[發明專利]一種防爆裂塑料內膽復合材料儲罐及其制作方法

在審

• 申請號: 202011613998.4
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112856210A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 劉峰;趙利可;李楠;周曉兵;劉巖
• 申請（專利權）人: 新啟時代（北京）材料科技有限公司
• 主分類號: F17C1/16
• 分類號: F17C1/16;F17C1/06;B29D22/00
• 代理公司: 廣州凱東知識產權代理有限公司 44259
• 代理人: 吳發登

本發明公開了一種防爆裂塑料內膽復合材料儲罐及其制作方法，包括塑料內膽、凸臺和復合材料纏繞層；塑料內膽表面鋪設或纏繞預浸編織纖維層，構成阻隔層；阻隔層的表面采用長絲纏繞構成結構層；阻隔層包括第一組碳纖維和第二組碳纖維；第一組碳纖維與所述第二組碳纖維之間采用交錯碳纖維編織；本發明通過在塑料內膽和結構層之間，增加編織碳纖維和高延展性樹脂構成的阻隔層，分擔塑料內膽的纏繞軸和防滲漏功能以及分擔外部結構纖維層載荷；通過阻隔層編織方式的設計可以控制阻隔層載荷的傳遞和分布，阻隔層碳纖維第一失效模式為由編織模式設計決定的負載超荷引起的碳纖維有序斷裂而導致的撕裂，失效發生時內容氣體將沿外層結構層孔隙發生泄露。

技術領域

本發明涉及儲罐技術領域，特別地是一種防爆裂塑料內膽復合材料儲罐及其制作方法。

背景技術

我國現有儲氫瓶，主要為35Mpa三型瓶。金屬氫脆效應隨儲氫壓力升高更顯著，直接沿用現有三型瓶技術路線升級空間受到限制。采用塑料內膽纏繞的70Mpa四型瓶，具有耐腐蝕、重量輕、強度高度的特點，具有良好的發展前景。

具有內膽的常規復合材料纏繞壓力容器，其上的復合材料外層通常設計用于防止由于瓶體破裂而引起的結構破壞，而內膽則設計用于容納封閉的流體。而這導致使壓力容器的結構設計與其流體容納的要求出現明顯的脫鉤。這會出現一以下三種實際的結果。首先，壓力容器中的內膽在承受壓力容器的內部壓力負荷方面效率不高，這使得內膽成為容易重量增加的負擔。第二，當壓力過高時，常規具備內膽的壓力容器的失效模式，實質上是整體結構殼體的災難性爆破，而不是通過內膽的泄漏。然而，對于許多應用場景而言，在單獨加壓和循環加壓下都需要實現在“爆裂前泄漏”的故障失效性能，因為它大大降低了壓力容器發生破壞性破壞而導致人身傷害或死亡的可能性。

為了解決上面提到的第一個問題，并且為了最小化復合材料壓力容器的重量，期望減少內膽的質量，同時防止泄露。為了解決上面的第二個問題，并且為了將復合壓力容器設計為對良性的“爆裂前泄漏”故障模式，希望減少內膽承擔的結構功能，并明確結構失效原因；為此，本發明提供一種防爆裂塑料內膽復合材料儲罐結構及其制作方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種防爆裂塑料內膽復合材料儲罐結構及其制作方法，阻隔層可提供出色的阻隔性能和負載能力，使內膽質量大大降低；另一方面，阻隔層可以設計成具有可預測性的剛度和應變斷裂性能，從而可以在阻隔纖維層和外部結構纖維層之間實現有效的結構載荷分擔，并具有從應變到泄露的高度可預測性的泄漏失效響應。

本發明通過以下技術方案實現的：

一種防爆裂塑料內膽復合材料儲罐，包括塑料內膽、凸臺和復合材料纏繞層；凸臺位于瓶體的兩端，與塑料內膽同軸，用于固定瓶閥接口和在復合材料纏繞過程中固定旋轉軸；其中：所述塑料內膽表面鋪設或纏繞預浸編織纖維層，構成阻隔層；所述阻隔層的表面采用長絲纏繞構成結構層；所述阻隔層包括第一組碳纖維和第二組碳纖維；所述第一組碳纖維與所述第二組碳纖維之間采用交錯碳纖維編織，通過所述阻隔層編織方式的設計可以控制阻隔層載荷的傳遞和分布，阻隔層碳纖維第一失效模式為由編織模式設計決定的負載超荷引起的碳纖維有序斷裂而導致的撕裂，失效發生時內容氣體將沿外層結構層孔隙發生泄露。

進一步地，所述阻隔層承擔響應于內部增壓而在儲罐內產生的總載荷的預定比例，遠高于所述塑料內膽所承受的比例。

進一步地，所述第二組碳纖維的每條碳纖維以特定角度的張力角相交織于所述第一組碳纖維的一個或者多個碳纖維。

進一步地，所述第二組碳纖維的每條碳纖維以一個或者多個角度的張力角相交織于所述第一組碳纖維的一個或者多個碳纖維。

進一步地，所述結構層采用預浸絲或切割單向預浸帶或濕法纏繞分為螺旋和傾斜層交替纏繞。

進一步地，所述阻隔層樹脂采用高延展性材料，在阻隔層碳纖維發生斷裂失效前不應發生斷裂。