[實用新型]一種防爆裂塑料內(nèi)膽復(fù)合材料儲罐

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202023283022.3
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN214249125U
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉峰;趙利可;李楠;周曉兵;劉巖
• 申請（專利權(quán)）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(chǎn)權(quán)代理有限公司 44259
• 代理人: 吳發(fā)登

本實用新型公開了一種防爆裂塑料內(nèi)膽復(fù)合材料儲罐，包括塑料內(nèi)膽、凸臺和復(fù)合材料纏繞層；塑料內(nèi)膽表面鋪設(shè)或纏繞預(yù)浸編織纖維層，構(gòu)成阻隔層；阻隔層的表面采用長絲纏繞構(gòu)成結(jié)構(gòu)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；本實用新型通過在塑料內(nèi)膽和結(jié)構(gòu)層之間，增加編織碳纖維和高延展性樹脂構(gòu)成的阻隔層，分擔塑料內(nèi)膽的纏繞軸和防滲漏功能以及分擔外部結(jié)構(gòu)纖維層載荷；通過阻隔層編織方式的設(shè)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(shè)計決定的負載超荷引起的碳纖維有序斷裂而導(dǎo)致的撕裂，失效發(fā)生時內(nèi)容氣體將沿外層結(jié)構(gòu)層孔隙發(fā)生泄露。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及儲罐技術(shù)領(lǐng)域，特別地是一種防爆裂塑料內(nèi)膽復(fù)合材料儲罐。

背景技術(shù)

我國現(xiàn)有儲氫瓶，主要為35Mpa三型瓶。金屬氫脆效應(yīng)隨儲氫壓力升高更顯著，直接沿用現(xiàn)有三型瓶技術(shù)路線升級空間受到限制。采用塑料內(nèi)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(fā)展前景。

具有內(nèi)膽的常規(guī)復(fù)合材料纏繞壓力容器，其上的復(fù)合材料外層通常設(shè)計用于防止由于瓶體破裂而引起的結(jié)構(gòu)破壞，而內(nèi)膽則設(shè)計用于容納封閉的流體。而這導(dǎo)致使壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與其流體容納的要求出現(xiàn)明顯的脫鉤。這會出現(xiàn)一以下三種實際的結(jié)果。首先，壓力容器中的內(nèi)膽在承受壓力容器的內(nèi)部壓力負荷方面效率不高，這使得內(nèi)膽成為容易重量增加的負擔。第二，當壓力過高時，常規(guī)具備內(nèi)膽的壓力容器的失效模式，實質(zhì)上是整體結(jié)構(gòu)殼體的災(zāi)難性爆破，而不是通過內(nèi)膽的泄漏。然而，對于許多應(yīng)用場景而言，在單獨加壓和循環(huán)加壓下都需要實現(xiàn)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(fā)生破壞性破壞而導(dǎo)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(fù)合材料壓力容器的重量，期望減少內(nèi)膽的質(zhì)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(fù)合壓力容器設(shè)計為對良性的“爆裂前泄漏”故障模式，希望減少內(nèi)膽承擔的結(jié)構(gòu)功能，并明確結(jié)構(gòu)失效原因；為此，本實用新型提供一種防爆裂塑料內(nèi)膽復(fù)合材料儲罐結(jié)構(gòu)及其制作方法。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于提供一種防爆裂塑料內(nèi)膽復(fù)合材料儲罐結(jié)構(gòu)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(nèi)膽質(zhì)量大大降低；另一方面，阻隔層可以設(shè)計成具有可預(yù)測性的剛度和應(yīng)變斷裂性能，從而可以在阻隔纖維層和外部結(jié)構(gòu)纖維層之間實現(xiàn)有效的結(jié)構(gòu)載荷分擔，并具有從應(yīng)變到泄露的高度可預(yù)測性的泄漏失效響應(yīng)。

本實用新型通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種防爆裂塑料內(nèi)膽復(fù)合材料儲罐，包括塑料內(nèi)膽、凸臺和復(fù)合材料纏繞層；凸臺位于瓶體的兩端，與塑料內(nèi)膽同軸，用于固定瓶閥接口和在復(fù)合材料纏繞過程中固定旋轉(zhuǎn)軸；其中：所述塑料內(nèi)膽表面鋪設(shè)或纏繞預(yù)浸編織纖維層，構(gòu)成阻隔層；所述阻隔層的表面采用長絲纏繞構(gòu)成結(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)計決定的負載超荷引起的碳纖維有序斷裂而導(dǎo)致的撕裂，失效發(fā)生時內(nèi)容氣體將沿外層結(jié)構(gòu)層孔隙發(fā)生泄露。

進一步地，所述阻隔層承擔響應(yīng)于內(nèi)部增壓而在儲罐內(nèi)產(chǎn)生的總載荷的預(yù)定比例，遠高于所述塑料內(nèi)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(jié)構(gòu)層采用預(yù)浸絲或切割單向預(yù)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(fā)生斷裂失效前不應(yīng)發(fā)生斷裂。