一种由复合材料制备的压力容器及其制备方法与流程

本发明涉及压力容器的，具体涉及由复合材料制得的压力容器及其制备方法。

背景技术：

1、复合材料压力容器具有重量轻、耐腐蚀性好、可设计性强、失效时无杀伤性碎片产生等许多优点，是一种比较理想的轻质高强度、高性能压力容器。目前已经比较广泛地应用于航空航天、船舶、汽车、抢险救生、医疗卫生等诸多领域。

2、关于复合材料压力容器的制备方法，目前的技术一般都是采用金属内衬层或者热塑性内衬层，该内衬层作为容器中的气体/液体阻隔屏障。在内衬层外有维持腔内压力的复合层，该复合层通常有玻璃纤维或碳纤维通过浸渍缠绕的工艺来制备；比如，专利cn109790377a中所采用的是用于储氢的单层内衬压力容器，该内衬层是有聚酰胺材料通过注塑工艺制备而成，然后再通过焊接将两部分壳体固定在一起；专利cn 1232751c中所提到的复合材料压力容器也是采用铝合金薄壁内衬或者塑料薄壁内衬制成容器，然后在容器的外部采用预应力倾角缠绕高强度纤维浸润环氧树脂基复合材料带制备复合材料层；专利cn101984763 a中所提到的技术方案也是采用聚合物内衬层和外纤维强化的聚合物结构层。同样的，专利cn108692181 b也是采用了类似的工艺。

3、但是，以上技术所存在的问题是复合材料层均采用了纤维浸渍树脂缠绕的工艺制备的，该工艺相对来说比较复杂，生产时间长，成本高。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种由复合材料制得的压力容器及其具体的制备方法，本发明的方法简单，生产效率较高。

2、为了实现本发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

3、本发明在第一方面提供了一种由复合材料制备的压力容器，所述压力容器包括内层和外层；所述内层由内衬层沿着转轴方向延伸形成圆柱形空间，所述外层是由复合材料层包裹在所述内层的外周形成增强性结构；其中，所述内衬层和所述复合材料层均采用热塑性材料制备而成。

4、在本发明提供的压力容器中，所述内衬层可以具体选自高密度聚乙烯材料或聚酰胺材料。

5、在一些具体的实施方式中，所述复合材料层是采用热塑性材料、增强纤维、阻燃剂和抗静电剂制备得到；具体来说，本发明中的热塑性材料是采用长纤维增强的热塑性材料或者连续纤维的增强热塑性材料。

6、在一些具体的实施方式中，复合材料层中的热塑性材料可以具体选自聚酰胺、聚酯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚苯醚或聚烯烃中的一种或者多种，一般优选聚酰胺或聚丙烯。复合材料层中的增强纤维具体可以选自玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维中的一种或多种。

7、在一些具体的实施方式中，所述阻燃剂选自芳香族溴化物、环脂族溴化物、脂肪族溴化物或三氧化二锑中的一种或多种。

8、在一些具体的实施方式中，所述抗静电剂选自乙炔炭黑、捷克炭黑、碳纳米管、硬脂酸甘油酯、乙氧基化醇、硫酸烷基酯或季铵盐中的一种或多种。

9、本发明在第二方面提供了一种制备上述压力容器的方法，包含以下步骤：

10、(1)将所述内衬层置于吹塑模具中，向模具内腔中吹入压缩空气使其沿着转轴方向形成圆柱形空间，再经冷却、脱模后得到所述内层；

11、(2)采用所述复合材料层在所述内层的外周进行包裹，以在所述内层的外周对称地形成外层，得到压力容器。

12、本发明方法的具体实施方式中，在步骤(1)中将热塑性材料制成的内衬层放入到吹塑工艺使用的模具并将该模具闭合，然后向模腔内吹入压缩空气使塑料型坯吹胀而紧贴在模具内壁上，最终再经冷却脱模后得到内层。在上述实施过程中吹塑、脱模工艺可以采用本领域常规的技术手段，具体控制参数在此不再赘述。

13、本发明方法的具体实施方式中，步骤(2)采用注塑工艺或模压工艺使用复合材料层将上述形成的内层进行包裹，得到压力容器。

14、本发明方法的一些具体实施方式中，所述复合材料层分为左右对称或上下对称的两部分，通过活动连接的方式(比如，铆接，螺栓固定)将复合材料层的上述两部分装配起来，以实现将所述内层包裹在复合材料层的外部，从而得到本发明的压力容器。

15、采用上述的技术方案，具有如下的技术效果：

16、本发明提供的压力容器的内衬层和复合材料层均采用热塑性材料，可以回收再利用，对环境无污染。同时，本发明方法采用注塑工艺或模压工艺将复合材料层包裹在内层外周，能够使产品保持高精度和高强度，利于装配，并且生产时间短，降低了生产成本。

17、本发明提供的由复合材料制备的压力容器的压力强度能够达到5～10mpa。

技术特征：

1.一种由复合材料制备的压力容器，其特征在于，所述压力容器包括内层和外层；所述内层由内衬层沿着转轴方向延伸形成圆柱形空间，所述外层是由复合材料层包裹在所述内层的外周形成增强性结构；

2.根据权利要求1所述的压力容器，其特征在于，所述内衬层选自高密度聚乙烯材料或聚酰胺材料。

3.根据权利要求1或2所述的压力容器，其特征在于，所述复合材料层采用热塑性材料、增强纤维、阻燃剂和抗静电剂制备得到。

4.根据权利要求3所述的压力容器，其特征在于，所述复合材料层中的热塑性材料选自聚酰胺、聚酯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚苯醚或聚烯烃中的一种或者多种，优选为聚酰胺或聚丙烯。

5.根据权利要求4所述的压力容器，其特征在于，所述复合材料层中的增强纤维选自玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的压力容器，其特征在于，所述阻燃剂选自芳香族溴化物、环脂族溴化物、脂肪族溴化物或三氧化二锑中的一种或多种。

7.根据权利要求6所述的压力容器，其特征在于，所述抗静电剂选自乙炔炭黑、捷克炭黑、碳纳米管、硬脂酸甘油酯、乙氧基化醇、硫酸烷基酯或季铵盐中的一种或多种。

8.一种制备权利要求1～7中任一项所述压力容器的方法，其特征在于，包含以下步骤：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(2)中使用注塑工艺或模压工艺将所述复合材料层对内层进行包裹。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述复合材料层分为上下对称或左右对称的两部分对所述内层进行包裹。

技术总结本发明提供了一种由复合材料制备的压力容器，该压力容器包括内层和外层；所述内层由内衬层沿着转轴方向延伸形成圆柱形空间，所述外层是由复合材料层包裹在所述内层的外周形成增强性结构。本发明提供的压力容器的内层和外层均采用了热塑性材料具备一定的耐压性能，且具有可循环回收利用、耐腐蚀性等优点；同时，本发明提供的成型工艺还可以使产品具有高精度和高强度，利于装配，能够缩短产品生产时间，显著降低生产成本。技术研发人员：吴福梅,张志成,梁文斌受保护的技术使用者：国家能源投资集团有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/7/4