[发明专利]具有单层衬里的复合材料压力容器

说明书

提出一种复合材料压力容器，其包括单层衬里和布置在所述衬里上的增强结构，所述衬里通过注射模制制成，所述衬里包括至少两个可焊接在一起的壳体。每个壳体由聚合物组合物制成，所述聚合物组合物包括相对于所述聚合物组合物的总重量的重量比至少为45％的芳香族聚酰胺和相对于所述聚合物组合物的总重量的重量比至少为10％的脂肪族聚酰胺。

技术领域

本发明涉及一种用于复合材料压力容器的衬里。特别地，本发明涉及用于存储氢气的非金属衬里。

背景技术

一些车辆使用压缩气体、尤其是氢气作为燃料。这样的车辆一般配备有复合材料压力容器。复合材料压力容器一般包括用于存储氢气的衬里。例如，围绕着衬里施加外部的线缠绕。该线缠绕的形式可以是围绕着衬里的外部缠绕的碳纤维线复合材料。

金属和非金属的两种衬里都有使用，但非金属衬里由于它们的重量较轻而更为优选。

非金属衬里可以是单层类型或多层类型的。

单层类型的衬里一般包括单层聚酰胺。一般使用PA-6。这些已知的衬里的一个缺点在于它们具有大的厚度(通常大于4mm)，以符合与它们的设计用途类型和它们必须满足的环境要求有关的渗透性标准。这增加了压力容器的重量，并因此增加了燃料的消耗。这也增大了压力容器在车辆上占据的空间。

多层类型的衬里一般包括六层的结构：基于热塑性材料(优选地为HDPE)的内层；第一粘合剂层；包括阻隔性树脂(优选地为EVOH)的层；第二粘合剂层；次料(regrind)层；以及基于热塑性材料的外层。为人熟知的是这些已知的衬里遭受氢气在HDPE内层(该HDPE内层与氢气直接接触)中相对高的扩散性的负面影响。氢气可能在HDPE内层内的某些区域集中。该积累在放压时产生气泡。这种气泡形成在此称作“起泡”。该起泡可能会导致损害，该损害的形式为衬里的开裂或机械降解。该结构的另外一个缺点在于它对在加燃料操作期间发生的高度温度变化的耐受性低。通常，衬里暴露于数分钟内从-40℃至+80℃的快速温度变化。这在衬里材料中产生大量热应力，这可能导致衬里断裂。

WO2013108102公开了一种包括修圆容器的压力容器，该修圆容器包括热塑性组合物。该热塑性组合物包括硅氧烷共聚物。该热塑性组合物还包括聚酰胺混合物。然而，该文献不涉及提供具有氢气渗透性低和耐起泡性良好的衬里的容器。而且，WO2013108102不涉及包裹有增强结构的衬里。

在US2009/0203845和DE20201007414中描述了其它压力容器。

鉴于上述缺点，存在对于改进的用于存储氢气的压力容器的需求。

发明内容

因此，本发明的一个方面在于提供一种包括单层衬里的复合材料压力容器，该衬里通过注射模制制成，该衬里包括至少两个可焊接在一起的壳体。有利地，每个壳体由聚合物组合物制成，该聚合物组合物包括相对于所述聚合物组合物的总重量的重量比至少为45％的芳香族聚酰胺和相对于所述聚合物组合物的总重量的重量比至少为10％的脂肪族聚酰胺。

由此，提出一种由聚合物混合物(即聚合物组合物)制成的单层衬里，该聚合物混合物包括相对于聚合物组合物的总重量的重量比至少为45％的芳香族聚酰胺和重量比至少为10％的脂肪族聚酰胺。与已知的基于聚酰胺的单层衬里(即纯PA-6衬里)相比，本发明的聚合物混合物提供的单层衬里在保持低氢气渗透性的同时厚度减小。而且，它提供的单层衬里具有良好的机械强度，以支持例如线缠绕工艺而在线缠绕工艺之后不危害该结构衬里的完好性。

要指出的是，本发明的聚合物混合物的化学特性允许减慢氢气在单层衬里内的迁移(即降低扩散率)。本发明的聚合物混合物提供扩散延迟功能。使用这样的扩散延迟功能允许保护单层衬里免受起泡造成的开裂效应。

本发明的复合材料压力容器能够存储压强高于700bars的气体。

术语“聚合物组合物”指的是具有一种或更多种单体的聚合材料，包括均聚物、共聚物、三元共聚物等。