一种耐腐性、抗老化的储气瓶及其制造方法和应用与流程

本技术涉及一种耐腐性、抗老化的储气瓶及其制造方法和应用，属于储氢气瓶。

背景技术：

1、氢气作为一种清洁能源，将其用于制备新能源汽车的燃料电池逐渐成现阶段的研究重点。使用过程中通常将氢气储存于储气瓶中进行使用，因此氢气的储存是燃料电池开发及应用中的关键部分之一，对燃料电池的发展和在市场中的应用具有极为重要的意义。

2、目前在燃料电池方面的储气瓶主要分为四种：全金属气瓶、金属内胆纤维环向缠绕气瓶、金属内胆纤维全缠绕气瓶和塑料内胆纤维全缠绕气瓶。其中塑料内胆纤维全缠绕气瓶主要由塑料内胆和纤维缠绕层形成，其具有重量轻、耐压高和储量大的优点，因此逐渐取代其他三种类型的储气瓶，有望获得全面推广应用。

3、然而该塑料内胆纤维全缠绕气瓶随着燃料电池氢系统被加注氢气和供给氢气的循环过程次数增多，且高压存放过程时间的延长，导致氢气瓶气密性逐渐降低，影响燃料电池的使用安全性和使用寿命。

4、且气瓶长时间使用之下，会不可避免的受到高温、潮湿、盐雾、高尘、油污等因素的影响，导致其出现腐蚀、变形等问题，也会影响储气瓶的安全使用，故亟待开发一种耐腐蚀、抗老化的储氢气瓶。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本技术提供了一种耐腐性、抗老化的储气瓶，该储气瓶通过在浸渍浆料中加入改性剂，能够显著提高储气瓶的耐腐蚀和抗老化能力，长时间使用仍能维持高密封性，进而提高燃料电池的使用安全性和使用寿命。

2、根据本技术的一个方面，提供了一种耐腐性、抗老化的储气瓶，包括：

3、塑料内胆，所述塑料内胆开设有与金属密封嘴相配合的瓶口，所述塑料内胆采用pa为基材制备得到；

4、纤维缠绕层，所述纤维缠绕层设置在所述塑料内胆的外侧，所述纤维缠绕层由经过浸渍浆料浸渍后的碳纤维缠绕形成，所述浸渍浆料包括80-100份环氧树脂、8-10份改性剂和2-5份固化剂，其中所述改性剂由三乙烯基三甲基环三硅氮烷、烯酸类化合物和n，o-二甲基羟胺盐酸盐制备得到。

5、通过在浸渍浆料中加入改性剂，能够提高储气瓶的耐温性、耐湿性、耐油性，避免储气瓶在长期使用中出现腐蚀、变形等现象，并且该改性剂的加入能够提高储气瓶的气密性和力学强度，能够在长时间使用下仍维持高密封性，进而提高储气瓶的抗老化性。

6、该改性剂由三乙烯基三甲基环三硅氮烷、烯酸类化合物和n，o-二甲基羟胺盐酸盐制备得到，其中三乙烯基三甲基环三硅氮烷中含有氨基，能够参与环氧树脂的固化，与环氧树脂形成大分子交联网络，一是提高环氧树脂交联网络的致密性，从而提高储气瓶的长期密封性，二是能够对环氧树脂基材进行补强，提高储气瓶的抗变形性和抗疲劳性，且其还含有si元素和c-si键，能够提高纤维缠绕层的柔韧性和附着力，实现纤维缠绕层对塑料内胆的紧密缠绕，提高塑料内胆和纤维缠绕层的粘接强度，避免脱层，并且三乙烯基三甲基环三硅氮烷的环状结构能够增强环氧树脂在低温下的力学性能，尤其是在低温下变形性，从而可防止储气瓶在极寒天气下产生微裂纹，提高储气瓶的应用前景。

7、n，o-二甲基羟胺盐酸盐能够与烯酸类化合物中的羧基反应得到酰胺键，能够增加改性剂中功能基团的数量，增加在塑料内胆上的吸附力，故增加环氧树脂网络与塑料内胆的结合性，进一步提高二者的结合能力，且其反应后作为改性剂的支链能够在纤维缠绕层表面形成保护层，避免受到湿气和油的腐蚀。n，o-二甲基羟胺盐酸盐能够向改性剂中引入n-o键，此为σ键，键能较大，能够提高改性剂的稳定性，从而提高环氧树脂交联网络的稳定性，进而提高储气瓶的机械性能和耐高温性，能够在较高温度下持续安全工作。

8、可选地，所述烯酸类化合物选自丙烯酸、3-丁烯酸、4-戊烯酸、5-己烯酸、6-庚烯酸、7-辛烯酸、8-壬烯酸、9-癸烯酸、10-十一烯酸中的至少一种。

9、上述烯酸类物质均能够与三乙烯基三甲基环三硅氮烷进行聚合，并与n，o-二甲基羟胺盐酸盐反应得到改性剂，且得到的改性剂分子链结构及分子量适中，利于改性剂均匀分散在浸渍浆料中，从而便于改性剂与环氧树脂交联。

10、可选地，所述烯酸类化合物选自4-戊烯酸和5-己烯酸。

11、可选地，所述4-戊烯酸和5-己烯酸的摩尔比为1：(0.8-1.5)。

12、选择上述摩尔比的4-戊烯酸和5-己烯酸，一是原料易得，降低改性剂的生产成本，进而降低储气瓶的生产成本和节约生产时间，便于工业化生产；二是提高其与三乙烯基三甲基环三硅氮烷的反应效率，保证改性剂的高效合成；三是上述两种物质使得改性剂的侧链链长适中，若侧链链长过长，则改性剂的位阻增加，不利于改性剂对环氧树脂固化，改性剂中的氨基参与反应数量降低，会致使环氧树脂交联网络的交联点降低，降低环氧树脂网络的致密性，若侧链链长过短，则不利于改性剂在纤维缠绕层表面形成保护层，无法有效提高储气瓶的抗腐蚀和抗老化性能，因此侧链链长适中既能够提高改性剂与环氧树脂的交联效率，提高环氧树脂交联网络的致密性和对纤维缠绕层的保护性，从而提高储气瓶的抗腐蚀和抗老化性能。

13、可选地，所述改性剂的制备方法包括下述步骤：

14、s1：将摩尔比为1：(1-3)的三乙烯基三甲基环三硅氮烷和烯酸类化合物聚合得到含有中间体的溶液；

15、s2：向所述含有中间体的溶液中加入n，o-二甲基羟胺盐酸盐反应得到所述改性剂，所述n，o-二甲基羟胺盐酸盐与所述烯酸类化合物的摩尔比为(0.7-0.9)：1。

16、可选地，步骤s1中，将所述三乙烯基三甲基环三硅氮烷、烯酸类化合物和引发剂加入至溶剂中，在氮气氛围下升温至70-80℃，搅拌反应4-8h，最后加入链转移剂得到所述中间体。

17、上述摩尔比的三乙烯基三甲基环三硅氮烷和烯酸类化合物能够提高二者的反应效率，且平衡中间体的结构，使得改性剂的参与反应的官能团数量适中，从而调整环氧树脂网络的交联点数量，使得储气瓶的抗腐蚀、抗老化、耐温性及力学性能均得到提高。若是烯酸类化合物过少，则三乙烯基三甲基环三硅氮烷的自聚合占比增多，使得改性剂倾向于形成网状结构，不利于改性剂参与环氧树脂的反应，改性剂以游离的状态分散在纤维缠绕层的数量增多，不利于提高储气瓶的抗腐蚀和抗老化性能，且耐温性和力学性能也降低；若是烯酸类化合物过多，则烯酸类化合物自聚合占比增多，一是降低改性剂中氨基的数量，降低改性剂与环氧树脂的反应位点，二是随n，o-二甲基羟胺盐酸盐反应，侧链数量增多，改性剂位阻增大，降低改性剂与环氧树脂的反应活性，故均能够降低储气瓶的抗腐蚀、抗老化、耐温性和力学性能。

18、上述摩尔比的n，o-二甲基羟胺盐酸盐与所述烯酸类化合物，不仅提高二者的反应效率，还能够使得改性剂中存在一部分未反应的羧基，该羧基的数量虽很少，但是能够使得环氧树脂网络中形成氢键，在储气瓶受到高压冲击时能够起到缓冲作用，从而降低储气瓶的高压变形性，避免储气瓶在反复充气放气过程中形成微裂纹，长时间使用时仍能降低氢气的泄露，提高储气瓶的使用安全性和使用寿命。

19、所述溶剂为水、甲醇、乙醇、己烷、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、苯、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、乙醚、丙酮、四氢呋喃中的任意一种或多种。

20、可选地，步骤s2中，向所述含有中间体的溶液中加入n，o-二甲基羟胺盐酸盐和缩合剂，在30-50℃下反应15-20h，分离、纯化得到所述改性剂。

21、根据本技术的另一个方面，提供了上述任一项所述的耐腐性、抗老化的储气瓶的制备方法，包括下述步骤：

22、(1)采用pa基材制备塑料内胆；

23、(2)将80-100份环氧树脂、8-10份改性剂和2-5份固化剂混合得到浸渍浆料，之后将碳纤维浸渍于所述浸渍浆料内得到浸渍纤维，随后将浸渍纤维缠绕至所述塑料内胆的外侧，最后加热固化形成所述纤维缠绕层；

24、(3)将金属密封嘴安装于瓶口处即得。

25、可选地，所述pa基材包括80-100份pa11、10-20份evoh、10-15份环氧树脂、1-3份固化剂和2-5份增塑剂。

26、可选地，所述pa基材还包括1-1.5份改性剂。

27、pa基材中也引入改性剂，该改性剂能够与pa基材中的环氧树脂发生固化反应，提高塑料内胆的致密性，进而提高塑料内胆的抗腐蚀、抗老化、耐温性和力学性能；并且由于该改性剂的存在，能够提高塑料内胆与纤维缠绕层的相容性，提高二者的结合力，进而增加储气瓶整体的力学强度，并且避免脱层，实现对氢气的层层密封，进一步降低氢气的渗漏率。

28、根据本技术的又一个方面，提供了上述任一项所述的耐腐性、抗老化的储气瓶在新能源汽车领域的应用。

29、本技术的有益效果包括但不限于：

30、1.根据本技术的耐腐性、抗老化的储气瓶，原料简单易得，制备工艺简单，生产成本低，适用于工业化生产加工，且储气瓶的使用寿命长，降低储气瓶的报废率，进而降低报废储气瓶对环境的污染，符合绿色发展的目标。

31、2.根据本技术的耐腐性、抗老化的储气瓶，改性剂的加入能够提高储气瓶的耐腐蚀和抗老化性能，又能够提高储气瓶的力学性能及高压密封性，从而提高储气瓶的使用安全性和使用寿命。

32、3.根据本技术的耐腐性、抗老化的储气瓶，改性剂的加入能够与环氧树脂形成交联网络，可提高环氧树脂交联网络的致密性，防止氢气的渗漏，提高储气瓶的耐温性和耐压性。

33、4.本技术的耐腐性、抗老化的储气瓶，在极寒天气下及高温天气下仍能够维持低变形性，进而提高储气瓶的应用范围，可在全球范围内推广使用。