地，所述滚塑加工过程包括依次进行的加热阶段、熔融阶段和冷却阶段；当采用聚乙烯材料时，所述加热阶段恒温范围150℃至170℃，持续时间15至30分钟，优选持续20分钟，所述熔融阶段恒温范围190℃至220℃，持续时间25至40分钟，优选持续30分钟，所述冷却阶段采用强制风冷，持续时间15至30分钟，优选持续20分钟；当采用聚酰胺材料时，所述加热阶段恒温范围200℃至240℃，持续时间20至30分钟，所述熔融阶段恒温范围240℃至270℃，持续时间30至40分钟，所述冷却阶段采用强制风冷，持续时间20至40分钟。
进一步地，所述滚塑加工过程主轴转速3至10rpm，主副轴转速比4:1。
本发明的有益效果为：
采用本发明所述车用缠绕气瓶塑料内胆是一种金属阀座与塑料内胆主体一体成型，省去了现有技术中塑料部分热熔焊接步骤以及金属件与塑料件安装连接步骤，塑料内胆整体性好，不存在接缝等抗压薄弱点，能够提供更好的安全性和使用寿命；采用滚塑工艺得到的塑料内胆本身内部塑料分子间不存在应力，所得到的塑料内胆质量更加稳定；一体成型后的塑料内胆主体内嵌在金属阀座内侧的凹槽，当塑料内胆承受灌装造成的高压时，作用于瓶口处塑料部分的压力完全传导至外侧的金属阀座承受，避免塑料部分因反复承受高压引起形变，同时高压只会进一步压紧金属阀座与塑料内胆主体之间连接，而不会压迫二者分离。本发明还提供一种制备上述车用缠绕气瓶塑料内胆的加工方法，通过应用该方法能够制备出金属阀座与塑料内胆主体一体成型的塑料内胆。
附图说明
图1为本发明车用缠绕气瓶塑料内胆第一实施例示意图。
图2为本发明第一实施例局部放大示意图。
图3为本发明第二实施例示意图。
附图编号说明：1-金属阀座、11-阀门适配器连接位、12-塑料内胆主体成型位、121-环形凹槽、2-塑料内胆主体、21-环形加固凸起。
具体实施方式
为了更清楚的理解本发明的内容，将结合附图和实施例详细说明。
如图1和图2所示为本发明车用缠绕气瓶塑料内胆的第一实施例，包括有设置在端部的一个金属阀座1和采用滚塑工艺直接一体成型在所述金属阀座1上的塑料内胆主体2。如图2所示为金属阀座1与塑料内胆主体2连接部分的局部放大示意图，金属阀座1为一个中心设置有通孔的金属制环形瓶口部件，其通孔避免上依次设置有螺纹接口的阀门适配器连接位11以及直接与所述塑料内胆主体2接触连接的塑料内胆主体成型位12，阀门适配器连接位11可以连接高压阀门或阀门适配器等部件。为了加强金属阀座1与塑料内胆主体2之间的连接强度，塑料内胆主体成型位12上优选的设置有一条环形凹槽121，同时塑料内胆主体成型位12整体连接面采用倒角、圆角等工艺形成平滑过渡曲面，避免直角折角等结构在制备过程中影响塑料物料流动；塑料内胆主体2在成型过程中物料均匀接触塑料内胆主体成型位12，且填满环形凹槽121形成对应的环形加固凸起21，该环形加固凸起21不仅能够增加金属阀座1与塑料内胆主体2之间的有效连接面积，还为金属阀座1与塑料内胆主体2之间提供了额外的轴向位移限制，增强了两者之间的连接稳定性，且不需要额外增加金属阀座1的体积或重量。同时，塑料内胆主体成型位12表面优选的通过表面处理形成粗糙表面，能够进一步增强塑料内胆主体成型位12与塑料内胆主体2之间的连接强度；所述表面处理优选的为在金属阀座1表面进行喷砂处理形成2至5μm粗糙度的表面。
如图3所示为本发明第二实施例示意图，不同于第一实施例，在第二实施例中塑料内胆两端各设置有一个金属阀座1，形成双瓶口内胆结构，能够扩展塑料内胆的适用范围。分别设置在两端的金属阀座1与塑料内胆主体2的连接结构类似于第一实施例，可以提供类似于第一实施例中单瓶口内胆相同的连接强度和内胆抗压能力，在实际使用中可以根据需要任意选择内胆结构为单瓶口或双瓶口，不受金属阀座1与塑料内胆主体2连接结构限制。
本发明还涉及一种制备如上所述车用缠绕气瓶塑料内胆的加工方法，首先使用数控中心等设备加工需要尺寸的金属阀座1，所选用原材料可以为铝合金、不锈钢的棒料、锻件和管材等。加工完成的金属阀座1需要使用如超声波震荡清洗等方法彻底清洁内外表面，以便为塑料部分成型提供干净成型面，避免污染。
经过清洁的金属阀座1作为塑料内胆主体2的成型端面内嵌入滚塑模具中，加入适合的塑料粉末原料，例如聚乙烯、聚酰胺等规格塑料粉末，经过热加工滚塑工艺形成金属阀座1与塑料内胆主体2连接一体的塑料内胆。根据选用的塑料粉末原料不同可以对应调整应用不同的热加工滚塑工艺参数，但基本遵循加热阶段、熔融阶段和冷却阶段三个主要加工阶段，其中：对于聚乙烯材料，加热阶段恒温范围150℃至170℃，持续时间15至30分钟，优选持续20分钟，熔融阶段恒温范围190℃至220℃，持续时间25至40分钟，优选持续30分钟，冷却阶段采用强制风冷，持续时间15至30分钟，优选持续20分钟；对于聚酰胺材料，加热阶段恒温范围200℃至240℃，持续时间20至30分钟，熔融阶段恒温范围240℃至270℃，持续时间30至40分钟，冷却阶段采用强制风冷，持续时间20至40分钟。
滚塑工艺中的滚动过程帮助塑料在模具内实现均匀分布，一种较佳的转速选择为主轴转速4rpm，同时主副轴转速比4:1，可以实现塑料物料均匀分布在金属阀座1上。
通过上述方法制备出的车用缠绕气瓶塑料内胆具备良好的性能。以一个62L典型体积的单瓶口内胆为例，使用该方法制备出的内胆采用全缠绕碳纤维作为外部复合层，制备得到的气瓶进行疲劳测试，采用水为测试介质、反复充装泄压的压力范围为2.5～43.5MPa，试验频率设置为2.5次/min，气瓶能够顺利通过22000次以上反复充装测试，抗疲劳性完全符合国家标准，可以满足氢燃料电池汽车等领域的使用寿命要求。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换等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的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种车用缠绕气瓶塑料内胆，其特征在于，包括至少一个金属阀座和一体成型在所述金属阀座上的塑料内胆主体；
所述金属阀座为中心设置有通孔的金属制环形瓶口部件；所述金属阀座通孔内表面依次设置有阀门适配器连接位和塑料内胆主体成型位；
所述塑料内胆主体通过滚塑工艺一体成型内嵌在所述塑料内胆主体成型位上。
2.如权利要求1所述的塑料内胆，其特征在于，所述阀门适配器连接位包括螺纹。
3.如权利要求1所述的塑料内胆，其特征在于，所述塑料内胆主体成型位包括至少一条环形凹槽；所述塑料内胆主体成型位为经过表面处理的粗糙表面。
4.如权利要求3所述的塑料内胆，其特征在于，所述塑料内胆主体在滚塑过程中沿所述环形凹槽形成对应嵌入的环形加固凸起。
5.如权利要求1至4任一项所述的塑料内胆，其特征在于，所述金属阀座与所述塑料内胆主体的接触面为平滑过渡曲面。
6.如权利要求1至4任一项所述的塑料内胆，其特征在于，所述塑料内胆为包括一个金属阀座和一体成型在所述金属阀座上的塑料内胆主体的单瓶口内胆，或，所述塑料内胆为包括两个分别设置在塑料内胆两端的金属阀座和一体成型在所述两个金属阀座上的塑料内胆主体的双瓶口内胆。
7.如权利要求1至4任一项所述的塑料内胆，其特征在于，所述金属阀座包括铝合金阀座或不锈钢阀座；所述塑料内胆主体包括聚乙烯内胆主体或聚酰胺内胆主体。
8.一种车用缠绕气瓶塑料内胆加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
制作金属阀座，并使用超声波清洗器清洁金属阀座；
将清洁后的金属阀座嵌入滚塑模具；
滚塑模具中加入热塑性树脂粉，通过滚塑加工过程在金属阀座上一体成型塑料内胆主体，得到所述车用缠绕气瓶塑料内胆。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述滚塑加工过程包括依次进行的加热阶段、熔融阶段和冷却阶段；当采用聚乙烯材料时，所述加热阶段恒温范围150℃至170℃，持续时间15至30分钟，所述熔融阶段恒温范围190℃至220℃，持续时间25至40分钟，所述冷却阶段采用强制风冷，持续时间15至30分钟；当采用聚酰胺材料时，所述加热阶段恒温范围200℃至240℃，持续时间20至30分钟，所述熔融阶段恒温范围240℃至270℃，持续时间30至40分钟，所述冷却阶段采用强制风冷，持续时间20至40分钟。
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述滚塑加工过程主轴转速3至10rpm，主副轴转速比4:1。
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