一种防静电高阻隔氢气软管及其制备方法与流程

1.本发明涉及氢气软管技术领域，尤其涉及一种防静电高阻隔氢气软管及其制备方法。


背景技术：

2.随着社会的不断发展，各个行业皆得到了蓬勃的发展，因而衍生出了大量的新生能源，氢气则属于其中的一种，在常温状态下，氢气使一种极易燃烧且无色透明的气体，密度也属于最小的气体，现已被广泛应用于各个行业中，氢气作为汽车燃料的一种，具有无污染的优点，氢气很有可能取代石油作为汽车的主能源，而氢气站的设置将必不可少，氢气充装站在进行充装时，其通过氢气充装软管与移动式压力容器连接，据了解，现有的氢气充装软管包括氢气充装软管主体和两个接头，两个接头分别设于氢气充装软管主体的两端，通过两个接头，以实现氢气充装软管主体与氢气充装站和充气枪的连接。
3.现今市场上的氢气软管种类繁多，基本可以满足人们的使用需求，但是依然存在一定的不足之处，具体问题有以下几点：其一，现有的氢气软管密封性一般，导致氢气易出现泄漏的现象，尤其是在氢气充装站具有严重的安全隐患；其二，现有的氢气软管耐磨性能一般，导致其易出现磨损等现象，使用寿命较短；其三，现有的氢气软管其内部易出现静电等现象，还需加以改善。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对上述问题，提供一种防静电高阻隔氢气软管及其制备方法，具体技术方案如下：
5.一种防静电高阻隔氢气软管，包括氢气软管主体，所述氢气软管主体从内至外依次包括阻隔层、防静电层，所述阻隔层至少由天然胶、丁苯胶、顺丁胶、累托石、高岭土原料制备而成，所述防静电层从内至外依次包括异形纤维颗粒层、石棉颗粒片体层，所述阻隔层的外侧面与所述异形纤维颗粒层的内侧面连接，所述异形纤维颗粒层的外侧面通过无机粘合剂与所述石棉颗粒片体层的内圈连接。
6.优选的，所述氢气软管主体还包括增强层，所述增强层从内至外依次包括内胶层、第一增强层、第二增强层、外胶层，所述内胶层的内圈与所述石棉颗粒片体层的外侧面连接。
7.优选的，所述氢气软管主体还包括耐磨层，所述耐磨层包括金属软管，所述金属软管套设在所述外胶层的外侧。
8.一种防静电高阻隔氢气软管的制备方法，包括一下步骤：
9.s1，制备填充粉料，将所述累托石、高岭土进行改性并混合均匀得填充粉料；
10.s2，制备混炼胶，将天然胶、丁苯胶和顺丁胶在开炼机上混炼3～5min，待温度均匀且包辊后，依次缓慢加入1/3重量的填充粉料、硅烷偶联剂、二甲苯树脂、防老剂、促进剂、1/3重量的填充粉料，吃粉后再加入硬脂酸、1/3重量的填充粉料、硫磺、氧化锌得混炼胶；
11.s3，制备阻隔层，将混炼胶挤出成型后硫化，即得高气体阻隔性能阻隔层；
12.s4，制备异形纤维颗粒层，将异形纤维颗粒通过无机粘合剂粘接在所述石棉颗粒片体层靠近阻隔层的一侧面上，形成异形纤维颗粒层；
13.s5，制备氢气软管，将异形纤维颗粒层远离石棉颗粒片体层的一侧通过无机粘合剂与所述阻隔层外侧连接，制得高阻隔、防静电氢气软管。
14.优选的，在步骤s1中，所述累托石的改性方法具体包括：
15.a：将混酸、累托石按照质量比5:1混合，并连续搅拌不少于8h，稀释后抽滤，用纯化水洗涤至ph为中性后干燥，得到插层累托石；
16.b：将插层累托石置于1000℃温度下煅烧10s，得膨胀累托石；
17.c：将膨胀累托石分散于95％乙醇中，剪切60min后超声处理，得片状累托石悬浮液，超声频率为80khz，超声功率为200w；
18.d：将片状累托石悬浮液搅拌并升温至50℃，滴加十八烷基三甲基氯化铵，以片状累托石悬浮液总质量计，片状累托石悬浮液中添加5％的十八烷基三甲基氯化铵，超声分散2h，超声频率为80khz，超声功率为200w，冷却至室温，抽滤，用乙醇、纯化水洗涤后得滤饼；
19.f：将滤饼干燥后粉碎，即得改性累托石。
20.优选的，在步骤a中，所述混酸为质量浓度为98％的浓硫酸与质量浓度为65％的浓硝酸按体积比3:1混合而成。
21.优选的，在步骤s1中，所述高岭土的改性方法具体包括：a：将高岭土置于35％的硫酸溶液中搅拌60min，过滤后用纯化水洗涤至ph为中性，干燥；
22.b：加入纯化水均匀分散，得质量浓度为25％的高岭土分散液；
23.c：在高岭土分散液中分散液，超声分散，加入硅烷偶联剂kh560，在85℃恒温条件下搅拌分散50min，过滤后分别用乙醇、纯化水洗涤三次，干燥，即得改性高岭土。
24.优选的，还包括步骤s6，制备增强层，将芳纶纤维合股加捻，分别在圆织机上按工艺要求编织成管状第一增强层和第二增强层；
25.s7，将阻燃尼龙粒子投入挤出机中，挤出机温度控制在140℃-200℃，螺杆转速在10-50r/min，将熔融后的阻燃尼龙粒子经过适配模具挤出涂覆在第一增强层内层；
26.s8，将热塑性弹性体颗粒投入挤出机中，挤出机温度控制在140℃-200℃，螺杆转速在10-50r/min，将熔融后的热塑性弹性体经过适配模具挤出涂覆在第二增强层内层；
27.s9，将s8步骤的软管进行翻带，使得第二增强层的胶层成为第二增强层的外胶层；
28.s10，将s7步骤的软管穿入s9步骤的软管中，形成氢气软管增强层。
29.所述尼龙包括，尼龙12、尼龙、11、尼龙1212、尼龙6、尼龙1010等。
30.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
31.(1)本发明一种防静电高阻隔氢气软管，通过采用天然胶、丁苯胶、顺丁胶三种共混胶体以及改性的累托石、高岭土实现对阻隔层的制备，不透气的片状累托石与橡胶基体的接触面积大，能有效的阻挡气体分子的扩散渗透，片层结构的累托石存在于橡胶基体中，气体通过橡胶基体时必须经过延长的路程才能透过，从而使得氢气软管的透气率下降，大大提高氢气软管的气体阻隔性能，而经改性后的累托石能在橡胶基体中形成良好的分散，有效克服片状累托石不易在橡胶基体中均匀分散的问题；改性高岭土作为填充剂，一是可以降低生产成本，二是能够进一步提高氢气软管的气密性，达到高阻隔的目的。
32.(2)本发明一种防静电高阻隔氢气软管，通过无机粘合剂将异形纤维颗粒粘附在石棉颗粒片体上制得防静电层，并套接在阻隔层外侧，因异形纤维颗粒以及石棉颗粒片体两者皆具有良好的绝缘性能，使得氢气软管主体的抗静电与耐高压性能得到增强。
33.(3)本发明一种防静电高阻隔氢气软管，通过设置阻尼组件和第二阻尼组件，当需要充气时，气体经第二阻尼组件、直通路、阻尼组件直达第二接头，且气体在经过阻尼组件、第二阻尼组件时，因气体是从第二端口到达第一端口，依次所受的阻力极小，不影响气体的经过；当需要除湿时，气体经阻尼组件、气体循环泵、除湿剂箱、第二阻尼组件到达第二接头，且气体在经过阻尼组件、第二阻尼组件时，因气体是从第一端口到达第二端口，气体每次经过一个气体阻碍单元时都会发生碰撞形成涡轮，进而降低气体的流动性，多个气体阻碍单元的设置，能够使气体在流出第二端口时，流动性变得极小，流动变得缓慢，从而能够保证缓慢的气体经过除湿剂箱时能够更好的与干燥剂进行接触，提高除湿效果，同时通过该设置能够在充气时缓解氢气软管主体内部的压力，能够间接提高氢气软管主体的阻隔性。
附图说明
34.图1是本发明的氢气软管主体结构示意图。
35.图2是本发明的防静电层结构示意图。
36.图3是本发明的增强层结构示意图。
37.图4是本发明的除湿组件结构示意图。
38.图5是本发明的实施例4中的除湿组件结构示意图。
39.图6是本发明的阻尼组件结构示意图。
40.图7是本发明的气体阻碍单元气体流动示意图。
41.图中：1、氢气软管主体；2、阻隔层；3、防静电层；31、异性纤维颗粒；32、无机粘合剂；33、石棉颗粒片体；4、增强层；41、内胶层；42、第一增强层；43、第二增强层；44、外胶层；5、耐磨层；6、第一接头；7、第二接头；8、气体循环泵；9、除湿剂箱；10、第一氢气循环管；11、第二氢气循环管；12、阻尼组件；13、阻尼壳；14、第一端口；15、第二端口；16、气体阻碍单元；161、主路槽；162、第一支路槽；163、第一弧形槽；164、第二支路槽；165、第二弧形槽；166、主路进端；167、主路出端；17、第二阻尼组件；18、直通路；19、第一三通电磁阀；20、第二三通电磁阀。
具体实施方式
42.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.实施例1
44.如图1-3所示，一种防静电高阻隔氢气软管，包括氢气软管主体1，所述氢气软管主体1从内至外依次包括阻隔层2、防静电层3，所述阻隔层2至少由天然胶、丁苯胶、顺丁胶、累托石、高岭土原料制备而成，所述防静电层3从内至外依次包括异形纤维颗粒层31、石棉颗
粒片体层33，所述阻隔层2的外侧面与所述异形纤维颗粒层31的内侧面连接，所述异形纤维颗粒层31的外侧面通过无机粘合剂32与所述石棉颗粒片体层33的内圈连接。
45.通过采用天然胶、丁苯胶、顺丁胶三种共混胶体以及改性的累托石、高岭土实现对阻隔层的制备，不透气的片状累托石与橡胶基体的接触面积大，能有效的阻挡气体分子的扩散渗透，片层结构的累托石存在于橡胶基体中，气体通过橡胶基体时必须经过延长的路程才能透过，从而使得氢气软管的透气率下降，大大提高氢气软管的气体阻隔性能，而经改性后的累托石能在橡胶基体中形成良好的分散，有效克服片状累托石不易在橡胶基体中均匀分散的问题；改性高岭土作为填充剂，一是可以降低生产成本，二是能够进一步提高氢气软管的气密性，达到高阻隔的目的。
46.通过无机粘合剂将异形纤维颗粒粘附在石棉颗粒片体上制得防静电层，并套接在阻隔层外侧，因异形纤维颗粒以及石棉颗粒片体两者皆具有良好的绝缘性能，使得氢气软管主体的抗静电与耐高压性能得到增强。
47.所述氢气软管主体1还包括增强层4，所述增强层4从内至外依次包括内胶层41、第一增强层42、第二增强层43、外胶层44，所述内胶层41的内圈与所述石棉颗粒片体层33的外侧面连接。
48.所述氢气软管主体1还包括耐磨层5，所述耐磨层5包括金属软管，所述金属软管套设在所述外胶层44的外侧。
49.实施例2
50.在实施例1的基础上，本发明还公开了一种防静电高阻隔氢气软管的制备方法，包括一下步骤：
51.s1，制备填充粉料，将所述累托石、高岭土进行改性并混合均匀得填充粉料；
52.s2，制备混炼胶，将天然胶、丁苯胶和顺丁胶在开炼机上混炼3～5min，待温度均匀且包辊后，依次缓慢加入1/3重量的填充粉料、硅烷偶联剂、二甲苯树脂、防老剂(防老剂sp-c和防老剂mb)、促进剂(促进剂m、促进剂dm和促进剂d)、1/3重量的填充粉料，吃粉后再加入硬脂酸、1/3重量的填充粉料、硫磺、氧化锌得混炼胶；
53.s3，制备阻隔层，将混炼胶挤出成型后硫化，即得高气体阻隔性能阻隔层；
54.s4，制备异形纤维颗粒层，将异形纤维颗粒通过无机粘合剂粘接在所述石棉颗粒片体层靠近阻隔层的一侧面上，形成异形纤维颗粒层；
55.s5，制备氢气软管，将异形纤维颗粒层远离石棉颗粒片体层的一侧通过无机粘合剂与所述阻隔层外侧连接，制得高阻隔、防静电氢气软管。
56.还包括步骤s6，制备增强层，将芳纶纤维合股加捻，分别在圆织机上按工艺要求编织成管状第一增强层和第二增强层；
57.s7，将阻燃尼龙粒子投入挤出机中，挤出机温度控制在140℃-200℃，螺杆转速在10-50r/min，将熔融后的阻燃尼龙粒子经过适配模具挤出涂覆在第一增强层内层；
58.s8，将热塑性弹性体颗粒投入挤出机中，挤出机温度控制在140℃-200℃，螺杆转速在10-50r/min，将熔融后的热塑性弹性体经过适配模具挤出涂覆在第二增强层内层；
59.s9，将s8步骤的软管进行翻带，使得第二增强层的胶层成为第二增强层的外胶层；
60.s10，将s7步骤的软管穿入s9步骤的软管中，形成氢气软管增强层。
61.在步骤s1中，所述累托石的改性方法具体包括：
62.a：将混酸、累托石按照质量比5:1混合，并连续搅拌不少于8h，稀释后抽滤，用纯化水洗涤至ph为中性后干燥，得到插层累托石；
63.b：将插层累托石置于1000℃温度下煅烧10s，得膨胀累托石；
64.c：将膨胀累托石分散于95％乙醇中，剪切60min后超声处理，得片状累托石悬浮液，超声频率为80khz，超声功率为200w；
65.d：将片状累托石悬浮液搅拌并升温至50℃，滴加十八烷基三甲基氯化铵，以片状累托石悬浮液总质量计，片状累托石悬浮液中添加5％的十八烷基三甲基氯化铵，超声分散2h，超声频率为80khz，超声功率为200w，冷却至室温，抽滤，用乙醇、纯化水洗涤后得滤饼；
66.f：将滤饼干燥后粉碎，即得改性累托石。
67.在步骤a中，所述混酸为质量浓度为98％的浓硫酸与质量浓度为65％的浓硝酸按体积比3:1混合而成。
68.在步骤s1中，所述高岭土的改性方法具体包括：
69.a：将高岭土置于35％的硫酸溶液中搅拌60min，过滤后用纯化水洗涤至ph为中性，干燥；
70.b：加入纯化水均匀分散，得质量浓度为25％的高岭土分散液；
71.c：在高岭土分散液中分散液，超声分散，加入硅烷偶联剂kh560，在85℃恒温条件下搅拌分散50min，过滤后分别用乙醇、纯化水洗涤三次，干燥，即得改性高岭土。
72.第一增强层和第二增强层均为芳纶增强层，使用芳纶解决低承压的问题，使用双层结构，工作压力最高可达16mpa；所述内胶层和外胶层均为阻燃胶层，可以提高氢气软管的阻燃性能。
73.实施例3
74.如图4所示，在实施例1的基础上，所述氢气软管主体1的两端分别适配有用于与氢气充装站连接的第一接头6和用于与充气枪连接的第二接头7，所述第一接头、第二接头均为三通接头，所述第一接头、第二接头之间设置有除湿组件，所述除湿组件包括气体循环泵8、除湿剂箱9。
75.所述除湿剂箱体内部装有用于除去氢气软管中水分的干燥剂。
76.所述气体循环泵8的输入端通过第一氢气循环管10与所述第二接头连通，所述气体循环泵8的输出端与所述除湿剂箱9的输入端连通，所述除湿剂箱9的输出端通过第二氢气循环管11与所述第一接头连通。
77.氢气软管内部时常存在有一定的水分，长时间下会加速氢气软管内壁的腐蚀，影响氢气软管的使用寿命，阻隔性降低有氢气发生泄露的风险，还会影响下次氢气的充装质量，通过该设置，当氢气充装站不工作时，即不充气时，通过气体循环泵的工作，能够使氢气软管内部的气体循环流动，当气体经过除湿剂箱9内部时，除湿剂箱9能够对气体中的水蒸气实现吸附，实现对气体的干燥，降低水蒸气对氢气软管的腐蚀。
78.实施例4
79.如图5-7所示，在实施例3的基础上，所述第一氢气回流管远离第二接头的一端通过第一三通电磁阀19分别与气体循环泵8、直通路18连接，所述第二氢气回流管远离第一接头的一端通过第二三通电磁阀20分别与除湿剂箱9、直通路18连接，所述第二氢气回流管上还设置有压力阀。
80.通过该设置，当需要充气时，压力阀所测得参数变大，处理器能够控制第一三通电磁阀19、第二三通电磁阀20使气体经直通路18直达第二接头，使气体无法在除湿剂箱9、气体循环泵8处经过，对除湿剂箱以及气体循环泵8进行保护；当需要除湿时，处理器能够控制第一三通电磁阀19、第二三通电磁阀20使气体经气体循环泵8、除湿剂箱9到达第二接头，使气体无法在直通路18经过，实现除湿，通过该设置能够在充气时缓解氢气软管主体1内部的压力，能够间接提高氢气软管主体1的阻隔性。
81.所述第一氢气回流管上串联有阻尼组件12，所述第二氢气回流管上串联有第二阻尼组件17，所述阻尼组件12包括阻尼壳13，所述阻尼壳的左右两端分别设置有第一端口14、第二端口15，所述阻尼壳13内部位于所述第一端口14、第二端口15之间串联有多个气体阻碍单元16，所述气体阻碍单元包括主路槽161，所述主路槽161的左侧向上倾斜一定角度设置有第一支路槽162，所述第一支路槽的另一端通过第一弧形槽163与主路槽161连通，所述主路槽161的右侧向上倾斜一定角度设置有第二支路槽164，所述第二支路槽的另一端通过第二弧形槽165与主路槽161连通，所述第二支路槽164位于所述第一支路槽162的右前方位置，所述第一弧形槽163、第二弧形槽165的弧度为160-180度。多个所述气体阻碍单元之间进行串联。
82.所述第二阻尼组件17的结构与所述阻尼组件12的结构相同。所述阻尼组件12的第一端口与所述第一氢气回流管10，所述阻尼组件的第二端口与所述第一三通电磁阀连通；所述第二阻尼组件17的第一端口与所述第二氢气回流管11连通，所述第二阻尼组件的第二端口与所述第一接头6连通。
83.通过该设置，当需要充气时，压力阀所测得参数变大，处理器能够控制第一三通电磁阀19、第二三通电磁阀20使气体经第二阻尼组件、直通路18、阻尼组件12直达第二接头，使气体无法在除湿剂箱9、气体循环泵8处经过，对除湿剂箱以及气体循环泵8进行保护，且气体在经过阻尼组件12、第二阻尼组件17时，因气体是从第二端口到达第一端口，依次所受的阻力极小，不影响气体的经过；当需要除湿时，处理器能够控制第一三通电磁阀19、第二三通电磁阀20使气体经阻尼组件12、气体循环泵8、除湿剂箱9、、第二阻尼组件17到达第二接头，使气体无法在直通路18经过，实现除湿，且气体在经过阻尼组件12、第二阻尼组件17时，因气体是从第一端口到达第二端口，如图7所示，气体每次经过一个气体阻碍单元时都会发生碰撞形成涡轮，进而降低气体的流动性，多个气体阻碍单元的设置，能够使气体在流出第二端口时，流动性变得极小，流动变得缓慢，从而能够保证缓慢的气体经过除湿剂箱时能够更好的与干燥剂进行接触，提高除湿效果，通过该设置能够在充气时缓解氢气软管主体1内部的压力，能够间接提高氢气软管主体1的阻隔性。
84.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各块技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
85.以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。