本發明涉及儲氫高壓容器，具體為一種再生碳纖維增強內襯的制作方法及復合材料壓力容器。

背景技術：

1、復合材料氣瓶因其高強度、輕質、儲氣密度大的優勢，廣泛應用于航空航天、新能源汽車等領域，作為儲能設備使用。傳統ⅳ型儲氫氣瓶的內膽通常采用塑料材質，雖然具有良好的耐腐蝕性和氣密性，但其強度相對較低。在碳纖維纏繞層的外壓作用下，內膽可能出現結構變形，例如坍縮、翹曲，以及與纖維層分離的情況，這種現象被稱為外壓失穩。這種失穩現象會影響儲氫氣瓶的安全性，甚至引發氫氣泄漏或設備損壞。

2、經檢索，現有技術中，例如中國授權公告號cn117489969b的專利提出了一種改進設計，在氣瓶內膽中嵌入補強件，并通過滾塑方式與內膽一體成型。該設計通過增加補強件來提高內膽的強度，從而減少內膽在外壓作用下產生坍縮或翹曲的可能性。同時，這種結構能夠在一定程度上改善內膽與纖維層的結合性能，避免內膽與纏繞層分離，提升了氣瓶的整體穩定性和安全性。然而，由于嵌入補強件需要較復雜的加工工藝和額外的結構設計，可能會增加制造成本，并對內膽輕量化設計造成一定影響。

3、盡管上述技術解決了一定的外壓失穩問題，但在內膽輕量化、高強度和制造工藝優化方面，仍存在進一步改進的空間。尤其是在保障氣瓶內膽強度的同時，如何有效減輕重量、降低成本，依然是相關領域需要攻克的技術難題。

技術實現思路

1、針對現有技術的不足，本發明提供了一種再生碳纖維增強內襯的制作方法及復合材料壓力容器，解決了傳統復合材料氣瓶內膽強度不足導致的外壓失穩、纖維浪費及重量增加的問題。

2、為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：一種再生碳纖維增強內襯的制作方法，包括以下步驟：

3、s1、按照封頭模具制作壓力容器內膽封頭，采用注塑工藝制作，金屬瓶口閥座嵌入封頭模具中，注塑物料溫度為200℃～300℃，模具溫度為70℃～80℃，注塑壓力為50mpa～150mpa；

4、s2、制作壓力容器內膽筒體，采用卷管成型工藝；

5、s3、通過超聲波焊接技術實現封頭與筒體的結合，焊接頻率為15khz～20khz，換能器振幅為15μm～20μm，焊接時間為0.5s～1.5s；

6、s4、根據最小爆破強度設計碳纖維纏繞外增強層，單束纖維張力為15n～20n，單層厚度為0.2mm～0.3mm；

7、s5、對經過濕法纏繞后的壓力容器進行固化。

8、優選的，所述s1步驟中封頭材料選用回收尼龍6或回收尼龍66及短切纖維，所述s1步驟中金屬瓶口閥座加工方式不限于模壓或旋壓。

9、優選的，步驟2中筒體材料選用尼龍加預浸料或者尼龍加短切纖維，其中尼龍分為回收尼龍6或回收尼龍66，并可通過以下方式制作：

10、采用回收尼龍6或回收尼龍66及碳纖維預浸料，通過卷管成型工藝制作；

11、或采用回收尼龍6或回收尼龍66及短切纖維，通過注塑成型工藝制作。

12、優選的，所述步驟4中碳纖維纏繞外增強層的設計基于薄膜理論計算，并通過網格理論確定纏繞鋪層角度范圍為10°～90°。

13、優選的，所述s5步驟固化步驟包括：

14、溫度升至70～80℃，固化時間為1.5～2.5h；

15、溫度升至100～120℃，固化時間為5～7h。

16、優選的，所述s5步驟中環氧樹脂為耐中高溫韌性環氧樹脂。

17、一種再生碳纖維增強內襯的復合材料壓力容器，包括：

18、可回收內襯，所述可回收內襯包括封頭和筒體，其通過焊接連接成一體；

19、兩個金屬瓶口閥座，其分別與可回收內襯兩端封頭連接，用于連接壓力容器外部管路；

20、密封圈，其設置于所述金屬瓶口閥座和可回收內襯封頭的結合部；

21、碳纖維纏繞外增強層，其纏繞在可回收內襯外部，用于提供增強強度；

22、玻璃纖維外保護層，其覆蓋于碳纖維纏繞外增強層外側，用于提供外部保護

23、優選的，所述金屬瓶口閥座采用鋁合金6061制成。

24、本發明提供了一種再生碳纖維增強內襯的制作方法及復合材料壓力容器。

25、具備以下有益效果：

26、1、本發明通過采用回收尼龍6、回收尼龍66與短切纖維相結合的技術方案，結合機械回收和注塑成型工藝，達到了顯著降低生產成本的技術效果，相較于現有技術中僅依賴新原料的生產方案，本發明有效利用了回收材料，減少了對新原材料的依賴，降低了原料采購成本，同時，采用熱塑性樹脂的回收利用，減少了廢料的產生和處理費用，優化了資源使用效率。通過合理設計和優化的纏繞層角度，保證了材料強度和結構穩定性，避免了因過度依賴新材料而帶來的性能不均或浪費問題，從而進一步降低了整體生產成本，此外，本發明采用的高效注塑成型和纏繞工藝，大幅提升了生產效率，縮短了生產周期，降低了加工能耗。

27、2、本發明通過薄膜理論和網格理論對碳纖維纏繞外增強層的鋪層設計進行精確優化，確定了纏繞角度，并控制單層厚度和單束纖維張力，使增強層的分布更加均勻合理，相較于現有技術中補強設計難度高且難以精準控制纖維受力的問題，本發明顯著提高了纏繞層的設計效率，確保了補強件的可靠性和一致性，進一步提升了生產工藝的可控性，此外，采用此設計方案可有效解決ⅳ型瓶在纏繞前需通過復雜計算確定充壓保壓數值的問題，避免了因張力過大導致瓶體失穩(如瓶體塌陷)現象的發生，從而提升了產品的整體穩定性和安全性。

28、3、本發明采用可回收尼龍與短切纖維制作封頭和筒體，并結合輕量化的碳纖維增強層和玻璃纖維外保護層，實現了復合材料壓力容器整體的輕量化設計，與現有技術中普遍使用高密度金屬如不銹鋼或鋁合金作為補強件的設計不同，本發明有效避免了因材料密度過高導致的內膽整體質量增加問題，同時提高了容器的便攜性和適用性，適合更廣泛的使用場景。

技術特征：

1.一種再生碳纖維增強內襯的制作方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的一種再生碳纖維增強內襯的制作方法，其特征在于，所述s1步驟中封頭材料選用回收尼龍6或回收尼龍66及短切纖維，所述s1步驟中金屬瓶口閥座(2)加工方式不限于模壓或旋壓。

3.根據權利要求1所述的一種再生碳纖維增強內襯的制作方法，其特征在于，所述步驟2中筒體材料選用尼龍加預浸料或者尼龍加短切纖維，其中尼龍分為回收尼龍6或回收尼龍66，并可通過以下方式制作：

4.根據權利要求1所述的一種再生碳纖維增強內襯的制作方法，其特征在于，所述步驟4中碳纖維纏繞外增強層(4)的設計基于薄膜理論計算，并通過網格理論確定纏繞鋪層角度范圍為10°～90°。

5.根據權利要求1所述的一種再生碳纖維增強內襯的制作方法，其特征在于，所述s5步驟固化步驟包括：

6.根據權利要求1所述的一種再生碳纖維增強內襯的制作方法，其特征在于，所述s5步驟中濕法纏繞具體為將纖維經過浸膠槽后纏繞在氣瓶外表面，其中浸潤槽中放置有環氧樹脂，所述環氧樹脂為耐中高溫韌性環氧樹脂。

7.一種再生碳纖維增強內襯的復合材料壓力容器，其特征在于，包括：

8.根據權利要求7所述的一種再生碳纖維增強內襯的復合材料壓力容器，其特征在于，所述金屬瓶口閥座(2)采用鋁合金6061制成。

技術總結
本發明涉及儲氫高壓容器技術領域，公開了一種再生碳纖維增強內襯的制作方法，包括以下步驟：S1、按照封頭模具制作壓力容器內膽封頭，采用注塑工藝制作，金屬瓶口閥座嵌入封頭模具中，注塑物料溫度為200℃～300℃，模具溫度為70℃～80℃；還公開了一種再生碳纖維增強內襯的復合材料壓力容器，包括：可回收內襯，所述可回收內襯包括封頭和筒體，其通過焊接連接成一體；兩個金屬瓶口閥座，其分別與可回收內襯兩端封頭連接，用于連接壓力容器外部管路。通過回收尼龍6或尼龍66與碳纖維預浸料制成筒體，結合卷管成型和優化的碳纖維纏繞設計，提高內膽強度和承壓能力，減少材料使用，并通過輕量化結構避免高密度金屬補強件導致的質量增加問題。

技術研發人員：段世銘,曾新芳,李謨琛,王子健,黃爍
受保護的技術使用者：吉林化工學院
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28