复合材料用作低温条件下的隔离件的应用制造技术

本发明专利技术涉及一种复合材料用作低温条件下的流体隔离件的应用，复合材料在环境条件下具有：（ａ）小于５０Ｇｐａ的拉伸杨氏模量和（ｂ）为至少５％的断裂拉伸应变。本发明专利技术还涉及一种包括复合材料的用于低温流体的夹层和容纳系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种复合材料用作低温条件下的隔离件的应用，特别 涉及一种复合材料用作低温条件下的流体隔离件的应用，该复合材料 具有某些性能。本专利技术还涉及使用复合材料的夹层，以及使用复合材 料的容纳系统，比如容器、管路、罐、器皿、管道和洞穴。
技术介绍
用于低温条件下的流体隔离件，比如存储罐和管路，用于防止低 温流体流向隔离件后的材料。通常，常规的流体隔离件基于具有类似 性能的特殊材料，比如镍-钢或特殊的纤维增强复合材料。这种特殊的 纤维增强复合材料的实例包括由通过结构纤维(比如石墨、玻璃(比如S2玻璃和E玻璃)和超高分子量聚乙烯)增强的热固性塑性基质 材料(比如环氧树脂和聚亚安酯)构成的复合材料。作为一个实例，WO2006/003192 Al描述了流体隔离件在用于存 储液化气体(比如LNG (液化天然气))、液化氮、液化氧或液化二氧 化碳和液化氢等的绝热容器中的应用。在WO2006/003192 Al中公开 的流体隔离件包括塑性材料，比如聚亚安酯或环氧树脂或二者的组合。 如果需要，流体隔离件可通过加入玻璃纤维来得到增强。尽管根据WO2006/003192 Al的流体隔离件的功能已经令人满 意，但是已发现使用基于这种复合材料的流体隔离件可能导致引入高 应力，该高应力不得不通过整体结构来承受。在一些情况下，这可能 导致流体隔离件和/或整体结构的机械故障。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是使上述问题最小化。本专利技术的另一个目的是提供一种用作低温条件下(比如低于-30。C、低于-100。C或甚至低于-150。C )的流体隔离件的替代材料。 本专利技术还有一个目的是提供一种改进的容纳系统，比如用于低温流体的容器、管道、罐、器皿、管道和洞穴。根据本专利技术，通过提供用作低温条件下的流体隔离件的复合材料，可以实现上述的一个或多个目的或实现其他目的，该复合材料具有(a) 在环境条件下小于50GPa的拉伸杨氏模量；和(b) 在环境条件下为至少5%的断裂拉伸应变。EP 0 465 252 Al描述了 一种用于压缩^f氐温气体和/或^f氐温气体的 容器或管道，包括形成气体隔离件的不透气体的合成聚合物。结构纤 维可嵌入不透气体的合成聚合物中以形成复合材料。通常，复合材料 具有低应变和高模量。当使用该专利说明书中所提到的合适结构纤维 进行制备时，通常复合材料的杨氏模量大于50GPa。US6，962，672描述了特别用于空间发动机的高压容器。压力容器的 内表面可使用杨氏模量介于1到2Gpa之间的聚酰胺。该文献没有提 到断裂拉伸应变，此外，内表面不是复合物。增强线绕内表面盘绕， 该增强线由比如碳纤维或以"Kevlar"名称销售的芳纶(aramide )纤维 制成。增强线中的这些材料具有非常高的杨氏模量。优选地，拉伸杨氏模量小于40GPa，并且优选在l.OGPa以上， 更优选在2.0GPa以上。优选地，环境条件下的拉伸杨氏模量根据DIN EN ISO 527测定， 该环境条件下是根据ISO 554的标准大气条件，特别是推荐的大气条 件，即在23。C的温度、50%的相对湿度和在86至106KPa之间的压 力下。优选地，环境条件下的断裂拉伸应变在8%以上，更优选在10% 以上，更优选在15%以上。通常，环境条件下的断裂拉伸应变不大于 75% 。环境条件下的断裂拉伸应变根据DIN EN ISO 527测定。 材料的应力与其拉伸杨氏模量和其热膨胀系数相关，对于低温材料，迄今一直认为低应力材料由于在使用中经受显著的温度变化而不 可能用于低温流体。然而，本专利技术惊奇地发现具有较低拉伸杨氏模量 的复合材料可用于低温流体。这种复合材料的使用降低了在流体隔离 件材料及任何支承结构上的热诱发应力，从而使用于这种支承结构的 材料选择范围更宽。根据本专利技术，"复合材料"是一种工程材料，该工程材料由两种或 更多种具有不同物理或化学性能的组成材料制成，组成材料在最终结 构中在肉眼可见的水平上保持分离和可区分。复合材料的拉伸杨氏模 量值可根据所用材料的相对含量确定。本领域技术人员很容易理解如 何改变复合材料的不同组分的体积分率来实现预期性能。在本专利技术的一个实施例中，复合材料是单一材料复合物，即复合 材料由包括相同材料的两层形成，例如两层定向热塑性材料，它们在 升高的温度和压力下被融合到一起，从而形成在定向热塑性材料层之 间和定向热塑性材料层中散布的热塑性基质材料。如本领域技术人员 所已知的，升高的压力，特别是流体静压，对于控制定向热塑性材料 的熔化温度来说是非常重要的。此外， 一种或多种具有不同化学性能 的添加剂也可结合到单一材料复合材料中。在本专利技术的另 一个实施例中，复合材料是通过增强材料强化的塑 性基质材料，优选增强材料至少一部分被结合在塑性基质材料中。塑 性基质材料可作为连续固体相，增强材料嵌于该连续固体相中。对于 塑性基质材料与增强材料的比例没有特别限制。增强材料的形式可以是切段的或连续的纤维、切片或颗粒，但优 选被转化成具有织物状结构的材料，比如毡、机织织物、粗纱、纤维 织物、编织或缝合结构。此外，优选的是增强材料选自包括天然材料、热塑性材料和它们 的组合的组。天然材料可包括纤维，包括植物纤维和动物纤维，所述 植物纤维比如椰壳纤维、棉、亚麻布、黄麻、胡麻、苎麻、剑麻和大麻；所述动物纤维比如绵羊毛、马鬃和蚕丝。优选地，增强材料包括热塑性材料。优选地，用于增强材料的热塑性材料包括聚烯烃，聚烯烃选自包括聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚 曱基戊烯、聚异丁烯、或上述物质的共聚物或三元共聚物的组，优选 聚丙烯。增强材料还可从包括碳纤维、玻璃纤维和聚合纤维的很宽材料范围内选择，只要所得到的复合材料的拉伸杨氏模量小于50Gpa并且断 裂拉伸应变为至少5%即可。优选地，根据DINENIS0527测定，增强材料具有的环境条件下 的断裂拉伸应变为至少5%，更优选地，环境条件下的断裂拉伸应变 在8%以上，更优选在10%以上，最优选在15%以上。通常，环境条 件下的断裂拉伸应变不大于75%。根据本专利技术，要使用的塑性基质材料可以从比如聚合材料的很宽 材料范围中选择，所述聚合材料包括聚酯、聚碳酸酯、乙烯基酯、环 氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺、聚酰胺及其他，只要所得到的复合材 料的拉伸杨氏模量小于50GPa即可。然而，优选的是根据DIN EN IS0527测定，塑性基质材料具有的环境条件下的拉伸杨氏模量在 0.1國5.0GPa之间。塑性基质材料优选包括热塑性材料或热固性材料。根据本专利技术的一个特别优选实施例，塑性基质材料是热塑性材料。 热塑性材料的一个优点是其可易于成形。优选地，热塑性材料包括聚 烯烃，聚烯烃可选自包括聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚曱基戊烯、聚 异丁烯、或上述物质的共聚物或三元共聚物(比如三元乙丙橡胶 (EPDM))的组，优选聚丙烯。单一材料复合物优选是热塑性材料，其中不仅定向热塑性材料(比 如增强纤维相)而且定向热塑性材料之间的基质都包括相同的热塑性 聚合物，优选它们主要由相同的热塑性聚合物组成，更优选它们由相 同的热塑性聚合物组成。由于定向热塑性材料的受控表面溶化而实现 结合。单一材料复合物的物理性能，比如拉伸杨氏模量和热膨胀系数 (CTE),可通过工艺中产生的熔化程度控制，其确定了定本文档来自技高网...

【技术保护点】
复合材料作为在低温条件下的流体隔离件的应用，所述复合材料具有：　（ａ）在环境条件下小于５０ＧＰａ的拉伸杨氏模量；和　（ｂ）在环境条件下为至少５％的断裂拉伸应变。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：FAH扬森，LM德米尔，
申请(专利权)人：国际壳牌研究有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]