压力容器及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种存放其工作压力在大气压力之上的固体、液体和／或气体媒质的压力容器，其中，压力容器围成一用于存放媒质的空心空间，并设置有至少一个装载和／或卸载的接头。由于压力容器至少部分由管子构成，而管子则由纤维加固热塑性塑料制成，其中热塑性材料含有大于１０％体积的纤维，该纤维的平均长度超过５０毫米，这种压力容器重量轻，有良好的耐腐蚀性和耐化学侵蚀媒质的性能，然而还能承受高达２５ＭＰａ的工作压力的机械应力。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种存放其工作压力在大气压力之上的固体、液体和/或气体媒质的压力容器，该压力容器包括存放媒质的空间和至少一个装载和/或卸载的接头。这种压力容器在已有技术的许多实施例中都有所揭示，它们必须满足内外压力的机械要求和能够承受来自机械、物理(温度)和化学的应力。制造这种压力容器的一种合适的材料是钢。钢容器大部分由圆筒形罐构成，这种圆筒形罐有一底板或底盖和一其结构类似于相应的底盖的盖子，尤其是当压力容器保持在水平位置(具有水平轴线)时。这种钢容器基本上具有如下的优点机械强度高，因此耐压力的程度也高，并有良好的耐热性。但另一方面，钢的耐腐蚀性欠缺，为此，钢容器一般不适合存放具有化学腐蚀性的媒质，否则，它们必须涂上昂贵的内涂层。钢容器也相当容易受到外界气候的影响，所以必须另外提供涂层或涂料。最后，钢容器相当重，将盖子和圆筒形的主体部分焊接在一起的制造也相当复杂。如果用另一种具有较好的耐化学性和耐腐蚀性的金属取代钢，这种金属往往是很昂贵的，难以加工，或两者兼而有之。具有热固基质体系的纤维-塑料复合物制成的压力容器也已是众所周知的。例如，题为“”的欧洲专利EP-0 810 081 A1描述了如何在纤维包裹方法中在用塑料构成的封闭的包复层上覆盖纤维-塑料的复合物。在题为“压力容器”的欧洲专利EP-0 333 013 A1中描述了用于容器的一个类似的原理。也是用纤维所包围的包复层使得加固的外壳能够承受机械应力。题为“用玻璃纤维加固的塑料容器和制造这种容器的方法和设备”的国际申请WO 92/20954描述了一用玻璃纤维加固的容器及其制造方法，其中容器由两爿半外壳粘接在一起而呈圆筒形。半外壳是采用树脂注射方法、用成形工具制造而成的，其中使用了热固塑料。由于用的是半外壳工艺，要改变容器的长度只有化相当大的代价(一新工具)才能实现。其它已知的设计提议使用在包复层一部分区域上设置的纤维-塑料复合物的外壳，其中外壳的纤维方位基本沿周向。从而使包复层承担容器纵向轴线的强度，而外壳则承担容器周向的强度。到目前为止所有已知的、用于塑料压力容器的设计和制造方法不是太复杂、太昂贵，不符合密封能力或机械应力的要求，就是太重或外表面不太令人满意。此外，由于制造需要，对于大多数容器，装载和/或卸载用的诸接头都设置在容器底部的中心。针对已有技术，本专利技术的目的是提供一压力容器，它制造相当简单，重量轻，耐腐蚀性和耐化学侵蚀的性能良好，但尽管如此，它能承受来自高达25Mpa的工作压力的机械应力。本专利技术解决此问题的压力容器至少部分由一管子形成，该管子是由纤维加固的热塑性材料制造而成，其中热塑性材料含有10％以上体积的纤维，纤维的平均长度在50毫米以上。纤维加固的热塑性塑料及其在不同
中的应用是人们所早就知道的。但是，直到目前这止，这种纤维加固热塑性塑料没有用于或很少用于压力容器。尽管对热塑性材料进行了选择已知的纤维加固热塑性塑料具有一定程度的耐化学性和耐腐蚀性的优点，然而，直至目前，通常使用的纤维加固热塑性材料的机械性能仍然是如此不能令人满意以致在实际上在用这些材料制造足够耐压的容器时，一点也得不到什么好处。具体说，为了足够耐压，就只能使用相当昂贵的和重的塑料，此外，壁又要做得相当厚，重要的是由于壁很厚，与用钢或其它金属制造的相应压力容器相比在重量方面就一点没有优势。由于壁厚大量使用热塑性纤维加固材料的费用也相当贵，所以这种材料无论如何都难以被压力容器接受。但本申请主题的专利技术人发现，当热塑性材料填有至少10％体积的纤维，这些纤维的平均长度至少是50毫米时，压力容器的热塑性材料的壁厚就可显著降低。对于压力容器而言是关键的热塑性材料的抗拉强度由于纤维的平均长度较长而有了显著的提高。同时，管形压力容器的重要部分采用管子的形状制造起来也特别简单，因为可以用挤压方法制出长度相当长的管子，然后简单地切割到所需长度，以用作压力容器的圆筒形主体部分。安装在这种管状部分的两端的盖子也最好由纤维加固的塑料材料制成，它们最好是与管子同样的热塑性基质材料。这样可以简单而可靠地焊接盖子和管子。此外，本专利技术压力容器的较佳实施例的特性描述在权利要求2至13中。本专利技术的纤维-塑料复合物的压力容器在压力技术适用性上决不会低于传统的钢或铝容器，此外，它们具有明显的优点，诸如重量轻，增强了耐腐蚀性。通过将作为基质的塑料材料与作为加固的高强度纤维的适当组合，就可获得有多方面用途的材料，其中，通过选择适当的加固结构，就可获得人们所需的材料性能。业已证明，当热塑性基质内的纤维的取向不是完全随机，而是在某一较佳方向即在周缘平均地构造成较大的取向或方位时，对压力容器就特别有益了。本专利技术的压力容器的构造最好是这样的形成压力容器的主体部分的管子由纤维加固塑料构成，其中平均在相对于管子轴线的0°和90°之间的一个象限内，纤维具有在45°至65°范围内的方向角，较佳的是在50°至60°，尤其好的是近似54°至55°。例如，聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酮、聚氯乙烯、聚-4-甲基戊烯-1(poly-4-methyl pentene-1)、聚缩醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、苯乙烯/丙烯腈共聚物、聚碳酸酯和/或丙烯腈丁二烯苯乙烯适合作为基质材料，但这里列举的并不是可用材料的全部。合适的纤维有玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维、金属纤维、陶瓷纤维和/或聚合物纤维或天然纤维。有利的是，管子具有圆形横截面。如果管子使用非圆形横截面，当压力施加在从这种管子制造的压力容器的壁上时，壁就会或多或少向圆筒形横截面变形，因为对于一给定的管状圆周，圆筒形状的容积是最大的。相应地，密封管子两端的盖子也构造成圆形，但是，盖子可以朝内或朝外拱起。一个特别的较佳实施例是，盖子有一管子连接部，其直径与形成压力容器的主体部分的管子的横截面匹配，较佳地使得管子连接部可伸缩套叠地、可压配合地插入形成压力容器的主体部分的管子之中。管子连接部与管子的重叠长度较佳地在5与100毫米之间，管子连接部的焊接表面面积尽可能大，焊接到它插入的管子端部。例如这可以通过摩擦焊、碰焊、超声波焊等等进行。或者，盖子与管子也可粘结在一起。一具有管子连接部的盖子还可在管子连接部上设置有螺纹，或者设置一种与形成压力容器的主体部分的管子上的相对部分对应的一种卡口式封口，但在这种情况下，在盖子和管子的两个接触和完全环绕的表面之间另外设置密封是有利的或必要的。盖子可以是注射模制的或冲压的部件，较好的是，尽管不是绝对必要，盖子也由纤维加固塑料制成，然而，盖子中的纤维长度可以较短，例如，平均在0与30毫米之间，盖子最好有较厚的壁和/或加强肋，这些肋穿过盖子的内侧或外侧表面。最好在压力容器的两个盖子中的一个也设置装载和卸载的孔或连接件。当压力容器使用时处于竖立位置时，有利的是提供一个作为盖子的延伸的合适的支脚，或使用在容器的底部朝内拱进的盖子，使得其整个边缘能够为容器提供可靠的支脚。关于制造存放工作压力在大气压力之上的固体、液体和/或气体媒质的压力容器的方法，本专利技术是通过如下的步骤解决的a)用具有热塑性基质的纤维-塑料复合物制造管子，所用纤维占复合物材料体积的至少10％，纤维的平均长度大于50毫米，b)将管子切割成所需长度，c)制造密封管子端部的塑料盖子，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存放其工作压力在大气压力之上的固体、液体和／或气体媒质的压力容器（１，１０，２０，３０，４０），其中，该压力容器围成一存放媒质的空心空间（５），其中，设置至少一个装载和／或卸载的接头（６，６’），其特征在于，压力容器至少部分由一管子（３）构成，而管子自身由纤维加固热塑性塑料制造而成，其中管子材料包括大于１０％体积的纤维，该纤维的平均长度大于５０毫米，容器基本上由这种管子（２）和密封其开口端表面的盖子制成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：拉尔夫冯克，约阿希姆豪斯曼，
申请(专利权)人：拉尔夫冯克，
类型：发明
国别省市：DE[德国]