離心力編織的無(wú)襯墊壓力容器及其制造方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本公開(kāi)內(nèi)容涉及通過(guò)在離心方向上對(duì)連續(xù)纖維進(jìn)行擠出來(lái)制造可用于高壓罐的無(wú)襯墊壓力容器的方法和裝置?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]由于對(duì)無(wú)襯墊容器例如高壓罐的需求，使用形狀記憶泡沫制造上述容器的方法正處于開(kāi)發(fā)中。作為復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展公司(CompositeTechnologyDevelopmentInc.)(USA)與美國(guó)空軍研宄實(shí)驗(yàn)室(U.S.AirForceResearchLaboratory)和得克薩斯大學(xué)合作開(kāi)發(fā)的技術(shù)，通過(guò)多用途精確提取加工(MultipleUsePrecis1nExtractableTooling，MUPET)技術(shù)，使用KIBOKO的韌化環(huán)氧樹(shù)脂和Toray的T700碳纖維，制造出中空型罐(1.禮，直徑:152_，長(zhǎng)度:203_，0.21^)，其安裝在？43了狀0I衛(wèi)星上，工作壓力為138巴，耐受壓力為690巴，爆破壓力范圍在1，300至1，700巴。該技術(shù)通過(guò)以下方式進(jìn)行:首先，進(jìn)行單纖維纏繞，然后，將其用形狀記憶泡沫支持，以在室溫下保持形狀，并為熱固化提供壓力。完成固化以后，使形狀記憶泡沫在真空和冷卻條件下收縮，并從罐中取出，然后罐可以再利用(參見(jiàn)圖1和圖2)。[0003]作為高壓容器制造方法的另一參考文獻(xiàn)，美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)第2005-0258575號(hào)公開(kāi)了一種通過(guò)將制成的容器用纖維纏繞并對(duì)模具內(nèi)部施加壓力以進(jìn)行膨脹成型的制造方法。[0004]韓國(guó)專(zhuān)利登記第10-0857170號(hào)公開(kāi)了一種用于制造設(shè)置在高壓容器上的襯墊的吹塑成型裝置，其構(gòu)造成在型坯翼部的底面上涂有粘合劑，用于將整體設(shè)置的410粘附在可以前后移動(dòng)的噴嘴400上。[0005]而且，美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)第3900355號(hào)公開(kāi)了以下構(gòu)造的裝置:具有樹(shù)脂排出孔32的噴嘴管33通過(guò)電機(jī)43轉(zhuǎn)動(dòng)，樹(shù)脂溶液通過(guò)離心力噴射在圓筒30的壁上。[0006]另一方面，韓國(guó)專(zhuān)利登記第10-1271454號(hào)公開(kāi)了通過(guò)將混合材料擠壓至混合材料輸出管并通過(guò)噴嘴噴射至模具，同時(shí)通過(guò)單獨(dú)的玻璃纖維噴嘴噴射切成預(yù)定長(zhǎng)度的短切原絲形式的玻璃纖維而制造的容器，其中混合材料可以在混合材料輸出管中移動(dòng)。[0007]但是，任何上述技術(shù)均沒(méi)有公開(kāi)纏繞容器內(nèi)部、同時(shí)控制纏繞形狀和物理性質(zhì)、制造無(wú)襯墊壓力容器并具有連續(xù)制造工藝的結(jié)構(gòu)。[0008]該背景部分公開(kāi)的上述信息僅僅用于增強(qiáng)對(duì)本發(fā)明背景的理解，因此，其可以含有不構(gòu)成在該國(guó)家中本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已經(jīng)知曉的現(xiàn)有技術(shù)的信息?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0009]本發(fā)明提供一種通過(guò)內(nèi)部纏繞技術(shù)制造用于儲(chǔ)存CNG、LPG、H2等的輕質(zhì)無(wú)襯墊高壓罐的方法以及用于該方法的裝置。[0010]在一方面，本發(fā)明提供一種設(shè)置有用樹(shù)脂浸漬纖維編織的三維中空型纖維結(jié)構(gòu)的高壓罐的制造方法，其中將樹(shù)脂浸漬纖維在中空成型的模具中擠出，并安置在模具的內(nèi)表面中。方法包括以下步驟:將擠出纖維的擠出單元沿著模具中的移動(dòng)軸移動(dòng)并轉(zhuǎn)動(dòng)；通過(guò)離心力在圓周方向上進(jìn)行擠出；并沿著模具的內(nèi)輪廓編織三維中空型纖維結(jié)構(gòu)。并提供一種進(jìn)行該方法的裝置。[0011]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在圓周方向上擠出的角速度可以加速至擠出的纖維到達(dá)模具的內(nèi)表面。[0012]在另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，在擠出單元處的作為纖維被擠出的單元的噴嘴可以是傾斜的。[0013]在另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，中空型纖維結(jié)構(gòu)的編織形狀及其密度可以通過(guò)以下估計(jì):擠出纖維的路徑、作為在紡織單元中的纖維被擠出的單元的噴嘴的傾斜角、擠出單元的移動(dòng)速度和模具的內(nèi)部形狀。[0014]在另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，隨著擠出單元沿著移動(dòng)軸反復(fù)前后移動(dòng)，中空型纖維結(jié)構(gòu)的編織厚度可以變厚。[0015]在另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明還可以包括，在編織后將織物壓縮到模具中，或者在脫模后通過(guò)加熱、UV或脫水而固化。[0016]在另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，樹(shù)脂可以是選自以下的至少一種熱固性樹(shù)脂:異鄰苯二甲酸聚酯、乙烯基酯、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯和聚氨酯。[0017]在另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，纖維可以是碳纖維、玻璃纖維、聚芳酰胺纖維或其混合物。[0018]在另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，通過(guò)廣角X-射線(xiàn)散射(WAXS)測(cè)量，碳纖維的結(jié)晶粒度可以為約I?6nm以及平均單纖維直徑為約I?20μm。[0019]在另一優(yōu)選的實(shí)施方式中，纖維浸漬的樹(shù)脂的粘度可以為0.01?10Pa.S。[0020]以下對(duì)本發(fā)明的其他方面和優(yōu)選實(shí)施方式加以討論?！靖綀D說(shuō)明】[0021]現(xiàn)將參考附圖示出的其某些示例性實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的上述和其他特征進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，上述實(shí)施方式在下文中僅通過(guò)示例說(shuō)明的方式給出，因此并非對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限定，其中:[0022]圖1(現(xiàn)有技術(shù))是示出MUPET技術(shù)中使用的形狀記憶泡沫隨溫度變化而變化的圖；[0023]圖2(現(xiàn)有技術(shù))是示出復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展公司等人開(kāi)發(fā)的無(wú)襯墊壓力容器的制造方法的圖；[0024]圖3是通過(guò)類(lèi)型對(duì)壓力容器進(jìn)行分類(lèi)的表格；[0025]圖4是簡(jiǎn)要描述本發(fā)明的無(wú)襯墊高壓罐的制造原理的圖；以及[0026]圖5是本發(fā)明的用于制造無(wú)襯墊高壓罐的裝置的圖。[0027]應(yīng)當(dāng)理解到，附圖不必要成比例，而是對(duì)說(shuō)明本發(fā)明基本原理的各種優(yōu)選特征的略微簡(jiǎn)化的呈現(xiàn)。在本文公開(kāi)的本發(fā)明的特定設(shè)計(jì)特征，包括，例如，特定的尺寸、方向、位置和形狀將部分地由具體的既定應(yīng)用和使用環(huán)境所決定。[0028]在附圖中，附圖標(biāo)記在附圖的幾張圖中通篇指代本發(fā)明的相同或等同部件?！揪唧w實(shí)施方式】[0029]應(yīng)理解，本文使用的術(shù)語(yǔ)“車(chē)輛”或“車(chē)輛的”或其他類(lèi)似術(shù)語(yǔ)包括通常的機(jī)動(dòng)車(chē)，例如，包括多功能運(yùn)動(dòng)車(chē)(SUV)、公共汽車(chē)、卡車(chē)、各種商務(wù)車(chē)的客車(chē)，包括各種船只和船舶的水運(yùn)工具，飛行器等等，并且包括混合動(dòng)力車(chē)、電動(dòng)車(chē)、插入式混合電動(dòng)車(chē)、氫動(dòng)力車(chē)和其他代用燃料車(chē)(例如，來(lái)源于石油以外的資源的燃料)。本文中提到的混合動(dòng)力車(chē)是具有兩種或更多種動(dòng)力來(lái)源的車(chē)，例如同時(shí)為汽油動(dòng)力和電動(dòng)力的車(chē)。[0030]本文使用的術(shù)語(yǔ)僅為說(shuō)明【具體實(shí)施方式】，而不是意在限制本發(fā)明。如本文所使用的，單數(shù)形式“一個(gè)、一種、該”也意在包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文中另外明確指明。還應(yīng)當(dāng)理解的是，在說(shuō)明書(shū)中使用的術(shù)語(yǔ)“包括、包含、含有”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元素和/或部件，但是不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元素、部件和/或其群組。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)所列項(xiàng)的任何和所有結(jié)合。[0031]此外，本發(fā)明的控制邏輯可以具體表現(xiàn)為，在含有由處理器、控制器等執(zhí)行的可執(zhí)行程序指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的非瞬時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的例子包括但不限于ROM、RAM、光盤(pán)(CD)-ROM、磁帶、軟盤(pán)、閃存驅(qū)動(dòng)器、智能卡和光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置。計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)也可以在連接網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中分布，從而計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以通過(guò)例如遠(yuǎn)程信息處理服務(wù)器或控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)以分布方式進(jìn)行存儲(chǔ)并執(zhí)行。[0032]本發(fā)明的以上和其他特征將在下文中討論。[0033]以下將詳細(xì)參考本發(fā)明的各種實(shí)施方式，其實(shí)施例在附圖中加以圖示，并在下文加以說(shuō)明。盡管本發(fā)明將結(jié)合示例性實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明，但應(yīng)當(dāng)明白，本文的說(shuō)明無(wú)意于將本發(fā)明限定于這些示例性實(shí)施方式。相反地，本發(fā)明不僅要涵蓋示例性的實(shí)施方式，還要涵蓋各種變化方式、修改方式、等同方式和其他實(shí)施方式，其均包括在由所附權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的構(gòu)思和范圍之內(nèi)。[0034]壓力容器可以通過(guò)類(lèi)型加以分類(lèi)，如圖3所示。[0035]US8，074，826B2中公開(kāi)的全復(fù)合式壓力容器可以屬于V型(將該文獻(xiàn)通過(guò)引用并入本文)，因?yàn)槭乖谑┘颖ㄅ帕恳陨系膲毫r(shí)對(duì)細(xì)裂縫有耐受性的聚合物樹(shù)脂(ΚΙΒ0Κ0的韌化環(huán)氧樹(shù)脂)進(jìn)行纖維纏繞或編織。[0036]US2010/0230417A1中公開(kāi)的非圓柱型壓力容器可以屬于IV型(將該文獻(xiàn)通過(guò)引用并入本文)，因?yàn)榉殖扇舾刹糠值囊r墊被纖維加強(qiáng)襯墊包裹。[0037]US3，765，557中公開(kāi)的通過(guò)連續(xù)纖維纏繞而加強(qiáng)的壓力容器的制造方法當(dāng)前第1頁(yè)1 2