[发明专利]一种IV型储氢气瓶的封头结构及制造方法

说明书

本发明提供一种IV型储氢气瓶的封头结构及制造方法，该储氢气瓶包括气瓶阀座、碳纤维缠绕层、上加固端帽、玻璃纤维保护层、气瓶内胆和下加固端帽。其中：上下加固端帽由RTM方法制备，与气瓶内胆及气瓶阀座相契合，碳纤维缠绕层以环向和螺旋交替缠绕的方式缠绕在气瓶内胆和上下加固端帽表面，所述碳纤维缠绕层表层缠绕玻璃纤维保护层。本发明针对常规气瓶封头危险区域，以满足储氢密度的基础上降低整体重量为目的，公开了一种IV型气瓶的封头加固方法及制造方法。有效降低了碳纤维的使用量，对航空航天已经氢能源汽车的储氢技术的发展具有促进作用。

技术领域

本发明涉及高压储氢技术领域，具体是指一种IV型储氢气瓶的封头结构及制造方法。

背景技术

随着全球化石燃料的迅速消耗，氢气已经成为最具吸引力的替代燃料。世界各国在未来的十几年到几十年将逐步开始禁售燃油车，各大车企也将研发重点转移到新能源汽车上。我国首款量产化氢能源乘用车长安深蓝SL03氢电版已于2022年7月25日宣布上市。目前，车用氢气仍然是以压缩气体的形式储存在IV型气瓶中。纤维缠绕层保障了气瓶的承载能力，同时占据了气瓶整体70％的重量。满足承载要求的同时降低纤维的使用量是目前学术界对IV型储氢气瓶研究的重点。

针对车载储氢气瓶发展所遇到的一系列问题，中国专利CN111288291A所示的结构，通过碳纳米管纤维层与碳纳米管以外的纤维层相互配合，提高了罐体的韧性，增强了罐体工作压力和耐冲击能力；中国专利CN112743878A所示的结构，通过纤维纱线在内胆的外表面进行二维多锭编织的方式制备复合材料层，解决了传统缠绕方式在厚度面上形成二维叠层而产生应力集中薄弱点的问题，提高了气瓶的承载能力。但是上述现有技术均是着眼于瓶口处的密封以达到防止泄露的效果，但是对于整个封头区域的补强效果不佳。

复合材料缠绕气瓶最容易失效的区域位于封头处。内胆外部的螺旋缠绕层主要承载轴向力，并且对封头进行保护；环向缠绕层用以承受螺旋缠绕层没有承受的环绕应力。优化全局缠绕方式或全局材料的方法虽然可以起到增强承载能力，降低瓶体重量的作用，但是缺乏对危险区域针对性的增强措施，满足危险区域承载能力的同时，在其他区域存在材料的过使用问题。

发明内容

针对现有技术及需求中存在的问题及挑战，本发明的目的在于提供一种可以转移瓶体危险区域，提高气瓶储氢密度的塑料内胆复合储氢气瓶。

本发明采用的技术手段如下：

一种IV型储氢气瓶的封头结构，包括气瓶阀座、碳纤维缠绕层、上加固端帽、玻璃纤维保护层、气瓶内胆和下加固端帽，其中：

所述气瓶阀座内表面为外接管螺纹，与气瓶金属瓶口相连接；

所述气瓶内胆瓶身处为等厚度，变半径结构；

所述上加固端帽、下加固端帽与气瓶阀座镶嵌在气瓶内胆外表面；

所述碳纤维缠绕层缠绕在气瓶内胆及上下加固端帽表面；

所述玻璃纤维保护层包覆在气瓶表面。

进一步地，所述气瓶内胆为耐氢气渗透的热塑性塑料，半径中间大两端小。

进一步地，所述上加固端帽、下加固端帽采用碳纤维增强复合材料制备，基体采用与气瓶内胆相同的树脂材料，纤维采用与碳纤维缠绕层相同的碳纤维。

进一步地，所述上下加固端帽由RTM工艺单独制备，后与内胆通过吹塑与焊接结合的方式装配到一起。

本发明还提供了IV型储氢气瓶的封头结构的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、采用RTM工艺制备上下加固端帽；

步骤2、单独制备气瓶阀座，材料选用铝合金；