高压复合容器和制造高压复合容器的方法
【技术领域】
[0001]本发明的主题是一种特别地被设计成用来储存经加压液体和气体的高压复合容器，以及一种制造高压复合容器的方法。
【背景技术】
[0002]较常用的是高压吹塑热塑性容器，其具有陷入或胶合到衬套的金属连接管配件，并且那些容器的整个主体使用缠绕技术利用放置于其上的纤维复合材料而加强。
[0003]压力器皿和制造压力器皿的方法从发明N0.GB 1134033的说明书已知。根据所引用的发明，制造这种容器的方法包括以下步骤:在许多加强纤维上分层以形成所谓的囊状物(bladder)，并且使用能够通过将所有纤维结合在一起来形成一种包围基质的充足材料以便制成一个非柔性或柔性表皮。如在上述发明的说明书和权利要求书中所用的术语“纤维”是指任何形状的单个纤维以及指扁平带。纤维在其整个表面上在囊状物的两端之间在经线方向上拉伸，并且随后加强缠绕被螺旋地绕制在囊状物的圆柱形部分内。优选地，使用了玻璃纤维。用于制造囊状物(衬套)的材料是延展性弹性体材料，优选地为橡胶。
[0004]发明N0.EP1586807的说明书公开了一种复合罐和其制造方法。所公开的复合罐包括内部部分(所谓的囊状物，内管或衬套)和两件式套环，两件式套环与所述内部部分相连接;所述两件式套环具有内部部分和外部部分，所述内部部分设有带突出部的外表面以形成与套管式衬套的颈部的连接，并且外部部分也设有内表面，所述内表面邻接所述内部部分的一个片段以便能允许它们的彼此结合。此外，套环的外部部分也具有固定套环，固定套环应搁靠抵靠着一顶端及所述衬套的所述外表面以对阀元件加以固定，而在套环和衬套上，放置了两层复合材料。必需的是，所述套环的所述内部部分带有螺纹，并且套环被形成于外部部分与内部部分之间。因此所述套环基本上为两件式元件;此事实影响了它的生产方法，因为根据本发明，套环的内部部分与衬套一起形成，而且底部内表面被保持不与衬套结合(不连接)。之后，套环的外部部分被连接到所述衬套并且整个组件被多个复合材料层所覆盖;外层由玻璃纤维制成。
[0005]压力复合容器从专利N0.EP0753700的说明书已知;在这个专利中的容器被设计成用以储存经加压液体气体。特别地，专利的目的是构造一种复合容器的连接管配件。根据上述专利，容器的特征在于设有凹部，在凹部中，容器与连接管配件相连接;在凹部(在加强区内)，设有内部部分和外部部分，内部部分和外部部分二者都设有螺纹;并且一种密封斜切垫圈被放置于容器的外表面与套环的底表面之间；垫圈的斜面朝向容器的中轴线定向；在容器的颈部分的前侧上，设有密封环，密封环由特征为低杨氏(弹性)模量和高伸长率的材料制成。
[0006]从已公开的专利N0.EP2112423，已知一种生产多层器皿的方法，多层器皿被设计成用以特别地储存经加压液体和气体。这种方法在于同时制造器皿和连接管配件二者。
[0007]在专利N0.EP08102903中公开的方法中，预成型件通过螺纹与连接管配件相连接并且这种预成型件被加热到制成它的材料的塑化温度。接下来，这种预成型件被吹塑成型为容器本身的工作尺寸。通过使容器与上面所缠绕的树脂浸渍纤维发生层合，通过硬化并且利用额外保护层覆盖容器，来整饰/加强了所述容器。
[0008]从专利申请N0.W02010059068已知一种制造高压器皿的方法，高压器皿用来在较高压力下储存特别是液体和气体;这种方法在于使用制造由热塑性材料制成的预成型件的任何已知技术来制造部件;预成型件被恰好成形为预期的器皿并且被吹塑成型以便得到所需大小；其外表面通过缠绕树脂浸渍纤维而得以被加强;预成型件与连接管配件以及与上衬垫和下衬垫相匹配，上衬垫和下衬垫的形状对应于连接管配件中的凹部和预成型件/器皿的底部的形状;最后，根据如在发明中所描述的方法来制造出高压力器皿。
[0009]迄今已知的方案表明，在高压容器生产过程的第一阶段，通过吹塑成型一种热塑性预成型件来制造出衬套;之后，使衬套与连接管配件以螺旋方式相连接。通常，在生产一种被设计成在升高的压力下工作的容器的最后阶段，制造出一种层合的加强件，即，纤维被适当地缠绕到容器的表面上，例如在编号为US20050167433、PL 197773和EP 08102903的发明中。
[0010]在迄今的公开中，所采用的连接管配件是带螺纹的并且这常常在两种不同材料即容器的聚合物和配件的金属彼此接触的点(连接点)处造成不可控的泄漏。
【发明内容】
[0011]根据本发明，高压容器包括:圆柱形壳体，其通过吹塑具有套环的预成型件而制成，由塑料材料、优选地是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETE)或聚酰胺而制成;使用由高模量碳纤维制成的承载缠绕包裹来加强的复合层;连接管配件。
[0012]在壳体的底部部分中，与所述连接管配件相对，设有由铝制成的加强底部单元并且固定于容器的复合层内；该单元如拱状般弯曲，并且其凸出部分朝向壳体的中心定向；其中，底部单元接触所述容器的底部，其被成形为拱形凸出分支翼，拱形凸出分支翼粘附到壳体的拱形凹入底部;该单元也配备有安装于复合层内侧的额外环形突出部。在连接管配件的侧部上，设有垫圈以与连接管配件相匹配。铝连接管配件被制造为一个整体元件并且配备有固定套环，所述固定套环被设计成搁靠在壳体的外部上;在固定套环上方，设有一个额外的环形突出部，这个额外的环形突出部放置于连接管配件的开口周围。
[0013]在连接管配件的内部部分的圆周上，设有环形密封凹槽，环形密封凹槽中具有O形环密封件，O形环密封件包括用于西格件(seeger)的密封环的外凹槽，其防止由于作用于复合容器上的力而可能发生的轴向移位。
[0014]连接管配件与通过吹塑一种预成型件而制造的壳体相连接;在预成型件的上部中，设有环形凹槽，一旦壳体与连接管配件相连接，环形凹槽被制造以便恰好朝向所述壳体的套环中的凹槽，且壳体套环安装有西格件，并且内密封凹槽必须恰好处于壳体套环的圆柱形部分中，其中O形环密封件安装于内密封凹槽中。西格件的截面为梯形，并且包括直角。其垂直表面极好地适配于所述连接管配件中和壳体套环中的凹槽壁，并且直角防止产生可能会造成环从凹槽滑出的力分量，而斜切(mitre-cut)使得可能将预成型件插入到先前固定于所述连接管配件中的凹槽中的环内。
[0015]在所述连接管配件与配备所述套环的壳体相连接之后，在环的截面中所用的直角造成整个系统变得不可分离。
[0016]此外，根据本发明的连接管配件的构造造成所述密封环在复合容器的气体压力下扭曲并且向O形环密封件施加压力。由于密封和O形环的扭曲，则除去了可能留在连接管配件的内表面与密封件之间的气体;另外，根据能量守恒定律，从容器内侧施加到所述连接管配件上的压力和由所述连接管配件材料施加到密封环上的力变得均衡。在那时，在连接管配件与气体之间相互作用的力抵消，并且以此方式，确保了整个接头的稳定性。由具有西格件的特殊止挡凹槽来提供了接头的额外稳定，且其在预成型件的套环中执行(并且，在容器壳体的套环中，在实现了吹塑之后)；这个元件是用于整个接头的优良的额外密封，因为其构成不可拆卸的并且特别耐高压的阻挡件。
[0017]壳体，即，吹塑预成型件和连接管配件被放置在一起并且包裹于复合材料层中；之后，它们被覆盖有额外保护层并且因此，它们形成一种耐受动态超载/过载的混合物。
[0018]根据本发明，制造复合高压容器的方法在于:吹塑由优选地聚对苯二甲酸酯、乙烯、或聚酰胺制成的预成型件，之后连接所制造的壳体与一种连接管配件，并且通过在容器表面上做出复合加强件来增强预期的容器，而在对预成型件进行吹塑之前，在结构上与所述连接管配件协同工作的预成型件的套环经历一种局部结晶过程。根据本发明，预成型件的套环经历结晶的长度等于其与容器的所述连接管配件连接的长度。
[0019]结晶过程在于将预成型件的套环逐渐加热到介于玻璃转化与聚合物熔融温度之间的温度，优选地到接近于介于玻璃转化与熔融温度之间中点的温度。温度取决于制造所述预成型件的聚合物类型并且其范围是在135°C与165°C之间，而执行加热过程持续一段不超过1分钟，优选地5至6分钟的时间段。
[0020]在进行的结晶过程期间，预成型件的套环与预成型件的其它部分隔离以便避免结晶不受控制地传播的现象。在完成了加热之后，预成型件的柔韧套环被放置于金属圆柱形心轴上并且在洗浴液中逐步冷却持续4分钟至10分钟，优选地5分钟至6分钟。在冷却所述预成型件时，所用心轴的截面直径等于所述连接管配件的内径;此事实保证了所产生的接头完好无缺的紧密性。
[0021]受控制的结晶过程导致聚合物的热分解，即导致它们的降解;现在，聚合物形成有序地排列的、层状多晶结构，这有效地改进了聚合物的机械性能:冲击强度、拉伸强度和压缩强度;而且，增加了偏转温度和挠曲(弯曲)模量。
[0022]使用根据本发明的方法使所述预成型件的所述套环结晶化导致了预成型件套环的外层的真正结晶;这意味着在