[发明专利]一种预浸带缠绕塑料内胆的高压储氢气瓶及其制造方法

说明书

本发明提供了一种预浸带缠绕塑料内胆的高压储氢气瓶及其制造方法。所述气瓶其组成结构从内向外依次为内胆、碳纤维预浸带缠绕层、隔离膜和玻璃纤维缠绕层。制造方法包括如下步骤：a)内胆制造；b)内胆表面处理；c)碳纤维预浸带缠绕；d)隔离膜包覆；e)玻璃纤维湿法缠绕和f)固化。采用本发明提供的方法制造的高压储氢气瓶，具有如下优点：1)缠绕效率提高，缠绕轨迹稳定；2)成品气瓶质量波动小；3)外层的玻纤湿法缠绕所用树脂与内层的碳纤维预浸带相隔离，避免了两者互相影响；4)通过在中间铺放隔离薄膜，进一步降低了氢气的泄漏率。

技术领域

本发明涉及高压氢气的移动存储领域，具体涉及一种车用IV高压储氢气瓶及其制造方法。

背景技术

由于汽车排放及汽车能耗等问题受到越来越多的关注，新能源汽车将是未来汽车产业的发展方向。随着技术的发展，新型燃料电池汽车-FCV(Fuel cell vehicles)以其续航里程长、加氢迅速等优点逐步受到市场的认可。FCV将燃料的化学能转化为电能，提供行驶所需的能量，主要的燃料类型为氢。目前70MPa高压储氢气瓶是FCV最主要的一种储氢方式，它可以在2～5min内快速完成加氢，一次加氢可行驶600Km以上，气瓶使用年限高于15年。

由于铝内胆无法同时满足疲劳强度及单位质量储氢密度的要求，国际上普遍使用IV瓶，即将塑料材质作为气瓶内胆。但塑料内胆最大的问题为存在一定的氢气泄漏率。众所周知，氢气泄漏率与隔绝层材料的自身特性、隔绝层厚度、压差等因素有关。因透过气瓶内胆后氢气压力大大降低，可以考虑利用在外层缠绕纤维时增加一层或数层隔离层以提高气瓶对氢气的阻隔率。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种生产效率高，对氢气阻隔效果好，单位质量储氢密度高的预浸带缠绕塑料内胆的高压储氢气瓶及其制造方法。

以下是本发明的具体技术方案：

本发明提供了一种预浸带缠绕塑料内胆的高压储氢气瓶的制造方法，包括以下步骤：

a)内胆制造：采用高密度聚乙烯(HDPE)或改性尼龙6(改性PA6)以吹塑方式制造内胆；使用吹塑工艺，批量生产时内胆质量稳定；使用HDPE或改性PA6均可获得较好的低温条件下抗冲击性能，而改性PA6较HDPE对氢气有更高的阻隔性能；

b)内胆表面处理：采用等离子处理，并在处理后的表面均匀涂上树脂，树脂体系为潜伏性环氧树脂体系，涂层厚度0.1～0.2mm；等离子处理可使内胆表面与树脂有较好的粘结性能；

c)碳纤维预浸带缠绕：以碳纤维预浸带树脂为原料，以干法方式缠绕于内胆表面；所述的预浸带树脂含量中心值为20～30％，预浸带树脂Tg范围为85～120℃；

d)隔离膜包覆：将隔离膜紧密贴服于预浸带表面，缠绕1～4层；隔离膜主体为PVA，或EVOH，或采用高阻隔树脂通过挤出复合制得的高阻隔膜；

e)玻璃纤维湿法缠绕：将普通玻璃纤维以湿法缠绕方式缠绕在隔离膜上；

f)固化：将缠绕预浸带及玻璃纤维的气瓶放入固化炉，边旋转边固化，固化温度为80～120℃，固化时间2～6小时。

优选地，步骤c)中所述的碳纤维预浸带为改性的环氧树脂体系的热熔丝束预浸带。

优选地，步骤d)中所述的采用高阻隔树脂通过挤出复合制得的高阻隔膜为尼龙/EVOH高阻隔膜。