一种含有缺陷的IV型储氢瓶样瓶及其制备方法与流程

本发明涉及一种iv型储氢瓶样瓶，具体涉及一种含有缺陷的iv型储氢瓶样瓶及其制备方法。

背景技术：

伴随氢燃料电池和电动汽车的迅速发展与产业化，ⅳ型储氢气瓶因其质量轻、耐疲劳等特点正成为全世界的研究热点。iv型储氢气瓶一般由内胆、纤维缠绕复合材料增强层和纤维缠绕复合材料保护层等三层组成，iv型储氢气瓶在使用过程中可能会产生损伤(也称之为缺陷)，如断丝、分层、内胆曲屈、内胆鼓泡、内胆裂纹等。如果这些损伤没有被及时发现，将会导致难以估计的灾难。目前，一般采用无损检测技术对材料内部缺陷进行检测，因此，利用无损检测技术实现对iv型储氢气瓶的内部缺陷的检测，保障车载储氢气瓶使用安全具有非常重要的意义。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供一种含有缺陷的iv型储氢瓶样瓶及其制备方法，能够使得iv型储氢瓶的缺陷检测更准确。

本发明采用的技术方案为：

本发明实施例提供一种含有缺陷的iv型储氢瓶样瓶，包括：内胆、缠绕层和保护层，所述内胆由塑料材质制成，所述缠绕层由碳纤维和树脂形成，所述保护层由玻璃纤维和树脂形成，其中，在所述内胆和/或所述缠绕层上设置有缺陷，所述缺陷用于模拟iv型储氢瓶在实际使用过程中发生的缺陷。

可选地，所述内胆上设置有缺陷，所述内胆上的缺陷包括凹槽和/或凹孔，所述凹槽用于模拟内胆在实际使用过程中发生的裂纹缺陷，所述凹孔用于模拟内胆在实际使用过程中发生的起泡缺陷。

可选地，在所述内胆上具有焊缝的情况下，所述凹槽形成在所述焊缝中以及距离所述焊缝预设距离的区域内，其中，形成在所述焊缝中的凹槽沿所述焊缝的延伸方向形成，形成在距离所述焊缝预设距离的区域内的凹槽包括沿内胆的周向方向、轴向方向以及相对于所述焊缝的延伸方向倾斜的倾斜方向形成的凹槽。

可选地，所述预设距离为5cm～10cm。

可选地，所述缠绕层上设置有缺陷，所述缠绕层上的缺陷包括形成在碳纤维上的割伤和/或设置在相邻两个碳纤维之间的分层件，所述割伤用于模拟所述缠绕层在实际使用过程中发生的断丝缺陷，所述分层件用于模拟所述缠绕层在实际使用过程中发生的分层缺陷。

可选地，所述缠绕层通过按照预设的多个不同的缠绕方向d＝(d1，d2，…，dn)缠绕浸涂有树脂的碳纤维并加热固化形成，n大于等于3；

其中，在按照缠绕方向di缠绕得到的碳纤维上形成割伤时，按照缠绕方向di 1缠绕的碳纤维的宽度大于形成的割伤的宽度，di为第i个缠绕方向，i的取值为1到n。

本发明实施例还提供一种含有缺陷的iv型储氢瓶样瓶的制备方法，用于制备前述的样瓶。

本发明实施例提供的含有缺陷的iv型储氢瓶样瓶及其制备方法，由于在iv型储氢瓶的制备过程中预埋了模拟iv型储氢瓶实际发生的缺陷，能够为iv型储氢瓶的无损检测/监测提供缺陷样本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的在内胆上含有缺陷的iv型储氢瓶样瓶的示意图；

图2为本发明实施例的内胆上的缺陷的相对位置分布图。

图3为本发明实施例提供的在缠绕层和保护层上含有缺陷的iv型储氢瓶样瓶的示意图；

图4为本发明实施例的缠绕层和保护层上的缺陷的相对位置分布图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图1至图4所示，本发明实施例提供的含有缺陷的iv型储氢瓶样瓶，包括：内胆1、缠绕层2和保护层(未图示)。内胆1由塑料材质制成，缠绕层2由碳纤维和树脂形成，保护层可由玻璃纤维和树脂形成。

其中，在内胆1和/或缠绕层2上设置有缺陷，该缺陷用于模拟iv型储氢瓶在实际使用过程中发生的缺陷，例如，用于模拟iv型储氢瓶在实际使用过程中纤维层间可能发生的分层缺陷和纤维层的断丝缺陷，以及内胆可能出现的裂纹缺陷和起泡缺陷。

在本发明一实施例中，可在内胆1上设置有缺陷。内胆上的缺陷可包括凹槽和/或凹孔。在本发明实施例中，可在内胆1的内表面或者外表面上设置缺陷。本发明实施例中的内胆可包括内胆主体和瓶口，可为现有的iv型储氢瓶的内胆结构。

其中，在发明实施例中，凹槽用于模拟内胆在实际使用过程中发生的裂纹缺陷。在内胆上具有焊缝的情况下，凹槽可形成在焊缝中以及距离焊缝预设距离的区域内，其中，形成在焊缝中的凹槽沿焊缝的延伸方向形成，一般延伸方向为塑料内胆的周向方向。形成在距离焊缝预设距离的区域内的凹槽可包括沿内胆的周向方向、轴向方向以及相对于焊缝的延伸方向倾斜的倾斜方向形成的凹槽。预设距离可为5cm～10cm。倾斜方向与焊缝的延伸方向(即中心线)之间的夹角可为大于0的夹角，夹角的具体数值可根据实际情况进行确定，本发明不作特别限定。凹槽可通过刀具、激光等进行蚀刻得到，凹槽的形成位置、个数和具体尺寸(包括长宽高)可根据实际需要进行设定。一般，凹槽的最小宽度可为0.2mm或者能加工的最小宽度，最大宽度不超过0.5mm，以便能够模拟实际的裂纹缺陷。即，在内胆存在焊缝的情况下，凹槽可在四个方向形成。如果内胆不存在焊缝，则可仅沿内胆的周向方向和轴向方向设置凹槽。

在发明实施例中，凹孔用于模拟内胆在实际使用过程中发生的起泡缺陷。凹孔可通过铣削或者磨刀加工得到。凹孔的形状、形成位置、个数和具体尺寸(包括直径和孔深)可根据实际需要进行设定。在一个示例中，凹孔的截面可为圆形，以便能够更准确的模拟内胆的起泡缺陷。凹孔的孔深不大于塑料内胆的壁厚。

在本发明实施例中，缠绕层2上可设置有缺陷。缠绕层2上的缺陷可包括形成在碳纤维上的割伤和/或设置在相邻两个碳纤维之间的分层件。

在本发明实施例中，缠绕层可通过按照预设的多个不同的缠绕方向d＝(d1，d2，…，dn)缠绕浸涂有树脂的碳纤维并加热固化形成，n大于等于3。在一个优选实施例中，n＝3，缠绕方向可包括沿塑料内胆的周向方向、沿塑料内胆的两个对角线方向，但并不局限于此，也可以是其它的缠绕方向。在本发明实施例中，可在部分缠绕浸涂有树脂的碳纤维之后加热固化，在另一个实施例中，可在全部缠绕浸涂有树脂的碳纤维之后加热固化。

其中，割伤用于模拟缠绕层(具体为碳纤维)在实际使用过程中发生的断丝缺陷，可通过刀具、剪刀等器具割断需要形成割伤的碳纤维得到。割伤可在碳纤维的缠绕过程中形成。具体地，在按照缠绕方向di缠绕得到的碳纤维上形成割伤ci时，按照缠绕方向di 1缠绕的碳纤维的宽度wi 1大于形成的割伤ci的宽度wi，例如，wi 1＝wi w，w为5～10cm，di为第i个缠绕方向，i的取值为1到n。割伤的形成位置、具体尺寸(包括长宽高)可根据实际情况进行确定。其中，割伤的宽度基于使用的器具的宽度确定，优选，割伤的宽度应位于[0.2mm，0.5mm]之间，割伤的长度取决于割断的碳纤维的根数，例如，如果割断了3根碳纤维，则割伤的长度等于3×a，a为每根碳纤维的宽度。割伤的高度取决于割断的碳纤维的层数，例如，如果割断了4层碳纤维，则割伤的长度等于4×b，b为每根碳纤维的厚度。本发明实施例中，由于缠绕的每束碳纤维都浸涂有树脂，并且在需要在某个缠绕方向的碳纤维上形成割伤时，需在下一个缠绕方向缠绕有预设数量的碳纤维时，再在该缠绕方向的碳纤维上形成割伤，能够避免由于形成割伤时导致碳纤维崩开，即能够确保在碳纤维上形成指定的割伤。

分层件用于模拟缠绕层(具体为碳纤维之间)在实际使用过程中发生的分层缺陷。分层件可通过粘接的方式在碳纤维的缠绕过程中粘接在预设的碳纤维上。分层件的材质可选用能够被激光识别到的材质，即与碳纤维和树脂的材质均不同，只要能够区别于碳纤维和树脂易于被激光识别到的任何材质均可，例如，可包括硬纸板、聚四氟乙烯、钢带、铁片等。分层件的粘贴位置、大小和个数等可根据实际情况进行确定。

在本发明实施例中，碳纤维的缠绕方式、缠绕厚度以及树脂的添加量等可根据实际需要确定，本发明不作特别限制，本发明意在保护形成有缺陷的iv型储氢瓶样瓶，具体设置的缺陷可根据实际需要选择性设置，本发明不做特别限定。以下，本发明通过第一实施例和第二实施例对含有缺陷的iv型储氢瓶样瓶进行示意性说明。

【第一实施例】

在该实施例中，含有缺陷的iv型储氢瓶样瓶在缠绕层和保护层上设置有割伤和分层件，分别用于模拟分层和断丝缺陷，如图1所示。其中，割伤和分层件的相对位置如图2所示。其中，割伤的位置及尺寸见表1，分层件的位置及尺寸见表2，图中标号f1～f18表示分层件添加位置，标号cz1-cz12和cl1-cl12表示割伤位置，标号h1和h2分别表示缠绕层和保护层整体厚度的二分之一和三分之一位置处。表1分层缺陷的位置和尺寸

表2断丝缺陷的位置及尺寸

注：在1/2缠绕层处剪切缺陷完毕后在瓶口对应的缺陷位置标记出-120°定位点。

【第二实施例】

在该实施例中，含有缺陷的iv型储氢瓶样瓶在具有焊缝的内胆上设置有凹槽和凹孔，分别用于模拟内胆的裂纹和起泡缺陷，如图3所示。凹槽和凹孔的相对位置如图4所示。其中，凹槽的位置及尺寸见表3，凹孔的位置及尺寸见表4。在图3和图4中，标号h1-h5表示形成在焊缝中的凹槽位置，标号h6-h20表示形成在除焊缝之外的区域中的凹槽位置，q1～q9表示凹孔形成位置。

表3内胆焊缝缺陷位置及尺寸

表4起泡缺陷位置及尺寸

本发明另一实施例还提供一种含有缺陷的iv型储氢瓶样瓶的制备方法，用于制备前述的含有缺陷的iv型储氢瓶样瓶。具体地，本发明实施例提供的含有缺陷的iv型储氢瓶样瓶的制备方法，可包括以下步骤：

s100，准备塑料内胆；

s110，在塑料内胆上分别形成多个凹槽和/或凹孔，凹槽和凹孔的形成位置不同。

其中，在发明实施例中，凹槽用于模拟内胆在实际使用过程中发生的裂纹缺陷，可在内胆1的内表面或者外表面上设置凹槽和/或凹孔。在内胆上具有焊缝的情况下，凹槽可形成在焊缝中以及距离焊缝预设距离的区域内，其中，形成在焊缝中的凹槽沿焊缝的延伸方向形成，一般延伸方向为塑料内胆的周向方向。形成在距离焊缝预设距离的区域内的凹槽可包括沿内胆的周向方向、轴向方向以及相对于焊缝的延伸方向倾斜的倾斜方向形成的凹槽。预设距离可为5cm～10cm。倾斜方向与焊缝的延伸方向之间的夹角可为大于0的夹角，夹角的具体数值可根据实际情况进行确定，本发明不作特别限定。凹槽可通过刀具、激光等进行蚀刻得到，凹槽的形成位置、个数和具体尺寸(包括长宽高)可根据实际需要进行设定。一般，凹槽的最小宽度可为0.2mm或者能加工的最小宽度，最大宽度不超过0.5mm，以便能够模拟实际的裂纹缺陷。即，在内胆存在焊缝的情况下，凹槽可在四个方向形成。如果内胆不存在焊缝，则可仅沿内胆的周向方向和轴向方向设置凹槽。

在发明实施例中，凹孔用于模拟内胆在实际使用过程中发生的起泡缺陷。凹孔可通过铣削或者磨刀加工得到。凹孔的形状、形成位置、个数和具体尺寸(包括直径和孔深)可根据实际需要进行设定。在一个示例中，凹孔的截面可为圆形，以便能够更准确的模拟内胆的起泡缺陷。凹孔的孔深不大于塑料内胆的壁厚。

s120，在塑料内胆上缠绕浸涂有树脂的碳纤维并加热固化，形成缠绕层，其中，在缠绕过程中，在预设的碳纤维上形成多个割伤和/或添加多组分层件，割伤的形成位置和分层件的添加位置不同。

在本发明实施例中，割伤用于模拟缠绕层(具体为碳纤维)在实际使用过程中发生的断丝缺陷，可通过刀具、剪刀等器具割断需要形成割伤的碳纤维得到。割伤的形成位置、具体尺寸(包括长宽高)可根据实际情况进行确定。其中，割伤的宽度基于使用的器具的宽度确定，优选，割伤的宽度应位于[0.2mm，0.5mm]之间，割伤的长度取决于割断的碳纤维的根数，例如，如果割断了3根碳纤维，则割伤的长度等于3*a，a为每根碳纤维的宽度。割伤的高度取决于割断的碳纤维的层数，例如，如果割断了4层碳纤维，则割伤的长度等于4*b，b为每根碳纤维的厚度。

进一步地，在本发明实施例中，可按照预设的缠绕顺序，将浸涂有树脂的碳纤维依次按照预设的多个不同的缠绕方向d＝(d1，d2，…，dn)进行缠绕，以将碳纤维一层层的缠绕在塑料内胆上。在本发明实施例中，n大于等于3。在一个优选实施例中，n＝3，缠绕方向可包括沿塑料内胆的周向方向、沿塑料内胆的两个对角线方向，但并不局限于此，也可以是其它的缠绕方向。具体的缠绕方式可根据实际需要布置的缺陷进行。

在本发明实施例中，可在部分缠绕浸涂有树脂的碳纤维之后加热固化，在另一个实施例中，可在全部缠绕浸涂有树脂的碳纤维之后加热固化。其中，在本发明实施例中，在按照缠绕方向di缠绕得到的碳纤维上形成割伤ci时，按照缠绕方向di 1缠绕的碳纤维的宽度wi 1大于形成的割伤ci的宽度wi，例如，wi 1＝wi w，w为5～10cm，di为第i个缠绕方向，i的取值为1到n。本发明实施例中，由于缠绕的每束碳纤维都浸涂有树脂，并且在需要在某个缠绕方向的碳纤维上形成割伤时，需在下一个缠绕方向缠绕有预设数量的碳纤维时，再在该缠绕方向的碳纤维上形成割伤，能够避免由于形成割伤时导致碳纤维崩开，即能够确保在碳纤维上形成指定的割伤。

在本发明实施例中，分层件用于模拟缠绕层(具体为碳纤维之间)在实际使用过程中发生的分层缺陷。分层件可通过粘接的方式粘接在预设的碳纤维上。分层件的材质可选用能够被激光识别到的材质，即与碳纤维和树脂的材质均不同，只要能够区别于碳纤维和树脂易于被激光识别到的任何材质均可，例如，可包括硬纸板、聚四氟乙烯、钢带、铁片等。分层件的粘贴位置、大小和个数等可根据实际情况进行确定。

s130，在缠绕层上形成保护层。

在本发明实施例中，保护层可通过在缠绕层上缠绕玻璃纤维和添加树脂得到，具体可通过缠绕玻璃纤维和浇注树脂并加热固化得到。具体形成保护层的方法可为现有方法。

在发明实施例中，上述步骤s100～s130可根据实际需要选择性执行。例如，可按照顺序在同一个瓶体上执行，即可形成同时具有分层缺陷、断丝缺陷、裂纹缺陷和起泡缺陷的样瓶。也可以选择在不同的瓶体上执行，例如，步骤s100～s110可在一个瓶体上执行，步骤s120～s130在另一个瓶体上执行，即可形成只具有裂纹缺陷和起泡缺陷的样瓶，或者，只形成只具有分层缺陷和断丝缺陷的样瓶。当然，也可以根据实际需要制作具有其他类型的缺陷的样瓶，这些都应包含在本发明的保护范围之内。

本实施例提供的含有缺陷的iv型储氢瓶样瓶，在实际应用时，能够为iv型储氢瓶的无损检测/监测技术提供缺陷样本。具体地，在对iv型储氢瓶进行无损检测时，可先使用无损检测设备探测样瓶中设置的缺陷，得到检测数据，然后将检测的数据与样瓶中的预先设置的缺陷数据进行比对，以验证所使用的检测手段是否正确，从而能够确保检测结果准确。

以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。