用于输送或储存氢的多层结构体制造技术

本发明专利技术涉及多层结构体，该多层结构体选自罐、管道或管子并且旨在用于输送、分配或储存液氢，该结构体包含：与液氢接触的密封层(1)，该密封层包含含有作为聚氯三氟乙烯(PCTFE)的聚合物P1的组合物；以及位于密封层之上的至少一个第二层(2)，该第二层(2)为复合增强层，该复合增强层由浸渍有主要包含至少一种热塑性或热固性聚合物P2的组合物的连续纤维形式的纤维质材料组成。纤维质材料组成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于输送或储存氢的多层结构体


[0001]本专利申请涉及用于输送、分配、或储存液氢的多层复合结构体及制造所述多层复合结构体的方法。
现有技术
[0002]在各种领域如机动车领域和航空器领域所寻求的目标之一是提出污染越来越少的运输。
[0003]因此，包含电池的电动车辆或混合动力车辆旨在逐步替代内燃机车辆，如燃气或柴油车辆。事实证明，电池是相对复杂的车辆部件。取决于电池在车辆中的定位，保护电池免于冲击以及可具有极端温度和可变湿度的外部环境可为必要的。避免任何火焰的风险也是必要的。
[0004]另外，重要的是为了不破坏电池的单元电池并保持其寿命，其操作温度不超过55℃。相反，例如在冬季，提高电池温度以优化其操作可为必要的。
[0005]然而，电动车辆现今仍然遭受着若干问题，即电池续航里程、这些电池中使用其资源并非用之不竭的稀土，以及各国能够给电池再次充电的发电问题。
[0006]此外，电池在航空器中的使用目前限于容量非常小的飞行器，并因此限制于在不超过500km的距离内运送少量乘客，尚不适于中型或大型航空器。
[0007]因此，氢是电池的替代品，因为氢可转化为能量，以借助于燃料电池为电机提供动力，并因此为电动车辆、电动航空器、或电动列车提供动力。它也可在没有中间燃料电池的情况下通过直接注入发动机而使用，特别是在航空器或航天器(火箭)中使用，并因此供应其操作所需的能量。然而，由于氢的摩尔质量非常低，储氢在技术上困难且昂贵。
[0008]另外，为了有效，储存必须以小体积实施，这意味着鉴于使用车辆的温度，氢必须保持在高压之下。对于燃料电池混合动力道路车辆尤其如此，这种车辆的目标是：除了电池供电的电力基础之外，基本上用于城市用途的续航里程约600至700km、或甚至更小。然而，这种类型的储存无法提供足以使飞机飞行或用机车牵引列车的体积。
[0009]在这种情况下出现的解决方案之一是储存液氢，但其极低的液化温度(
‑
253℃或20.28
°
K)要求材料能够承受这种温度，特别是在移动式储存(moving storage)时。
[0010]加压氢罐通常由必须防止氢泄漏的金属内衬制成。该第一内衬自身必须由第二内衬保护，该第二内衬通常由复合材料制成，设计成承受罐的内部压力(例如700巴)并承受任何冲击或热源。阀门系统也必须是安全的。
[0011]根据法国氢能和燃料电池协会(French Hydrogen and Fuel Cell Association，AFHYPAC)Hydrogen Memento Sheet 4.2(2016年12月修订)，采用充气至20或25MPa(I型和II型)的圆柱形钢圆筒或圆筒组件的加压氢储存和分配已成为多年来的标准惯例。这种储存方法的缺点是尺寸——在20MPa压力和常温(21℃)下仅14kg/m3的氢(与相同储存条件下100kg/m3的甲烷相比较)——并且尤其是重量，这是由于使用了低应力钢来避免氢脆(hydrogen embrittlement)问题。随着所谓的IV型或V型复合罐的出现，情况已强烈变化。
它们的基本原则是将密封和机械强度这两种基本功能分开，并对它们彼此独立地管理。在这种类型的贮存器(reservoir)中，将由树脂(热固性或热塑性)制成的筒胆(bladder)(也称为内衬(或密封护套))与由纤维(玻璃、芳族聚酰胺、碳)组成的增强结构体(也称为增强层或套筒)进行组合，这允许贮存器在更高压力下操作，同时减小其质量并避免在严重的外部侵害事件中爆炸性破裂的风险。因此，70MPa(700巴)已实践上成为气体(如氢)储存的现行标准。
[0012]在IV型罐中，内衬和增强层由不同材料组成，其缺点体现为在内衬与增强层之间缺乏粘附。
[0013]最近出现了V型罐，其基于对内衬和复合物基体使用相同的聚合物，以便保证内衬与复合物之间优异和耐久的粘附性。
[0014]当借助于刚性或柔性管道输送或分配氢时，还优选的是氢处于较低体积以确保足够的流动。因此，与储存、输送、或分配氢一样，有意义的是使用由复合材料制成的外层增强的由密封护套(确保气密性和耐化学性)构成的复合管道，其由以连续层沉积在内衬上的单向(UD)带通过纤维缠绕制造而成。当期望使该管道为柔性时，一种可能性是相对于管道轴线以一个或多个取向角缠绕UD带，使得复合增强物可支持复合管道在其使用期间的变形。复合增强物允许管道承受由输送的流体产生的内部压力。
[0015]此外，密封护套必须能够连续挤出，可能地在内部骨架的支撑体上，或者缠绕到所述支撑体上。这种密封护套必须足够化学稳定，使得其机械和密封特征不以在贮存器或柔性管道的寿命期间令人望而却步的方式劣化。
[0016]在具有内部金属骨架的柔性管道的情况下，由于管道的内部压力在密封护套上产生的应力，密封内衬还必须能够承受制造该密封内衬的材料的蠕变效应。当管道被输送的流出物加压时，内衬所依靠的金属铠装(armoring)(例如自锁紧ζ或T形几何形状)之间的接合(缺口或间隙)中发生蠕变，从而产生材料的突起，产生应力集中，并因此是密封护套的优先失效区：因此，构成密封护套的材料也必须承受这些应力集中。
[0017]因此，仍然需要在一方面优化复合物基体，以便优化其在高温下的机械强度，且另一方面优化构成密封护套的材料，以便承受非常低的温度。
[0018]这些问题通过提供本专利技术的多层结构体得到解决。
[0019]贯穿本说明书，术语“内衬”、“密封护套”以及“耐压夹套”具有相同的含义。
[0020]因此，本专利技术涉及如下多层结构体，该多层结构体选自罐、管道或管子并且旨在用于输送、分配或储存液氢，该结构体包含：与液氢接触的密封层(1)，该密封层包含含有作为聚氯三氟乙烯(PCTFE)的聚合物P1的组合物；以及位于密封层之上的至少一个第二层(2)，
[0021]该第二层(2)为复合增强层，该复合增强层由浸渍有主要包含至少一种热塑性或热固性聚合物P2的组合物的连续纤维形式的纤维质材料组成。
[0022]“多层结构体”意指例如包含若干层(特别是两层)或由若干层(特别是两层)组成的罐、管道或管子。
[0023]与作为最外层的复合增强层相比，密封层是最内层。
[0024]密封层与氢接触，即使存在着一个或多个密封层通过挤出涂布到其上的内部并因此最内侧非密封金属层，该非密封金属层由形成所述骨架的螺旋缠绕压型金属条(profiled metal strip)(诸如钉接金属条)所形成，该挤出例如通过使预制的复合材料或
聚合物膜沉积、或者使用连续挤出机进行。
[0025]当仅存在密封层和复合增强层，因而导致两层的多层结构体时，则那两层可被焊接并因而可彼此粘附，彼此直接接触。
[0026]有利地，它们被焊接并因此彼此粘附，彼此直接接触。
[0027]当存在若干复合增强层时，则密封层可焊接到所述复合增强物的最内层，并因此可彼此粘附，彼此直接接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.多层结构体，所述多层结构体选自罐、管道或管子并且旨在用于输送、分配或储存液氢，所述结构体包含：与液氢接触的密封层(1)，所述密封层包含含有作为聚氯三氟乙烯(PCTFE)的聚合物P1的组合物；以及位于所述密封层之上的至少一个第二层(2)，所述第二层(2)为复合增强层，所述复合增强层由浸渍有主要包含至少一种热塑性或热固性聚合物P2的组合物的连续纤维形式的纤维质材料组成。2.根据权利要求1所述的多层结构体，其特征在于所述密封层(1)由浸渍有主要包含聚氯三氟乙烯(PCTFE)的组合物的连续纤维形式的纤维质材料制成，并且所述最内侧复合增强层中的至少一个由浸渍有主要包含作为PCTFE的至少一种热塑性聚合物的组合物的连续纤维形式的纤维质材料组成。3.根据权利要求1所述的多层结构体，其特征在于所述最内侧复合增强层(2)缠绕在所述密封层(1)周围，所述密封层(1)由主要包含聚氯三氟乙烯(PCTFE)的组合物组成，并且所述最内侧复合增强层中的至少一个由浸渍有主要包含至少一种热塑性或热固性聚合物的组合物的连续纤维形式的纤维质材料组成。4.根据权利要求3所述的多层结构体，其特征在于所述增强层(2)的所述组合物的所述聚合物是热塑性聚合物。5.根据权利要求4所述的多层结构体，其特征在于所述最内侧复合增强层(2)焊接至所述密封层(1)或未焊接至所述密封层(1)，特别地其焊接至所述密封层(1)。6.根据权利要求4或5所述的多层结构体，其特征在于所述增强层(2)的所述组合物的所述聚合物是热塑性聚合物，每个复合增强层的所述聚合物P2都与相邻的复合增强层的聚合物P2部分或完全可混溶，每个密封层(1)的所述PCTFE聚合物都与相邻的复合增强层的聚合物P2部分或完全可混溶，所述聚合物的完全或部分溶混性是由混合物中的PCTFE和聚合物P2的玻璃化转变温度的差值相对于混合之前所述PCTFE和聚合物P2的玻璃化转变温度的差值来定义的，并且当所述差值等于0时，所述溶混性是完全的，且当所述差值不同于0时，所述溶混性是部分的，并且各聚合物P2之间或者P2与PCTFE之间的完全不混溶性被排除。7.根据权利要求4至6之一所述的结构体，其特征在于所述增强层(2)的所述组合物的所述热塑性聚合物P2是PCTFE。8.根据权利要求3所述的多层结构体，其特征在于所述增强层(2)的所述组合物的所述聚合物是热固性聚合物。9.根据权利要求3至8之一所述的多层结构体，其特征在于其从内向外包含单一密封层(1)和单一增强层(2)，所述密封层与液氢接触。10.根据权利要求1至9之一所述的多层结构体，其特征在于氢在所述密封层内侧呈液体。11.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
申请(专利权)人：阿科玛法国公司，
类型：发明
国别省市：