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獲得用于高壓貯藏容器的壓電襯里的方法與流程

文檔序號(hào):11971455閱讀:199來源:國(guó)知局
獲得用于高壓貯藏容器的壓電襯里的方法與流程
本發(fā)明涉及用于高壓容器的阻擋襯里(barrierliner)。更具體地說,本發(fā)明涉及由壓電聚合物薄膜制成的這樣的阻擋襯里,以及涉及用于獲得這樣的薄膜和襯里的方法。

背景技術(shù):
空的復(fù)合結(jié)構(gòu)或諸如加壓儲(chǔ)氣罐(gastank)的壓力容器(這里被稱為“容器”)已經(jīng)傳統(tǒng)地由諸如鋼或鋁的金屬制成。然而,在近些年中,復(fù)合容器的使用已經(jīng)變得更加普遍。這樣的容器通過各種工藝被制造,所述各種工藝包括但不限于絲纏繞(filamentwinding)、樹脂傳遞模塑(resintransfermolding)和氣囊輔助模塑。大多數(shù)復(fù)合材料呈現(xiàn)出對(duì)于許多流體相對(duì)高的滲透性。因此經(jīng)常需要在壓力容器內(nèi)提供阻擋襯里,以防止過度的泄露。某些基于聚合物的襯里提供了良好的抗?jié)B透性、抗熱性和抗化學(xué)侵蝕性,使得它們適合于高壓介質(zhì)貯藏。特別是公知在絲纏繞的復(fù)合容器中包括HDPE襯里。此外,高壓容器要求受到監(jiān)控以避免過填充并且檢測(cè)泄露。這經(jīng)常通過容器頸部處的壓力傳感器和調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn)。這樣的外部壓力計(jì)(pressuregauge)是相對(duì)昂貴的,并且它們經(jīng)常僅僅在運(yùn)行期間適合于容器。針對(duì)剩下的時(shí)間、特別是在貯藏和運(yùn)輸階段期間,不能容易地知道罐中的壓力。為了克服該缺點(diǎn),專利文件WO2011/104295公開了包括呈現(xiàn)出阻擋性質(zhì)和壓電性質(zhì)兩者的襯里的壓力容器。因?yàn)楫?dāng)受到外力時(shí)壓電材料產(chǎn)生電荷,允許壓力改變被測(cè)量,所以壓電材料已經(jīng)展示出作為壓力傳感器的適合性。因此,上面的現(xiàn)有技術(shù)文件教導(dǎo)了,通過使用壓電襯里來監(jiān)控壓力容器內(nèi)的壓力,免除外部壓力計(jì)是可能的。專利文件WO2011/104295通過引用被并入。關(guān)于上面的解決方案的一個(gè)困難是,提供把優(yōu)良的阻擋性質(zhì)與強(qiáng)的壓電效應(yīng)相組合的襯里。因此,本發(fā)明的主要目的是提供這樣的襯里。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
根據(jù)本發(fā)明的第一方面,本發(fā)明通過提供根據(jù)附加的權(quán)利要求1的襯里來實(shí)現(xiàn)該目的。根據(jù)第二方面,本發(fā)明通過提供用于作為高壓貯藏容器中的襯里使用的共聚物薄膜來實(shí)現(xiàn)上面的目的;該共聚物薄膜借助于根據(jù)權(quán)利要求2的方法來獲得。根據(jù)本發(fā)明的PVDF-TrFE(Poly(vinylidenefluoride-trifluorethylene),聚(偏二氟乙烯-三氟乙烯))共聚物薄膜和襯里呈現(xiàn)出強(qiáng)的壓電效應(yīng)。此外,該薄膜和襯里同樣呈現(xiàn)出對(duì)于大多數(shù)氣體的驚人的低滲透性;特別是氧氣和氫氣。該低滲透性使得根據(jù)本發(fā)明的PVDF-TrFE共聚物薄膜特別適合于用作高壓貯藏容器中的阻擋襯里。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施,PVDF-TrFE共聚物包括在70mol%與80mol%之間的VDF(偏二氟乙烯)。由申請(qǐng)人所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)展示出,這些比例提供了涉及滲透性以及壓電效應(yīng)的最好結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施,退火步驟被實(shí)行達(dá)至少三個(gè)小時(shí);更優(yōu)選地被實(shí)行達(dá)4小時(shí)。根據(jù)本發(fā)明的還有另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施,在125℃與140℃之間的溫度下實(shí)行退火步驟。根據(jù)本發(fā)明的還有另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施,對(duì)經(jīng)退火的薄膜還原的步驟使用700KV/cm與800KV/cm之間的靜電場(chǎng)來實(shí)行。附圖說明本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)根據(jù)閱讀下面的說明將變得明顯,所述下面的說明僅僅借助于非限制的例子給出,并且是參照附圖作出的,其中:-圖1是示出了針對(duì)不同退火時(shí)間的聚合物薄片的滲透性與溫度的關(guān)系的圖形;-圖2是壓電系數(shù)d33與退火時(shí)間的關(guān)系的圖形。具體實(shí)施方式對(duì)于要被并入壓力容器的襯里來說,它必須具有和容器內(nèi)的腔相同的空心形式。特別地,在圓柱容器的情況下,襯里應(yīng)該是管狀的。這可以通過各種技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。形成襯里的一個(gè)實(shí)際的方式是從平面薄膜開始。從這個(gè)開始點(diǎn)開始,存在兩個(gè)選項(xiàng)。第一選項(xiàng)是在形成襯里之前經(jīng)過對(duì)聚合物薄膜退火的步驟以及對(duì)經(jīng)退火的薄膜還原(poling)的步驟。一旦已經(jīng)采取了這些步驟,經(jīng)退火和還原的平面薄膜可以例如被卷成管子,并且被焊接以便形成氣密接合。另一個(gè)可能性是,把經(jīng)退火和還原的平面薄膜制成卷,其中該卷的多個(gè)重疊層創(chuàng)造出氣密的管子而不需要?dú)饷芙咏雍稀5诙€(gè)選項(xiàng)是,由把平面薄膜成形為襯里開始,并且然后經(jīng)過對(duì)聚合物材料退火和還原的步驟。在這種情況下,還原操作稍微更加復(fù)雜一些,因?yàn)閮蓚€(gè)還原電極中的一個(gè)必須被設(shè)計(jì)為使得兩個(gè)還原電極中的一個(gè)可以通過開孔被引入到襯里中。形成襯里的另一個(gè)方式是從熔化的聚合物開始。該開始材料可以被模塑(例如吹模塑(blowmolded))為具有像薄膜一樣的薄壁的封閉形式。根據(jù)該方法,形成襯里的壁的聚合物薄膜然后被退火和還原。依賴于容器殼的類型以及它的制造方法,襯里材料可以通過一系列技術(shù)被并入不同類型的容器中。一個(gè)可替換的方案是,在襯里之后形成殼。根據(jù)該可替換的方案,襯里可以被例如用作氣囊充氣或輔助模塑情況下的氣囊。另一個(gè)可能性是,使用可移除的芯軸以支撐襯里,用于隨后在襯里的外面上的復(fù)合殼的絲纏繞。另一個(gè)可替換的方案是,由形成外面的殼開始??梢越又ㄟ^涂覆樹脂或?yàn)R射樹脂等來形成襯里。根據(jù)該后一個(gè)可替換的方案,退火和還原的步驟必須在襯里位于容器殼內(nèi)的情況下實(shí)行。在這種情況下,還原操作可以在特殊的還原電極被設(shè)計(jì)為使得該特殊的還原電極可以通過殼的開孔被引入到襯里中的情況下實(shí)行。最后吹模塑襯里也可以被引入到殼中。P(VDF-TrFE)共聚物開始材料的制備可以從各種供應(yīng)商那里獲得P(VDF-TrFE)共聚物。例如,申請(qǐng)人從SolvaySolexis公司那里獲得粉末形式的P(VDF-TrFE)(79/21mol%)共聚物。a)溶劑澆鑄方法通過首先在60℃下將P(VDF-TrFE)粉末在溶劑(例如甲基乙基酮)中溶解長(zhǎng)達(dá)2小時(shí),可以制備出薄膜。一旦該聚合物被溶解,它就被傾瀉到平坦的表面上,并且接著通宵受到低真空作用,以便促使溶劑蒸發(fā)。該工藝產(chǎn)出數(shù)十個(gè)微米厚的平面P(VDF-TrFE)共聚物薄膜。可選地,可以重復(fù)該工藝以增加薄膜的厚度。b)模塑P(VDF-TrFE)粉末可以被加熱到高于其熔化溫度。熔化的聚合物可以接著通過對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的任何適當(dāng)?shù)氖侄蝸砟K?。例子通過上述溶劑澆鑄方法來獲得平面共聚物P(VDF-TrFE)薄膜。所獲得的薄膜被切為四個(gè)樣品。樣品中的一個(gè)沒有被退火,而其它三個(gè)樣品分別被退火達(dá)2小時(shí)、4小時(shí)和16小時(shí)。退火溫度為130℃。四個(gè)樣品隨后在110℃下被還原達(dá)30分鐘,并且接著當(dāng)冷卻下來時(shí)再被還原達(dá)30分鐘。靜電場(chǎng)的強(qiáng)度是750KV/cm。表征在TAInstrumentDSCQ100上在N2環(huán)境下執(zhí)行差分掃描量熱法(DSC)測(cè)試。樣品以10.0℃min-1被冷卻到零下50℃,并且在以相同的速率被加熱到160℃之前被保持在零下50℃達(dá)三分鐘。DSC測(cè)試被用來測(cè)量每個(gè)樣品中的結(jié)晶度的量。在氧氣滲透分析儀-SystechInstrumentsModel8001上執(zhí)行氧氣滲透測(cè)試。在0%的相對(duì)濕度和1巴的O2壓力下,記錄在10℃、20℃、30℃、40℃和50℃下每個(gè)樣品的氧氣滲透速率(OTR)。使用下面的公式來計(jì)算氧氣滲透性(P):P=txOTR結(jié)果在圖1的圖形中被示出。針對(duì)壓電系數(shù)測(cè)量(d33),從每個(gè)樣品中都取出被成形為直徑為1cm的圓的子樣品。在測(cè)試之前測(cè)量四個(gè)子樣品的平均厚度,并且接著通過濺射在薄膜上沉積層狀的鉻電極和金電極。使用為750KVcm-1的電場(chǎng)(E),樣品接著在110℃下被還原達(dá)30分鐘并且接著再被冷卻達(dá)30分鐘。接著測(cè)量每個(gè)子樣品的壓電常數(shù)。結(jié)果在圖2的圖形中被示出。
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