專利名稱：用于運(yùn)氣車的高壓氣瓶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓氣瓶制造領(lǐng)域，尤其涉及一種用于運(yùn)氣車上的高壓氣瓶。
背景技術(shù)：
隨著CNG汽車的普及和發(fā)展，高壓運(yùn)輸氣體半掛車在CNG氣體的運(yùn)輸中發(fā)揮著越來越重要的作用。目前使用較多的是CNG長管拖車，長管拖車氣瓶屬于特大型管制鋼瓶，每輛拖車上幾只或十余只固定集裝在拖車上，用于儲(chǔ)存運(yùn)輸氣體。由于長管拖車用管制鋼瓶裝載量大，對(duì)原材料要求高，制造也比較困難，需要一些大型設(shè)備。同時(shí)，受車輛重量和容積設(shè)計(jì)的限制，每輛拖車的運(yùn)氣量也受到限制。所以，人們把目光投入到復(fù)合材料氣瓶上，與普通以壓縮天然氣作為能源的車用 CNG儲(chǔ)罐不同的是，運(yùn)氣車用氣瓶對(duì)其疲勞性能要求更高，每天充放氣2次以上，氣體在充裝和排放時(shí)的溫度變化對(duì)氣瓶的性能也是一大考驗(yàn)；另外，由于運(yùn)氣車大多采用的是半掛拖車，所以不像CNG汽車用氣瓶放置在后備箱或者其他封閉的空間中，運(yùn)氣車氣瓶是直接裸露在外的，所以對(duì)氣瓶外表面承受機(jī)械損傷和抵御化學(xué)腐蝕的能力要求更高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種疲勞能力，抗物理碰撞和化學(xué)腐蝕性能好的用于運(yùn)氣車的高壓氣瓶。本發(fā)明的目的通過提供以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)
一種用于運(yùn)氣車的高壓氣瓶，包括位于中部的筒身段，分別位于兩端的兩個(gè)瓶口和連接筒身段和瓶口的封頭，所述高壓氣瓶的壁由內(nèi)到外依次包括由鋼制成的內(nèi)膽；由聚氨酯材料制成的結(jié)合涂層；由玻璃纖維-環(huán)氧體系復(fù)合材料制成的復(fù)合材料層；外保護(hù)膜。優(yōu)選的，所述內(nèi)膽由鉻鉬鋼管以旋壓收口的方式加工成形。優(yōu)選的，所述內(nèi)膽在加工成形后，按以下步驟進(jìn)行熱處理將內(nèi)膽放入加熱爐中， 加熱到860°C至910°C并保溫40分鐘到60分鐘；在水溶性淬火液中冷卻，然后進(jìn)行回火處理。優(yōu)選的，所述結(jié)合涂層為采用靜電涂裝工藝將聚氨酯粉末涂料均勻噴涂于內(nèi)膽表面而成，厚度大于60 μ m。優(yōu)選的，所述復(fù)合材料層由在內(nèi)膽外表面，使用浸漬了樹脂基體的玻璃纖維進(jìn)行環(huán)向纏繞、多層覆蓋而成，纏繞時(shí)浸潤有樹脂基體的玻璃纖維上施加有預(yù)設(shè)的張力。優(yōu)選的，所述復(fù)合材料層中，中間有2至6層為相對(duì)于所述高壓氣瓶的中軸線成 60°至80°螺旋纏繞而成，其他各層為環(huán)向纏繞而成。優(yōu)選的，所述纏繞后的高壓氣瓶按以下方式進(jìn)行固化將高壓氣瓶放入連續(xù)固化爐中，依次在第一溫區(qū)、第二溫區(qū)和第三溫區(qū)中進(jìn)行固化，所述第一溫區(qū)的溫度低于第二溫區(qū)，第三溫區(qū)的溫度低于第一溫區(qū)；在固化過程中保持高壓氣瓶水平自轉(zhuǎn)。優(yōu)選的，第一溫區(qū)溫度為90°C到110°C，第二溫區(qū)溫度為130°C到140°C，第三溫區(qū)溫度為70°C到90°C，總的固化時(shí)間4. 5小時(shí)至6. 5小時(shí)。優(yōu)選的，所述固化后的高壓氣瓶進(jìn)行自壓水緊和內(nèi)壁烘干處理。優(yōu)選的，所述高壓氣瓶的外保護(hù)膜為熱收縮膜，所述熱收縮膜的包裹步驟如下將筒狀的熱收縮膜套在筒身段，移入135°C到140°C的紅外加熱箱中，1分鐘到2分鐘后，將所述高壓氣瓶移出紅外加熱箱。優(yōu)選的，所述高壓氣瓶的容積為200L至400L，工作壓力在25MPa到35MPa。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在
采用鋼制的內(nèi)膽和玻璃纖維-環(huán)氧體系的復(fù)合材料層，疲勞性能和耐沖擊能力好，滿足運(yùn)氣車用高壓氣瓶的特殊要求；
采用特殊熱處理手段處理內(nèi)膽，使內(nèi)膽具有優(yōu)異穩(wěn)定的機(jī)械性能； 采用聚氨酯材料作為結(jié)合涂層，厚度大且保證了內(nèi)膽和復(fù)合材料層的緊密結(jié)合性和粘接性能，使內(nèi)膽和復(fù)合材料層受力更加協(xié)調(diào)，粘接剪切強(qiáng)度大于40MPa ；
復(fù)合材料層部分采用螺旋纏繞，使玻璃纖維能夠承載一部分的軸向強(qiáng)度，提高氣瓶的使用壽命；
氣瓶在固化爐中固化時(shí)保持水平自轉(zhuǎn)，保證了產(chǎn)品的表面質(zhì)量，固化過程使熱固性樹脂體系發(fā)生交聯(lián)，賦予了復(fù)合材料層一定程度的抗剪切、抗腐蝕、化學(xué)穩(wěn)定性和傳遞纖維應(yīng)力等綜合性能；固化時(shí)的溫區(qū)設(shè)置包括溫度較低的第三溫度，保證固化后的復(fù)合材料層逐步降溫，避免直接空冷造成樹脂脆性增加。復(fù)合材料層外包裹了外保護(hù)膜，避免空氣中的濕氣以及具有腐蝕性質(zhì)的物質(zhì)侵蝕復(fù)合材料層外表面，影響氣瓶性能和使用壽命；采用紅外加熱箱加熱收縮，包裹氣瓶，避免了使用普通烘箱的熱風(fēng)影響外保護(hù)膜的成型，使其能牢固的包裹在氣瓶的表面。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說明 圖1為本發(fā)明的具體實(shí)施例的高壓氣瓶的示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，該用于運(yùn)氣車的高壓氣瓶為一種鋼內(nèi)膽玻璃纖維環(huán)向纏繞氣瓶，容積在200 L 400L，使用工作壓力在25MPa 35MI^之間。高壓氣瓶包括位于中部的筒身段， 分別位于兩端的兩個(gè)瓶口和連接筒身段和瓶口的封頭，其壁由內(nèi)到外依次包括由鋼制成的內(nèi)膽1 ；由聚氨酯材料制成的結(jié)合涂層2 ；由玻璃纖維-環(huán)氧體系復(fù)合材料制成的復(fù)合材料層3 ；外保護(hù)膜。內(nèi)膽1由鉻鉬鋼管以旋壓收口的方式加工成形，其為儲(chǔ)存壓縮天然氣提供空間， 與充裝介質(zhì)直接接觸，起密封閉氣作用，承擔(dān)一部分的壓力。內(nèi)膽1在加工成形后，需進(jìn)行熱處理，步驟為將內(nèi)膽放入加熱爐中，加熱到860°C至910°C并保溫時(shí)間40分鐘到60分鐘；在水溶性淬火液中冷卻，然后進(jìn)行回火處理。該熱處理方式能顯著的提高內(nèi)膽的機(jī)械性能，熱處理后內(nèi)膽的金相組織為回火索氏體，整體性能均勻性好，內(nèi)膽個(gè)體間和個(gè)體內(nèi)的抗拉強(qiáng)度偏差不超過40MPa，延伸率達(dá)到12%以上。內(nèi)膽1上用數(shù)控車床加工出滿足尺寸和精度要求的螺紋。
內(nèi)膽1的表面進(jìn)行防腐處理，采用靜電涂裝的方式噴漆，有效的保證了內(nèi)膽1表面漆膜的均勻性、一致性和良好的光澤度。結(jié)合涂層2為采用靜電涂裝工藝將聚氨酯粉末涂料均勻噴涂于內(nèi)膽1表面而成， 厚度大于60 μ m。采用聚氨酯材料作為結(jié)合涂層2，厚度大且保證了內(nèi)膽和復(fù)合材料層的緊密結(jié)合性和粘接性能，使內(nèi)膽和復(fù)合材料層受力更加協(xié)調(diào)，粘接剪切強(qiáng)度大于40MPa。復(fù)合材料層3由在內(nèi)膽1的外表面，使用浸漬了樹脂基體的玻璃纖維進(jìn)行環(huán)向纏繞而成，纏繞時(shí)浸潤有樹脂基體的玻璃纖維上施加有預(yù)設(shè)的張力。具體纏繞中，首先在內(nèi)膽 1的兩端裝上與纏繞機(jī)、固化爐配套的工裝，將高強(qiáng)度玻璃纖維浸漬樹脂基體后，預(yù)設(shè)一定的張力纏繞在內(nèi)膽1的筒體上，根據(jù)高壓氣瓶的設(shè)計(jì)鋪層厚度，環(huán)向纏繞、多層覆蓋，中間可以有2至6層為相對(duì)于所述高壓氣瓶的中軸線成60°至80°螺旋纏繞而成，其他各層為環(huán)向纏繞而成。這樣纖維能夠承載一部分的軸向強(qiáng)度，有效提高氣瓶的使用壽命。纏繞后的高壓氣瓶按以下方式進(jìn)行固化將高壓氣瓶放入連續(xù)固化爐中，依次在第一溫區(qū)、第二溫區(qū)和第三溫區(qū)中進(jìn)行固化，第一溫區(qū)的溫度低于第二溫區(qū)，所述第三溫區(qū)的溫度低于第一溫區(qū)和第二溫區(qū)，這樣能保證固化后的復(fù)合材料層逐步降溫，避免直接空冷造成樹脂脆性增加；在固化過程中保持高壓氣瓶水平自轉(zhuǎn)，這樣能夠得到較好的氣瓶表面質(zhì)量。具體的，第一溫區(qū)溫度為90°C到110°C，第二溫區(qū)溫度為130°C到140°C，第三溫區(qū)溫度為70°C到90°C，總的固化時(shí)間在4. 5小時(shí)至6. 5小時(shí)之間?？傮w上，固化使熱固性樹脂體系發(fā)生交聯(lián)，賦予了復(fù)合材料層3 —定程度的抗剪切、抗腐蝕、化學(xué)穩(wěn)定性和傳遞纖維應(yīng)力等。固化后的高壓氣瓶需做自緊水壓試驗(yàn)、以及內(nèi)壁烘干處理。由于高壓氣瓶安裝后有部分暴露在空氣中，因此復(fù)合材料層3需要有有效的方式來保護(hù)以防止復(fù)合材料層表面受到腐蝕而影響氣瓶的性能。為此，高壓氣瓶表面設(shè)有前述的外保護(hù)膜，其采用熱收縮膜包裹形成，步驟如下將筒狀的熱收縮膜套在筒身段，移入 135°C到140°C的烘箱，優(yōu)選為紅外加熱箱中，1分鐘到2分鐘后，將所述高壓氣瓶移出烘箱， 優(yōu)選為紅外加熱箱。該熱收縮膜采用高分子受熱取向原理，在適當(dāng)?shù)臏囟认履軌蚝芊?，牢固的包裹在高壓氣瓶的表面，防止空氣中的濕氣以及具有腐蝕性質(zhì)的物質(zhì)侵蝕復(fù)合材料層外表面； 且使用紅外加熱箱加熱，避免了使用普通烘箱的熱風(fēng)影響外保護(hù)膜的成型。熱收縮膜包裹步驟放置于自緊水壓的烘干之后，還可以覆蓋自緊水壓氣瓶表面不可避免產(chǎn)生的環(huán)向裂紋，保護(hù)氣瓶的表面。本發(fā)明并不限于前述實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)精髓的啟示下，還可能做出其他變更，但只要其實(shí)現(xiàn)的功能與本發(fā)明相同或相似，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于運(yùn)氣車的高壓氣瓶，包括位于中部的筒身段，分別位于兩端的兩個(gè)瓶口和連接筒身段和瓶口的封頭，其特征在于所述高壓氣瓶的壁由內(nèi)到外依次包括由鋼制成的內(nèi)膽；由聚氨酯材料制成的結(jié)合涂層；由玻璃纖維-環(huán)氧體系復(fù)合材料制成的復(fù)合材料層；外保護(hù)膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于運(yùn)氣車的高壓氣瓶，其特征在于，所述內(nèi)膽由鉻鉬鋼管以旋壓收口的方式加工成形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于運(yùn)氣車的高壓氣瓶，其特征在于，所述內(nèi)膽在加工成形后，按以下步驟進(jìn)行熱處理將內(nèi)膽放入加熱爐中，加熱到860°C至910°C并保溫40分鐘到60分鐘；在水溶性淬火液中冷卻，然后進(jìn)行回火處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于運(yùn)氣車的高壓氣瓶，其特征在于，所述結(jié)合涂層為采用靜電粉末涂裝在內(nèi)膽表面均勻噴涂而成，厚度大于60 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于運(yùn)氣車的高壓氣瓶，其特征在于，所述復(fù)合材料層由在內(nèi)膽外表面，使用浸漬了樹脂基體的玻璃纖維進(jìn)行環(huán)向纏繞、多層覆蓋而成，纏繞時(shí)浸潤有樹脂基體的玻璃纖維上施加有預(yù)設(shè)的張力。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于運(yùn)氣車的高壓氣瓶，其特征在于，所述復(fù)合材料層中，中間有2至6層為相對(duì)于所述高壓氣瓶的中軸線成60°至80°螺旋纏繞而成，其他各層為環(huán)向纏繞而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的空氣動(dòng)力車的高壓氣瓶，其特征在于，所述纏繞后的高壓氣瓶按以下方式進(jìn)行固化將高壓氣瓶放入連續(xù)固化爐中，依次在第一溫區(qū)、第二溫區(qū)和第三溫區(qū)中進(jìn)行固化，所述第一溫區(qū)的溫度低于第二溫區(qū)，第三溫區(qū)的溫度低于第一溫區(qū)；在固化過程中保持高壓氣瓶水平自轉(zhuǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于運(yùn)氣車的高壓氣瓶，其特征在于，所述固化后的高壓氣瓶進(jìn)行自壓水緊和內(nèi)壁烘干處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于運(yùn)氣車的高壓氣瓶，其特征在于，所述高壓氣瓶的外保護(hù)膜為熱收縮膜，所述熱收縮膜的包裹步驟如下將筒狀的熱收縮膜套在筒身段，移入 135°C到140°C的紅外加熱箱中，1分鐘到2分鐘后，將所述高壓氣瓶移出紅外加熱箱。
10.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的用于運(yùn)氣車的高壓氣瓶，其特征在于所述高壓氣瓶的容積為200L至400L，工作壓力在25MPa到!35MPa。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于運(yùn)氣車的高壓氣瓶，包括位于中部的筒身段，分別位于兩端的兩個(gè)瓶口和連接筒身段和瓶口的封頭，所述高壓氣瓶的壁由內(nèi)到外依次包括由鋼制成的內(nèi)膽；由聚氨酯材料制成的結(jié)合涂層；由玻璃纖維-環(huán)氧體系復(fù)合材料制成的復(fù)合材料層；外保護(hù)膜。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在采用鋼制的內(nèi)膽和玻璃纖維-環(huán)氧體系的復(fù)合材料層，疲勞性能和耐沖擊能力好，滿足運(yùn)氣車用高壓氣瓶的特殊要求；復(fù)合材料層外包裹了外保護(hù)膜，避免空氣中的濕氣以及具有腐蝕性質(zhì)的物質(zhì)侵蝕復(fù)合材料層外表面，影響氣瓶性能。
文檔編號(hào)F17C1/06GK102434776SQ201110420369
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者匡歡, 吳鋒, 李歡歡, 王駿, 米寬, 谷有瓏 申請(qǐng)人:中材科技(蘇州)有限公司