[发明专利]一种无内衬深冷高压储氢气瓶及其制备装置

说明书

本发明属于高压容器制造技术领域，具体包括一种无内衬深冷高压储氢气瓶及其制备装置，无内衬深冷高压储氢气瓶以复合材料层为瓶体，复合材料层两端设有气瓶接头；复合材料层包括固化碳纤维层和具有阻隔氢气作用的阻气层；固化碳纤维层由若干层纤维网平行叠加而成；阻气层均匀分布在纤维网间。与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过添加阻气层去除传统气瓶中的内胆，避免循环载荷造成的内胆塌陷问题，通过对树脂进行改性，降低树脂弹性模量，提高树脂强度，避免复合材料层产生横向开裂，从而提高气瓶在深冷高压下的力学性能。无内衬深冷高压储氢气瓶的制备装置，包括芯模铸造模具、纤维丝束缠绕装置和芯模加热固化装置。

技术领域

本发明属于高压容器制造技术领域，具体涉及一种无内衬深冷高压储氢气瓶及其制备装置。

背景技术

高效安全的车载储氢技术是交通运输装备关注的重点。深冷高压氢以突出的储氢效率、安全性，成为运输装备使用清洁能源的最优解决方案。

深冷高压储氢是指利用绝热、耐压气瓶将氢以超临界态储存在低温（20-50 K）、高压（35 MPa）复合工况下，与车载液氢相比，具有无损维持时间长、加注速度快、耐压性能高等显著优势，能够解决目前车载液氢研究面临的漏热蒸发率高、加注损耗大、供氢压力低等难点。

但是，在深冷、高压两种极端工况的共同作用，对储氢气瓶材料性能、结构设计和试验条件提出了极高要求，在低温和循环压力的作用下，传统的塑料内胆缠绕碳纤维方法制备的Ⅳ型瓶常常出现内胆塌陷和复合材料横向开裂的问题。

因此，如何避免内胆塌陷和提高复合材料低温力学性能，是本发明需要解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供去除传统气瓶中的内胆，避免循环载荷造成的内胆塌陷问题的无内衬深冷高压储氢气瓶及其制备装置。

本发明的技术方案：本发明所述的无内衬深冷高压储氢气瓶制备方法，包括以复合材料层为瓶体，所述复合材料层两端设有气瓶接头；所述复合材料层包括固化碳纤维层和具有阻隔氢气作用的阻气层；

所述固化碳纤维层由若干层纤维网平行叠加而成；所述阻气层均匀分布在所述纤维网间。

进一步的，所述阻气层为聚乙烯膜或聚乙烯粉末层。

进一步的，所述固化碳纤维层碳纤维丝和改性树脂溶液而成，所述改性树脂溶液包括环氧树脂溶液、固化剂以及3-10wt.%的聚乙二醇、3-10wt.%的SiO₂纳米颗粒和0.3-0.7wt.%的氧化石墨烯粉末。

进一步的，所述阻气层设有3-5层。

进一步的，所述固化碳纤维层包括纤维缠绕方向沿瓶体长度方向的纵向缠绕纤维层和纤维缠绕方向沿瓶体圆周方向的环向缠绕纤维层。

所述环向缠绕纤维层包括第一环向缠绕纤维层和第二环向缠绕纤维层；

所述固化碳纤维层从内到外依次设有缠绕厚度相同的第一环向缠绕纤维层、纵向缠绕纤维层和第二环向缠绕纤维层。

进一步的，所述第二环向缠绕纤维层由内到外依次设有初始碳纤维丝层和混合层；

所述初始碳纤维丝层由碳纤维丝厚度为所述复合材料层壁厚的1/20；

所述混合层包括由若干组所述纤维网平行叠加的纤维网层和均匀分布在所述纤维网间的阻气层。

本发明还公开了一种无内衬深冷高压储氢气瓶制备装置，包括芯模铸造模具、纤维丝束缠绕装置和芯模加热固化装置；

所述芯模铸造模具包括芯模模腔和沿所述芯模模腔长度方向贯穿所述芯模模腔的缠绕轴；所述芯模模腔顶端设有浇筑口；