用于制造压力容器的方法和压力容器技术

本发明专利技术涉及一种压力容器和一种用于制造压力容器的方法，其中，所述压力容器(1)具有内衬(10)和包围所述内衬(10)的纤维增强层压物(30)，该层压物具有第一纤维层(32)和第二纤维层(34)，各纤维层结合到基质材料(36)中。所述方法包括步骤：a)提供用于储存流体的内衬(10)，该内衬具有一个柱形区域(12)和两个位于柱形区域(12)的相对置的各端部上的盖区域(14A、14B)，b)在所述盖区域(14A、14B)和柱形区域(12)上用浸渍有所述基质材料(36)的纤维材料缠绕内衬(10)，以形成第一纤维层(32)，该第一纤维层已经被基质材料(36)渗透，c)围绕第一纤维层(32)设置第二纤维层(34)，第二纤维层(34)由至少一个干纤维编织软管形成，并且d)在不供应额外基质材料的情况下进行基质材料(36)的时效硬化或固结，以形成纤维增强层压物(30)。(30)。(30)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造压力容器的方法和压力容器


[0001]本专利技术涉及一种用于制造压力容器、尤其是制造用于机动车的氢气罐的方法以及这种压力容器。

技术介绍

[0002]车辆、尤其是机动车中使用的氢气罐一方面必须重量轻，以避免不必要地增加车辆重量，另一方面必须非常稳定，以承受储存氢气所需的高压。此外，在发生车辆碰撞的情况下，储罐不得出现严重失效。
[0003]这种压力容器通常具有气密地为压力容器加衬里的内衬以及确保压力容器的稳定性的外套。公开文件DE102017206521A1公开了压力容器，在其中，外套由纤维增强夹层结构形成。纤维增强夹层结构包括包围柱形内部区域并围绕柱形区域纵向轴线缠绕的第一纤维层并且包括第二纤维层，该第二纤维层包围柱形区域及与柱形区域相邻的盖区域并且至少在盖区域中进行编织。
[0004]为了制造压力容器，根据DE102017206521A1，首先施加第一纤维层并使其时效硬化，然后施加第二纤维层并使其时效硬化。在一种替代的方法变型方案中，第一和第二纤维层可以由干纤维制成，共同以树脂浸润并且随后时效硬化。另一种变型方案规定，为第一和第二纤维层使用预浸渍纤维并且将两个纤维层共同时效硬化。

技术实现思路

[0005]在此背景下，本专利技术的任务是，提出一种可以制造压力容器的替代可能性。尤其是压力容器应以经济上特别有利的方式制造并且该方法应适合大批量生产。
[0006]所述任务通过根据权利要求1所述的方法和根据权利要求9所述的压力容器来解决。从从属权利要求和以下说明得到其它有利的实施方式。
[0007]提出一种用于制造压力容器的方法，其中，所述压力容器具有内衬和包围所述内衬的纤维增强层压物，该层压物具有第一纤维层和第二纤维层，各纤维层结合到基质材料中，所述方法包括下述步骤：
[0008]a)提供用于储存流体、优选氢气的内衬，该内衬具有一个柱形区域和两个位于柱形区域的相对置的各端部上的盖区域，
[0009]b)在所述盖区域和柱形区域上用浸渍有所述基质材料的纤维材料缠绕内衬，以形成第一纤维层，该第一纤维层已经被基质材料渗透，
[0010]c)围绕第一纤维层设置第二纤维层，第二纤维层由至少一个干纤维编织软管形成，并且
[0011]d)在不供应额外基质材料的情况下进行基质材料的时效硬化或固结，以形成纤维增强层压物。
[0012]换句话说，当用第一纤维层缠绕内衬时，已经施加了整个纤维增强层压物所需的必要的基质材料量。用于第一纤维层的纤维材料为此以基质材料“超载”(
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此，可提供足够的基质材料，以便也充分湿润或浸透后来施加的第二纤维层并使其一同结合到层压物中。由此不必在后来浸润纤维层，从而简化了所需的设备技术，降低了制造成本，且不必忍受压力容器稳定性的损失。
[0013]内衬用于将流体储存在压力容器中。内衬因此设计成流体密封的。如果压力容器例如用作氢气罐，则内衬尤其是不可渗透氢气。内衬是大致柱形的并且具有柱形区域。根据柱形区域来定义内衬的纵向轴线，该纵向轴线也是压力容器的纵向轴线。柱形区域的两端分别用一个盖区域封闭。可以在一个或两个盖区域中设置用于连接的开口。内衬优选构造成一体的。内衬例如可以由塑料或金属制成。在后一种情况下，内衬可以有助于压力容器的稳定性。优选内衬设计为热塑性吹塑成型部件，由此可以实现小壁厚和轻重量。
[0014]纤维增强层压物包围内衬，该纤维增强层压物确保压力容器的稳定性。该纤维增强层压物包含基质材料，纤维层嵌入其中。纤维层包括增强纤维，如碳纤维、玻璃纤维和/或芳族聚酰胺纤维。纤维层尤其是由连续纤维制成。作为基质材料可使用热固性或热塑性塑料材料。
[0015]为了制造纤维增强层压物，首先施加第一纤维层，然后向该第一纤维层上施加第二纤维层。在此，第一纤维层被缠绕并且第二纤维层构造为编织物。术语“纤维层”不限于一层纤维，也可以将两层或优选更多纤维层相叠地布置，以形成“纤维层”。
[0016]用已经浸渍有基质材料的纤维材料进行第一纤维层的缠绕。纤维材料在此被有意以基质材料“超载”。也就是说，加入到纤维材料中的基质材料多于后来在第一纤维层中所需的量。更确切地说，这样选择基质材料的含量，使得其足够用于整个纤维增强层压物并且也一同结合由编织物制成的第二纤维层。以基质材料浸渍的、用于第一纤维层的缠绕的纤维材料在具有热固性基质的情况下尤其可以是湿浸渍粗纱、预浸渍粗纱或预浸料，并且在具有热塑性基质的情况下尤其是可以是纤维增强带和混合粗纱，它们除了含有增强纤维外还含有热塑性纤维。在此这样调节热塑性纤维的纤维体积分数，使得热塑性塑料含量足够作为基质材料。
[0017]在一种优选实施方式中，第一纤维层通过用湿浸渍粗纱进行纤维缠绕而形成。为此例如在即将缠绕内衬之前，将粗纱拉过基质浴或以其它方式用液态热固性基质材料润湿。粗纱在此如上所述被有针对性地以基质材料超载，从而在缠绕过程完成之后已经施加了所需的基质材料量。湿浸渍纤维的基质材料具有相当低的粘度，因此也可以很好地浸透随后施加的编织物并将其结合到层压物中。因此，以简单的方式将第二纤维层特别好地结合到基质材料中。
[0018]在一种实施方式中，第一纤维层的缠绕可以通过纤维缠绕或带缠绕进行。纤维缠绕是一种铺置技术，在其中，连续纤维束(粗纱)紧密地并排缠绕在芯件(在此是内衬)上。在柱形区域中，粗纱优选根据负荷而与压力容器或者说内衬的纵向轴线成一定角度缠绕。在各盖区域中，缠绕也可以以一定角度倾斜于纵向轴线进行，由此形成交叉层并防止纤维从盖上滑落。在带缠绕的情况下，使用单向纤维增强带代替粗纱，该带并排或部分重叠地缠绕在芯件上。
[0019]在一种替代实施方式中，第一纤维层通过用预浸料缠绕内衬形成。预浸料是一种板状、预浸渍的半成品。在此，一层或多层连续纤维已经嵌入热固体基质材料中并且基质材料处于部分时效硬化状态。预浸料坯件例如可以在压力容器的长度上延伸。在使用预浸料
的情况下，第一纤维层可以特别省时地缠绕在内衬上。在使用预浸料的情况下，柱形区域中的纤维也根据负荷而与纵向轴线成一定角度定向。
[0020]由于所需的基质材料已经随着第一纤维层被施加，接下来的第二纤维层仅由干纤维制成。在此，未用基质材料浸渍的增强纤维称为“干纤维”。
[0021]第二纤维层由编织物形成。第二纤维层优选在整个第一纤维层上延伸，即在内衬的两个盖区域和所述柱形区域上延伸。
[0022]在一种实施方式中，第二纤维层通过用干纤维围绕内衬和第一纤维层编织而形成。编织纤维形成编织软管，该编织软管在外部围绕第一纤维层形成。在该实施方式中，编织软管在编织过程期间直接围绕衬垫和第一纤维层形成并被铺置在待编绕的半成品上。为此例如可以引导载有第一纤维层的内衬通过径向编织机。编织软管例如可以是双轴向编织物或三轴向编织物，在其中，还携带平行于压力容器纵向轴线的附加地经。通过编织第二纤维层，可以在编织过程期间改变编织角度并由此例如在各盖区域上有针对性地形成与柱形区域中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于制造压力容器的方法，其中，所述压力容器(1)具有内衬(10)和包围所述内衬(10)的纤维增强的层压物(30)，该层压物具有第一纤维层(32)和第二纤维层(34)，所述第一纤维层和第二纤维层结合到基质材料(36)中，所述方法包括下述步骤：a)提供用于储存流体的内衬(10)，该内衬具有一个柱形区域(12)和两个位于柱形区域(12)的相对置的各端部上的盖区域(14A、14B)，b)在所述盖区域(14A、14B)和柱形区域(12)上用浸渍有所述基质材料(36)的纤维材料缠绕内衬(10)，以形成第一纤维层(32)，该第一纤维层已经被基质材料(36)渗透，c)围绕第一纤维层(32)设置第二纤维层(34)，第二纤维层(34)由至少一个干纤维编织软管形成，并且d)在不供应额外基质材料的情况下进行基质材料(36)的时效硬化或固结，以形成所述纤维增强的层压物(30)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤b)中作为浸渍纤维材料使用湿浸渍粗纱、预浸渍粗纱、混合粗纱、单向纤维增强带或预浸料。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一纤维层(32)通过用湿浸渍粗纱进行纤维缠绕而形成。4.根据权利要求1所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：宝马股份公司，
类型：发明
国别省市：