[发明专利]用于制造由热固性聚合物制成的用于包含加压流体的如复合罐的罐的密封软外壳的方法、以及罐

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造由聚合物制成的软外壳(囊，球胆， bladder)或外壳(封套，envelope)的方法，以保证罐相对于包含 在其中的加压流体的内部密封，其中罐是这样的罐如复合罐(复合 容器，composite tank)，例如IV型罐。

本发明还涉及一种罐如复合罐，例如IV型罐，其包括能够通 过上述方法获得的外壳或密封软外壳(密封囊，密封球胆，sealing bladder)。

本发明的技术领域通常可以被定义为流体以及尤其是加压气 体的储存的领域，换言之在高于大气压的压力下，并特别关注天然 气、压缩空气、中性或惰性气体、天然气、以及尤其是氢气。

本发明的外壳或密封软外壳可以用于例如制造复合罐，例如IV 型或液压蓄能器复合罐。

复合罐是这样的罐，其中流体、尤其是储存气体的压力通常为 10⁶至10⁸Pa，更准确地为10⁷至10⁸Pa(换言之100至1000巴)。 因此它们的结构必须首先对于流体，例如对于储存气体是不渗漏 的，以及其次能够承受储存压力(称作正常工作压力)、以及这些 流体如气体的填充条件(压力、填充速率以及填充次数)。

为此，这些罐包括内部气体密封软外壳，还称作内部外壳“衬 里(liner)”，以及外部增强结构，其通常由碳纤维和热固性树脂(通 常为环氧树脂)构成。

这种软外壳可以是金属的，例如由铝或钢构成，或软外壳可以 由聚合物(通常为热塑性的)构成。

在该后一种情况下，使用术语IV型复合罐。

密封软外壳是一种回转、旋转结构，通常没有焊缝以及均匀的， 并且对于流体如气体具有改善的渗透性性能(或防渗性能)以及机 械强度。密封软外壳在其一个或两个末端装配有一个或两个基板 (底座，base plate)。

聚合物密封软外壳可以通过挤出吹塑、通过挤压或通过滚塑 (rotomoulding)、以及尤其是通过活性滚塑(反应性滚塑，reactive rotomoulding)而获得，活性滚塑将是对于本发明特别有益的技术。 可以例如通过长丝缠绕体(长丝缠绕，filament winding)来获得外 部增强结构。

本发明特别发现其在制造低温燃料电池例如质子交换膜燃料 电池或PEMFC中的应用。

在以下描述中，在方括号([])之间的参考文献是指在实施例以 后给出的参考文献清单。

背景技术

在二十世纪九十年代开发了IV型罐，首先用于天然气的车载 储存，其具有由聚乙烯制成的软外壳，并且最近，尤其是从1997 年，用于氢气的储存。

目前使用的聚合物软外壳(polymer bladder)由热塑性聚合物 制成，并且大部分由聚乙烯(PE)构成。这些聚乙烯通常是高密度聚 乙烯(HDPE)，有时是交联的(XHDPE)。其它热塑性软外壳由PA6 型、以及很少PA12或11的聚酰胺(PA)(通常称作“Nylon”(商品名)) 组成，因为它们具有内在地比聚乙烯更好的阻气性。

然而，它们的延展性(ductibility)经常不如聚乙烯的延性并且 它们的热力学行为并不总是可接受的。可以使用特殊的PA6以便结 合良好的机械性能和对于气体以及尤其对于氢气的良好的防渗性 能。文献[1]描述了这样的PA6。

最后，可以使用其它热塑性塑料，因为它们具有对于气体的良 好的防渗性能(阻挡性能)，如聚偏二氟乙烯(PVDF)。还可以使用 在乙烯-乙烯醇(EVOH)共聚物中具有阻挡层的多层溶液。文献[3]和 [4]描述了这样的热塑性塑料。然而，它们的延展性经常不能将它们 用作复合罐以及尤其是IV型罐的密封软外壳的组分。

大多数时间，这些软外壳是通过熔融热塑性材料的滚塑或挤压 和/或吹塑而获得的。例如，在文献[5]中，披露了通过挤出吹塑或 滚塑，优选使用高或中密度聚乙烯来获得热塑性软外壳。在文献[6] 中，通过滚塑获得了由聚乙烯、聚丙烯或聚酰胺制成的密封软外壳。 在文献[7]中，披露了通过滚塑来形成由尼龙11构成的软外壳。在 文献[8]中，披露了软外壳由被挤压、吹塑或滚塑的热塑性材料获得。 在文献[9]和[10]中，披露了可以通过挤压、吹塑或通过滚塑来模塑 热塑性软外壳。