[发明专利]一种内嵌金属密封件的气瓶塑料内胆及其制备方法

说明书

本发明涉及一种内嵌金属密封件的气瓶塑料内胆及其制备方法。首先在金属密封件的外表面包覆上至少一层塑料，然后再将其固定至滚塑模具中，接着成型出内嵌金属密封件的气瓶塑料内胆。通过上述方法将金属与塑料的一次成型及直接复合，转化为二次成型及塑料与塑料之间的复合，整个制备工艺不受内嵌件尺寸限制，显著提高了金属密封件内嵌部位的塑料填充率并杜绝了孔洞的出现，有效避免了滚塑成型的局限性，保证了气瓶的可靠性和安全性。

技术领域

本发明涉及压力容器及氢能源技术领域，具体涉及一种内嵌金属密封件的气瓶塑料内胆及其制备方法。

背景技术

氢气作为一种公认的清洁能源，近年来发展势头十分迅猛。相对于石油、天然气、煤炭等传统化石能源，氢气燃烧后的产物为水，不存在氮氧化物及二氧化碳等气体排放问题，在改善空气质量和节能减排方面优势明显，这也促使世界各国大力发展氢能源产业。

氢气的密度比空气小，常温常压下为气态，低温高压下可转变为液态，进而能够方便的储存和运输。发展氢能源产业首先要解决的一个核心问题，就是如何安全、高效的储存、运输氢气，这对气瓶的设计、制造提出了极高的要求。传统的储气瓶通常为金属材质，不仅较为笨重增加了运输难度，而且金属瓶体易腐蚀破损，氢气一旦泄露很容易爆炸，存在极大的安全风险。

随着技术的发展，越来越多的氢气瓶采用了复合材料，这种气瓶通常由塑料内胆和碳纤维缠绕外层构成，由此实现了轻量化、高强度、高密封性的设计要求。虽然绝大部分瓶身可以采用塑料内胆加碳纤维复合材料缠绕制造，但是瓶口部分依然为金属材料。传统制备方法通常是将金属瓶口(即内嵌件)直接放入模具中，然后滚塑或注塑成型得到塑料内胆，接着在其表面缠绕碳纤维，最终得到气瓶成品。研究发现，在利用上述方法制备气瓶内胆的过程中，树脂往往难以流入并完全填充金属嵌件与模具之间的空隙，容易导致封头部分出现较大的缺料或孔隙缺陷。另外，采用嵌件加注塑的工艺制备气瓶内胆时，后续还需通过热熔的方式将两个半注塑件焊接起来，然而在焊缝位置易出现氢渗等问题。以上这些缺点严重影响了气瓶产品质量。

发明内容

本发明的目的在于解决现有储氢气瓶制造过程中存在的上述问题，提供一种内嵌金属密封件的气瓶塑料内胆的制备方法，该方法包括以下步骤：(a)制备金属密封件备用；(b)在金属密封件表面预制至少一层塑料包覆层，得到复合内嵌件；(c)将复合内嵌件置于模具中成型，得到含金属嵌件的气瓶塑料内胆。

进一步的，步骤(a)所述金属密封件包括一体成型的底座1和外凸部2，在外凸部2中设置有贯通孔3，在外凸部2远离底座1一侧设置有台阶4。

进一步的，步骤(b)所述复合内嵌件呈半包埋状态，即塑料包覆层5并未完全(即部分)将金属密封件包裹住。

更进一步的，步骤(b)所述塑料包覆层5仅包覆金属密封件台阶4以下的外表面。

进一步的，步骤(b)所述塑料包覆层的材质(即包材)与塑料内胆主体的材质相同或相近(优选相同)，并且塑料包覆层材料的熔点不低于塑料内胆主体材料的熔点。

更进一步的，所述塑料包覆层的材质选自聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、尼龙(PA)及其他通用塑料或工程塑料中的至少一种，优选高密度PE或PA；塑料内胆主体的材质选自PP、PE、PA及其他通用塑料或工程塑料中的至少一种，优选高密度PE或PA。

进一步的，步骤(b)中塑料包覆层的厚度相当于气瓶塑料内胆厚度的0.5-3倍，优选为1-2倍。

进一步的，步骤(b)采用注塑成型或者3D打印成型的方式在金属密封件表面预制塑料包覆层，包覆成型前将金属密封件加热至包材熔点温度。注塑成型的工艺参数为：注射机压力150-250t，注塑机锁模力1500-2000N；3D打印成型的工艺参数为：喷嘴温度高于包材熔点40-60℃，打印速度为30-80mm/s。