低温绝热容器的制备方法与流程

本发明属于低温绝热容器技术领域，具体涉及一种低温绝热容器的制备方法。

背景技术：

低温绝热压力容器为内胆和外壳的双层结构，夹层抽真空，形成高真空绝热结构，为减小夹层的辐射传热，内胆外需要包覆绝热材料。绝热材料常用的是由具有高反射能力的铝箔和具有低热导率阻燃的玻璃纤维纸交替复合而成。目前，高真空绝热结构的低温压力容器在抽真空和绝热材料包覆上需要很大的能耗、人工、材料加工成本。同时绝热材料的处理方法和施工环境都会对抽真空性能和绝热性能有很大的影响，进而影响到低温绝热容器的日蒸发率。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种既能满足低温容器的绝热性能要求、同时又能降低抽真空和绝热材料包覆的工艺难度和生产成本的低温绝热容器的制备方法。

为实现上述目的，本发明所设计的低温绝热容器的制备方法，所述低温绝热容器由内到外依次包括内胆、真空夹层、绝热层及外壳，其中，所述内胆包括圆柱形筒体、与所述圆柱形筒体前后两端连接的前封头和后封头，所述绝热层包括若干层绝热单体；每个所述绝热单体包括内层sio2气凝胶复合绝热材料层和外层铝箔，所述制备方法如下：

1)制备sio2气凝胶复合绝热材料筒体预制件、sio2气凝胶复合绝热材料后封头预制件和sio2气凝胶复合绝热材料前封头预制件，其中，sio2气凝胶复合绝热材料筒体预制件与圆柱形筒体的形状一致，sio2气凝胶复合绝热材料后封头预制件与后封头的形状一致sio2气凝胶复合绝热材料前封头预制件与前封头的形状一致；

2)将步骤1)中的sio2气凝胶复合绝热材料筒体预制件、sio2气凝胶复合绝热材料后封头预制件、sio2气凝胶复合绝热材料前封头预制件和铝箔均进行加热处理待用；

3)将步骤2)中的sio2气凝胶复合绝热材料筒体预制件包覆在圆柱形筒体外圆面上，并将sio2气凝胶复合绝热材料后封头预制件套装在后封头的外表面上，同理，将sio2气凝胶复合绝热材料前封头预制件套装在前封头的外表面上，且sio2气凝胶复合绝热材料后封头预制件与sio2气凝胶复合绝热材料筒体预制件一端、sio2气凝胶复合绝热材料前封头预制件与sio2气凝胶复合绝热材料筒体预制件另一端均在圆周上进行嵌缝式搭接形成sio2气凝胶复合绝热材料层预制件，并在搭接处采用铝箔胶带将sio2气凝胶复合绝热材料筒体预制件分别与sio2气凝胶复合绝热材料后封头预制件、sio2气凝胶复合绝热材料前封头预制件连接形成内层sio2气凝胶复合绝热材料层，然后用玻璃纤维带将sio2气凝胶复合绝热材料层固定在内胆上；

4)完成步骤3)后，将铝箔包裹在sio2气凝胶复合绝热材料层的外表面，从而完成绝热单体的包覆；

5)重复步骤3)和步骤4)，直至完成多层绝热单体的包覆形成绝热层；

6)将外壳与完成步骤5)的内胆进行套装，套装完成后，对外壳与绝热层之间的夹层空间进行抽真空形成真空夹层。

进一步地，所述后封头的外端面中心位置处设置有后支撑，所述前封头的外端面中心位置处设置有前支撑，且所述前封头外端面还设置有管接口；对应地，所述sio2气凝胶复合绝热材料后封头预制件预留有用于后支撑穿过的后孔，所述sio2气凝胶复合绝热材料前封头预制件预留有用于前支撑穿过的前孔和用于穿过管接口的管接口孔。

进一步地，所述步骤2)中，加热温度为140～150℃。

进一步地，所述步骤3)中，保护的环境为温度在20～30℃、环境湿度在45～60％的恒温环境。

进一步地，所述步骤6)中，真空夹层的真空度低于10pa。

进一步地，所述步骤3)中，sio2气凝胶复合绝热材料后封头预制件套装在后封头的外表面上且后支撑穿过sio2气凝胶复合绝热材料后封头预制件的后孔，同理，将sio2气凝胶复合绝热材料前封头预制件套装在前封头的外表面上且前支撑穿过sio2气凝胶复合绝热材料前封头预制件的前孔、管接口穿过sio2气凝胶复合绝热材料前封头预制件的管接口孔。

进一步地，所述sio2气凝胶复合绝热材料由非晶体型硅胶和玻璃纤维毡基材复合并在超临界co2流体中干燥制得。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、绝热材料采用sio2气凝胶复合绝热材料，相比传统绝热材料具有导热系数低、薄而轻、防水防潮、防火等性能；

2、将绝热材料制备成与内胆匹配的预制件，降低包覆难度、减少包覆时间；

3、绝热材料包覆层数相比传统绝热材料包覆层数减少至少一半，大大降低了材料成本和包覆工艺时间；

4、sio2气凝胶复合绝热材料在真空度10pa条件下，即可满足低温绝热容器的绝热效果，相比传统绝热材料在真空度2×10^-2pa才能满足绝热效果，降低了抽真空工艺难度、能耗和时间，从而减少了生产成本。

附图说明

图1为本发明低温绝热容器结构示意图；

图2为图1中内胆结构示意图。

其中：内胆1、绝热层2、真空夹层3、外壳4、后支撑1.1、前封头1.2、圆柱形筒体1.3、后封头1.4、前支撑1.5、管接口1.6。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1、2所示低温绝热容器由内到外依次包括内胆1、真空夹层3、绝热层2及外壳4，其中，内胆1包括圆柱形筒体1.3、与圆柱形筒体前后两端连接的前封头1.2和后封头1.4，另外，后封头1.4的外端面中心位置处设置有后支撑1.1，前封头1.2的外端面中心位置处设置有前支撑1.5，同时，前封头1.2外端面还设置有管接口1.6；绝热层包括若干层绝热单体，每个绝热单体包括内层sio2气凝胶复合绝热材料层和外层铝箔，sio2气凝胶复合绝热材料由非晶体型硅胶和玻璃纤维毡基材复合并在超临界co2流体中干燥而得到的，是一种防热隔热性能优异的轻质纳米复合材料，相比较传统绝热材料特点是导热系数低、薄而轻、防水防潮、防火性能优越，常温导热系数≤0.02w/m·k，憎水率≥99％，密度180±20kg/m3，a级不燃。

低温绝热容器的制备方法，具体制备过程如下：

1)制备sio2气凝胶复合绝热材料筒体预制件、sio2气凝胶复合绝热材料后封头预制件和sio2气凝胶复合绝热材料前封头预制件，其中，sio2气凝胶复合绝热材料筒体预制件与圆柱形筒体的形状一致，sio2气凝胶复合绝热材料后封头预制件与后封头的形状一致且sio2气凝胶复合绝热材料后封头预制件预留有用于后支撑穿过的后孔，sio2气凝胶复合绝热材料前封头预制件与前封头的形状一致且sio2气凝胶复合绝热材料前封头预制件预留有用于前支撑穿过的前孔和用于穿过管接口的管接口孔；

2)将步骤1)中的sio2气凝胶复合绝热材料筒体预制件、sio2气凝胶复合绝热材料后封头预制件、sio2气凝胶复合绝热材料前封头预制件和铝箔均放入恒温炉内进行脱脂、烘干、去油处理待用，恒温炉的温度控制在140～150℃，从而蒸发掉绝热材料预制件中的水，有利于抽真空，同时可以尽快烘干水分，减少保温时间，并保温；同时对内胆进行表面清洁，保证表面无油污和水；

3)在温度为20～30℃、环境湿度为45～60％的恒温环境中(为了避免绝热材料中吸收水汽，影响抽真空过程)将步骤2)中的sio2气凝胶复合绝热材料筒体预制件包覆在圆柱形筒体外圆面上，并将sio2气凝胶复合绝热材料后封头预制件套装在后封头的外表面上且后支撑穿过sio2气凝胶复合绝热材料后封头预制件的后孔，同理，将sio2气凝胶复合绝热材料前封头预制件套装在前封头的外表面上且前支撑穿过sio2气凝胶复合绝热材料前封头预制件的前孔、管接口穿过sio2气凝胶复合绝热材料前封头预制件的管接口孔，sio2气凝胶复合绝热材料后封头预制件与sio2气凝胶复合绝热材料筒体预制件一端、sio2气凝胶复合绝热材料前封头预制件与sio2气凝胶复合绝热材料筒体预制件另一端均在圆周上进行嵌缝式搭接形成sio2气凝胶复合绝热材料层预制件，并在搭接处采用铝箔胶带将sio2气凝胶复合绝热材料筒体预制件分别与sio2气凝胶复合绝热材料后封头预制件、sio2气凝胶复合绝热材料前封头预制件连接形成内层sio2气凝胶复合绝热材料层，然后用多根玻璃纤维带将sio2气凝胶复合绝热材料层固定在内胆上；

4)完成步骤3)后，将铝箔包裹在sio2气凝胶复合绝热材料层的外表面，从而完成绝热单体的包覆；

5)重复步骤3)和步骤4)，直至完成多层绝热单体的包覆形成绝热层；

6)将外壳与完成步骤5)的内胆进行套装，套装完成后，对外壳与绝热层之间的夹层空间进行抽真空形成真空夹层，直至真空夹层的真空度低于10pa，真空度下低温绝热容器的绝热性能满足标准要求。

实施例

制备直径为600mm、容积为450l的低温绝热容器，其绝热方式为：真空+绝热材料包覆形成绝热层，制备方法如下：

1)制备sio2气凝胶复合绝热材料筒体预制件、sio2气凝胶复合绝热材料后封头预制件和sio2气凝胶复合绝热材料前封头预制件；

2)将步骤1)中的sio2气凝胶复合绝热材料筒体预制件、sio2气凝胶复合绝热材料后封头预制件、sio2气凝胶复合绝热材料前封头预制件和铝箔均放入恒温炉内进行脱脂、烘干、去油处理待用，恒温炉的温度控制在155℃，从而蒸发掉绝热材料预制件中的水，有利于抽真空，同时可以尽快烘干水分，减少保温时间，并保温3h；同时对内胆进行表面清洁，保证表面无油污和水；

3)在温度为25℃、环境湿度为50％的恒温环境中将步骤2)中的sio2气凝胶复合绝热材料筒体预制件包覆在圆柱形筒体外圆面上，并将sio2气凝胶复合绝热材料后封头预制件套装在后封头的外表面上且后支撑穿过sio2气凝胶复合绝热材料后封头预制件的后孔，同理，将sio2气凝胶复合绝热材料前封头预制件套装在前封头的外表面上且前支撑穿过sio2气凝胶复合绝热材料前封头预制件的前孔、管接口穿过sio2气凝胶复合绝热材料前封头预制件的管接口孔，sio2气凝胶复合绝热材料后封头预制件与sio2气凝胶复合绝热材料筒体预制件一端、sio2气凝胶复合绝热材料前封头预制件与sio2气凝胶复合绝热材料筒体预制件另一端均在圆周上进行嵌缝式搭接形成sio2气凝胶复合绝热材料层预制件，并在搭接处采用铝箔胶带将sio2气凝胶复合绝热材料筒体预制件分别与sio2气凝胶复合绝热材料后封头预制件、sio2气凝胶复合绝热材料前封头预制件连接形成内层sio2气凝胶复合绝热材料层，然后用三根玻璃纤维带将sio2气凝胶复合绝热材料层固定在内胆上；

4)完成步骤3)后，将铝箔包裹在sio2气凝胶复合绝热材料层的外表面，从而完成绝热单体的包覆；

5)重复步骤3)和步骤4)，直至完成十五层绝热单体的包覆形成绝热层；

6)将外壳与完成步骤5)的内胆进行套装，套装完成后，对外壳与绝热层之间的夹层空间进行抽真空形成真空夹层，直至真空夹层的真空度为10pa。

对于450l的低温绝热容器，本发明的sio2气凝胶复合绝热材料和铝箔包覆15层，抽真空时间4天，优于传统绝热材料缠绕层数30层，平均抽真空时间8天。依据gb/t34510-2017《汽车用液化天燃气气瓶》方法对该低温绝热容器的日蒸发率(日蒸发率为反应气瓶绝热性能的主要参数)进行测量，实验数据为2.3％/d；均优于国标的2.52％的标准。