[发明专利]非牛顿流体浸渍的格栅增强型储氢压力容器结构及工艺

说明书

本发明公开了一种非牛顿流体浸渍的格栅增强型储氢压力容器结构及工艺。包括预应力缠绕于气瓶内衬、金属气瓶开口端和尾端外侧表面向外依次布置的纤维增强树脂基复合材料、格栅结构增强层，纤维保护层以及在两端封头处的防撞材料；对气瓶容器结构的整体均采用格栅结构增强层进行增强，格栅结构增强层成型所用纤维采用非牛顿流体浸渍、干燥处理后再进行浸胶缠绕成型；先利用浇注成型的方法分别成型制作出筒身处及封头两端软体格栅结构模具，再以共同粘接方式粘到缠绕纤维增强树脂基复合材料后的气瓶外表面，再进行格栅结构增强层的成型。本发明制得的储氢压力容器具有高刚度、抗冲击、轻量化和低成本的特点。

技术领域

本发明属于复合材料储氢压力容器领域的压力容器结构及成型工艺，特别涉及一种格栅增强型储氢压力容器结构及成型工艺。

背景技术

当今世界能源结构正在经历从化石能源向可再生新能源转变的过渡阶段，其中由于氢能具有能源转换效率高、清洁无污染的特点而被看作是汽车行业中能源利用的最终形式，而装载氢气的车载储氢压力容器也因此具有了广泛的研究意义和应用价值。

目前常用的储氢压力容器根据结构组成主要可以分为以下四种，I型瓶完全由金属组成，II型瓶虽然也是采用金属材质，但是在外层环向缠绕玻璃纤维或碳纤维复合材料，III型瓶是以金属材料做内衬、纤维进行纵向和环向全缠绕的复合材料气瓶，IV气瓶则是以塑料内衬替代金属内衬进行螺旋和环向全缠绕的复合材料气瓶。当前储氢瓶的发展正朝着轻量化，高存储量和单位质量储氢密度越来越高的方向发展，但当前主流使用的III型和IV型瓶仍存在刚度差、抗冲击性能不足、价格昂贵和单位质量储氢密度较低的问题。

目前相关专利报道较少，其中有一种格栅结构增强的储氢压力容器，但格栅结构的成型并未采用模具而是直接在气瓶表面利用缠绕的方式成型，因此导致很难在气瓶表面形成具有一定厚度的格栅结构，气瓶的整体性能并不能得到有效的加强。日产汽车股份有限公司申请的有一种格栅结构的储氢瓶，其格栅结构是由两条螺旋平行的格栅加强肋和一条垂直方向的格栅加强肋利用模具在气瓶主体外部进行缠绕成型得来的，然后将成型好的格栅结构与气瓶主体进行组装而成一个整体。其中格栅结构的成型采用在气瓶外部成型然后再装配的方法，由此可能导致气瓶整体性能不佳的问题。另一方面只对气瓶瓶身处进行了格栅结构的加强，而对气瓶的封头两端没有进行保护。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种高刚度、耐冲击和轻量化的经过非牛顿流体浸渍的格栅增强型储氢压力容器结构及成型工艺。

本发明所采用的技术方案是：

一、一种非牛顿流体浸渍的格栅增强型储氢压力容器结构：

如图1所示，结构包括气瓶内衬、金属气瓶开口端和金属气瓶尾端，气瓶内衬的两端分别连接安装金属气瓶开口端和金属气瓶尾端，还包括预应力缠绕于气瓶内衬、金属气瓶开口端和金属气瓶尾端外侧表面的纤维增强树脂基复合材料，在纤维增强树脂基复合材料外侧表面继续缠绕的具有一定厚度的格栅结构增强层，进一步在格栅结构增强层外侧表面缠绕有的纤维保护层，以及在两端封头处的纤维保护层外侧表面外设置的防撞材料。

对气瓶容器结构的整体均采用格栅结构增强层进行增强，在格栅结构增强层成型是用纤维采用非牛顿流体浸渍、干燥处理后再进行浸胶缠绕成型。

先利用浇注成型的方法分别成型制作出瓶身处和封头处的软体格栅结构模具，再将瓶身处和封头处的软体格栅结构模具共同通过粘接方式粘到缠绕纤维增强树脂基复合材料后的气瓶内衬外表面，再进行格栅结构增强层的成型，缠绕过程及非牛顿流体浸渍、干燥和浸胶的过程如图3所示。

所述的格栅结构增强层是由纤维树脂基复合材料制成的多根格栅加强肋布置而成。瓶身处的软体格栅结构模具与封头处的软体格栅结构模具的衔接处刚好为一根格栅加强肋的宽度，在气瓶内衬外表面的格栅结构增强层固化成型后再将软体格栅结构模具进行拆卸。