CN115769018A - 具有增强元件的复合材料压力容器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于复合材料压力容器的增强元件，所述增强元件设置为插入并填充所述复合材料压力容器的塑料衬里的空心轴，所述空心轴连接所述衬里的相对的壁，所述增强元件包括由浸渍有第一树脂的多条连续纤维构成的中央部分和两个外部部分，所述增强元件的中央部分具有与所述空心轴的尺寸大致相等的尺寸，并且是满实的部分，所述两个外部部分能够展开并固定在所述衬里的相对的壁的外表面上。本发明还涉及包括增强元件的复合材料压力容器和用于制造所述复合材料压力容器的方法。

Description

具有增强元件的复合材料压力容器
技术领域
本发明涉及包括封闭在增强纤维聚合物壳体中、由塑料材料制成并形成内部腔体的内衬类型的复合材料压力容器，这样的复合材料压力容器通常用作压缩天然气(CNG)储罐、压缩氢气(CHG)储罐、液化石油气(LPG)储罐等。具体地说，本发明的复合材料压力容器特别能够抵抗变形。本发明还涉及用于所述复合材料压力容器的增强元件，用于制造所述复合材料压力容器的方法，和包括它们中至少一个的车辆。
背景技术
用于存储高压流体的复合材料压力容器由于相对于金属压力容器重量更轻，而是有利的，尤其是在容器可动的情况下，例如交通领域(机动车辆、航空、铁道等)中的用于存储作为燃料的压缩流体的压力容器。复合材料压力容器通常包括由例如PA或HDPE的聚合物制成的内衬。内衬限定内部腔体(内腔)，并一般包括沿着纵轴线X1的大致柱形的部分，在该部分两侧有封闭内部腔体的穹顶(圆顶)状的盖。设置有至少一个配置有对应连接件的开口，用于将加压流体注入内腔和从内腔提取出加压流体。为了加固结构并使其能够抵抗当压力容器充装有加压流体时内腔中的高压，内衬封闭在纤维增强壳体中。例如在WO2018007367中描述了复合材料压力容器的一个示例。不幸的是，复合材料压力容器由于它们的柱形形状，将其插入交通工具的结构十分困难。
文献EP1067300公开了一种具有不同于柱形形状的、能够更容易集成在车辆上(例如位于目前汽油储箱的位置)的复合材料压力容器。该复合材料压力容器包括多个管状元件，管状元件包括贯穿管状元件并与管状元件相邻的内罩的面连接的增强带。然而，这样的复合材料压力容器在压力周期变化过程中会经受高剪切应力，尤其是层间剪切应力，这可能会导致复合材料压力容器过早破裂(断裂)，并降低抗爆破压力的强度。而且，将相同的带布置成穿过两个不同的管状元件并不容易。
因此需要能够承受高度压强变化的、可具有不同于柱形形状的、能够更容易集成到车辆上并易于制造的复合材料压力容器。
本发明提出一种针对复合材料压力容器的形状限制问题的解决方案，其能够减小在压力周期变化过程中产生的复合材料压力容器中的剪切应力。
发明内容
具体地说，本发明涉及一种用于复合材料压力容器的增强元件，所述增强元件设置为插入并填充复合材料压力容器的塑料衬里的空心轴，所述空心轴包括中央部分并连接塑料衬里的相对的壁，所述增强元件包括中央部分和两个外部部分，增强元件由浸渍有第一树脂的多条连续纤维构成，增强元件的中央部分具有与空心轴的中央部分的尺寸大致相等的尺寸，并且是满实的部分，两个外部部分能够展开并固定在衬里的相对的壁的外表面上。优选地，增强元件的中央部分和两个外部部分由(或主要由)浸渍有第一树脂的多条连续纤维构成。
术语“连续纤维”是指增强元件的纤维沿着与衬里接触的整个表面是一体的，并且与衬里表面的轮廓平行，外部部分在端部处的纤维的长度使得它们能够填充空心轴的向外扩大并在衬里的外表面上形成凹陷的外部部分。换句话说，设置为展开的外部部分的端部可优选地具有锥形的(倾斜的)形状，以使得与衬里的接触最大化。术语“两个外部部分能够展开”是指处于增强元件的两个外部部分处的浸渍有第一树脂的多条连续纤维中的所有纤维都具有足够的柔性以能够展开，从而贴合空心轴的外部部分的轮廓并覆盖与空心轴的外部部分的轮廓相邻的相对的壁的外表面。应理解的是，增强元件的两个外部部分展开并覆盖在外部部分上。这类似于一只手拿着剥了皮的香蕉，香蕉皮展开以贴合抓握的拇指和食指的轮廓并覆盖手的与抓握的拇指和食指的轮廓相邻的其余部分。术语“满实的部分”是指位于增强元件的中央部分处的浸渍有第一树脂的多条连续纤维不展开。
术语“增强元件的中央部分的尺寸”和“空心轴的中央部分的尺寸”是分别指增强元件和空心轴的中央部分在横截面中的尺寸。这样的横截面参照增强元件和空心轴各自的纵向方向给出，该纵向方向可视为增强元件和空心轴各自的主轴线的方向。通常，增强元件和空心轴的纵向方向分别垂直于塑料衬里的两个相对的壁延伸。例如，所述尺寸涉及中央部分的直径。
还应理解的是，包括中央部分和两个外部部分的整个增强元件由在增强元件的整个长度上延伸的多条连续纤维构成。
连续纤维起始于衬里的顶部“水平”表面，穿过塑料衬里的空心轴，直至衬里的相对的底部“水平”表面。术语“水平表面”优选地是指当复合材料压力容器定向为使得空心轴的主轴线相对于地面竖直时，塑料衬里的水平的表面。
根据一个优选实施例，根据本发明的用于复合材料压力容器的增强元件是如此的：增强元件的一个展开的外部部分的设置为固定到衬里的一个壁的外表面上的表面积与增强元件的中央部分的截面积之间的比值至少等于或大于5。至少等于或大于5的一个展开的外部部分的设置为固定到衬里的一个壁的外表面上的表面积与增强元件的中央部分的截面积之间的比值，有利地使得在复合压力容器的结构上产生的应力获得更佳的分布，并减小剪切应力。而且，所述比值能够增大接触面积以减小剪切应力，尤其是在增强元件与封包塑料衬里的纤维增强聚合物壳体之间实现连接的树脂中。对于给定的车辆环境，该比值能够实现有限的体积损失。如在联合国的关于轮式车辆及适用于轮式车辆的装备和部件采用统一的技术规范以及满足这些规范的认证相互认可的条件的2014年6月25日的附录109第110号规范和2015年6月25日的附录133第134号规范中阐述的，在压力周期测试过程中，尤其需在复合材料压力容器上测试剪切应力。之后，可限定所使用的材料的量，以及由此限定复合材料压力容器的增强元件和纤维增强聚合物壳体的重量。
优选地，增强元件的中央部分的有限尺寸横截面积在100mm2至300mm2之间，并且有一个适当的(可接受的)等效连接面积(equivalent connecting area)，用于将载荷传递给封包塑料衬里的纤维增强聚合物壳体，对于标称工作压强为200至250bar的CNG容器，该等效连接面积通常在3000至15000mm2之间。术语“等效连接面”是指增强元件的展开后的外部部分的外表面，其旨在与封包塑料衬里的纤维增强聚合物壳体的内表面接触。优选地，“等效连接面积”等于由空心轴的外部端部部分限定的面积，即空心轴在塑料衬里的外表面上的开口。
优选地，增强元件的两个展开的外部部分的设置为固定到塑料衬里的壁的外表面的表面是相同的。这允许获得由复合材料压力容器引起的应力的良好平衡。
物体的“外表面”或“内表面”分别是指复合材料压力容器的内部部分的相反(对立)方向上的表面，和复合材料压力容器的内部部分的方向上的表面。
根据一个优选实施例，根据本发明的用于复合材料压力容器的增强元件是如此的：增强元件的中央部分是杆。这有利地使得更容易将增强元件插入复合材料压力容器的塑料衬里的空心轴。其圆形横截面还能够获得围绕增强元件的均匀的载荷分布，但其它横截面也是可行的，例如方形、矩形，或多瓣形。
根据一个优选实施例，根据本发明的用于复合材料压力容器的增强元件是如此的：增强元件的中央部分和增强元件的两个外部部分的连续纤维选自由以下构成的集合：玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维，和芳纶纤维。优选地，浸渍连续纤维的第一树脂是热塑性树脂或热固性树脂。更优选地，第一树脂是聚合物(高分子)树脂，例如环氧树脂、聚酯树脂、或聚氨酯树脂，它浸渍了增强元件的中央部分和两个外部部分的连续纤维。
与钢制增强元件相比，根据本发明的增强元件能够减小重量和体积。而且，使用连续纤维能够避免需要连接或互锁，这使得减小增强元件和封包塑料衬里的纤维增强聚合物壳体的重量和体积，而且还能够减小应力集中。
本发明的主题还涉及一种复合材料压力容器，其包括：
a)塑料衬里，该塑料衬里包括多对彼此相对的表面，这些对中的至少一对相对的表面通过多个空心轴连接，这些空心轴的端部与这些表面是一体的，塑料衬里还包括增强元件，增强元件穿过空心轴并连接到塑料衬里的与空心轴的中央部分相邻的外表面；
b)封包塑料衬里的纤维增强聚合物壳体，所述纤维增强聚合物壳体由连续纤维增强复合基质制成，包括增强纤维和第二树脂基质，
-其中，增强元件包括由浸渍有第一树脂的多条连续纤维构成的中央部分和两个外部部分，增强元件的中央部分具有与空心轴的尺寸大致相等的尺寸，并且是满实的部分，两个外部部分被展开并固定在塑料衬里的相对的壁的外表面上；
-其中，增强元件的连续纤维与衬里的相对的壁的外表面和空心轴的表面平行。
根据本发明的复合材料压力容器能够承受高度压强变化，并更容易集成在车辆上。根据本发明的复合材料压力容器包括塑料衬里，该塑料衬里包括多个空心轴，在所述塑料衬里中，空心轴被增强元件穿过，增强元件连接到塑料衬里的与空心轴相邻的外表面。
优选地，空心轴的中央部分具有管状形状。
塑料衬里包括至少一个用于充装和清空储罐(容器)的开口。通过注射或旋转模制或挤出吹气模制热塑性或热固性聚合物材料(缩写为“thermoset”)，例如聚乙烯、聚酰胺、聚邻苯二甲酰胺、聚氨酯、硅胶，来制造塑料衬里。有利地，热塑性聚合物材料加载有增强纤维，以构成复合材料。增强纤维例如是玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、聚合物纤维、二氧化硅纤维、聚乙烯纤维、天然纤维、金属纤维、金属合金纤维或陶瓷纤维。这些纤维增大塑料衬里的抗变形强度。在加载有增强纤维的聚合物材料中，增强纤维和聚合物材料相互缠绕以形成一体材料。本发明人在其2018年11月30日的法国专利申请第18 72197号中描述了这样的复合材料。
可替代地，衬里通过长丝缠绕(filament winding)来制造。在专利文献FR1431135A中描述了通过长丝缠绕制造容器的一个示例。
塑料衬里随后被纤维增强聚合物壳体覆盖，纤维增强聚合物壳体将构成储罐的主体，即储罐的抗压结构，其必须能够抵抗容纳在储罐中的流体施加的压强(简称为“内部压强”)。纤维增强聚合物壳体一般不需要密封储罐。
该纤维增强聚合物壳体由以下构成：
-一般由诸如玻璃、碳、玄武岩或类似的纤维(例如二氧化硅纤维或甚至植物纤维)制成的增强物；
-第二树脂，它与纤维同时布置(长丝缠绕工艺)，或在封包壳制成后形成干的“预成型件”之后布置。该干的预成型件随后被固化以赋予其必需的刚性。该固化是通过注射第二树脂或浸润(infiltration)第二树脂使其穿过并渗入所述预成型件(灌输浸泡工艺process by infusion)，或甚至通过在真空下用第二树脂浸渍预成型件来实施的。
浸渍增强元件的中央部分和两个外部部分的多条连续纤维的第一树脂是热塑性树脂或热固性树脂。更优选地，第一树脂是聚合物树脂，例如环氧树脂、聚酯树脂或聚氨酯树脂。
封包塑料衬里的纤维增强聚合物壳体的第二树脂也是热塑性树脂或热固性树脂。更优选地，第一树脂是聚合物树脂，例如环氧树脂、聚酯树脂或聚氨酯树脂。优选地，第一树脂和第二树脂由相同材料制成。增强元件的中央部分和两个外部部分的连续纤维选自由以下构成的集合：玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维，和芳纶纤维。
根据一个优选实施例，根据本发明的复合材料压力容器是如此的：封包塑料衬里的纤维增强聚合物壳体的内表面和增强元件的外部部分的外表面直接接触。在封包塑料衬里的纤维增强聚合物壳体的内表面与增强元件的外部部分的外表面之间没有间隙，这降低衬里开裂或在复合材料压力容器的结构中存在脆弱点的风险。最后，没有间隙还能够获得用于纤维增强聚合物壳体的长丝缠绕的平坦表面。
根据一个具体实施例，根据本发明的复合材料压力容器是如此的：增强元件的与衬里接触的表面粘附到衬里的表面。
根据一个优选实施例，根据本发明的复合材料压力容器是如此的：插件位于展开的外部部分的中心处。优选地，插件选自金属插件和纤维增强糊状插件的集合。纤维增强糊状插件的纤维选自由以下构成的集合：连续纤维、长的切割纤维、短的切割纤维、切碎的纤维，或其中至少两种的组合。有利地，由与增强元件的第一树脂和/或纤维增强聚合物壳体的第二树脂兼容的材料制成的插件能够提高抗压力周期测试的强度，所述压力周期测试是根据联合国的关于轮式车辆及适用于轮式车辆的装备和部件采用统一的技术规范以及满足这些规范的认证相互认可的条件的2014年6月25日的附录109第110号规范和2015年6月25日的附录133第134号规范。而且，碳纤维在糊状物中的高加载量能够获得具有抗高压强度的非常坚硬的部件，高压会导致插件过早开裂或过早断裂。纤维糊状物的一个额外优点在于，它能够在其沉积期间适应于所有表面不规则性，并由此防止在糊状物与增强元件之间或在糊状物与纤维增强聚合物壳体之间存在任何孔隙。
集成在糊状物中的纤维可以是玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维等，例如二氧化硅纤维或甚至植物纤维。
根据一个优选实施例，根据本发明的复合材料压力容器包括位于插件上方的封阻装置。所述封阻装置优选地是浸渍有第三树脂的纤维盘。
根据一个优选实施例，根据本发明的复合材料压力容器包括位于塑料衬里与中间增强元件的展开的外部部分之间的中间增强装置。中间增强装置能够更好地将增强元件中的荷载传递到封包塑料衬里的纤维增强聚合物壳体，由此减小剪切应力。中间增强装置允许更小的“等效连接面积”，因此更容易集成，从而获得重量与体积增益。优选地，中间增强装置是浸渍有树脂的垫。与由诸如钢或铝的金属制成的中间增强装置相比，由浸渍有树脂的垫制成的中间增强装置能够获得重量改善(减小重量)。优选地，中间增强装置由与增强元件和/或封包塑料衬里的纤维增强聚合物壳体相同的材料制成。由与增强元件和/或封包塑料衬里的纤维增强聚合物壳体类似的材料制成的中间增强装置能够更好地集成在复合材料压力容器中，使得中间增强装置、增强元件，和封包塑料衬里的纤维增强聚合物壳体之间更好的粘附。中间增强装置、增强元件，和封包塑料衬里的纤维增强聚合物壳体可与复合材料压力容器的其余部分同时固化，获得均匀化(均质化)的复合结构。
根据一个优选实施例，根据本发明的复合材料压力容器是如此的：至少两个相邻的增强元件的展开的外部部分的连续纤维相互缠绕(tangled)。至少两个相邻的增强元件的展开的外部部分的相互缠绕的纤维允许更好的分布荷载，这提高复合材料压力容器的抗压力周期强度，该抗压力周期强度是根据联合国的关于轮式车辆及适用于轮式车辆的装备和部件采用统一的技术规范以及满足这些规范的认证相互认可的条件的2014年6月25日的附录109第110号规范和2015年6月25日的附录133第134号规范。而且，如果增强元件需要彼此靠近，该解决方案是特别优选的。
根据一个具体实施例，根据本发明的复合材料压力容器是如此的：空心轴的外部部分向外扩大并在塑料衬里的与空心轴的中央部分相邻的外表面上形成凹陷。衬里形状中的凹陷有利地允许在定位增强元件之后，凹陷部的存在(优选地具有平坦的表面)允许获得封包塑料衬里的纤维增强聚合物壳体的下降缠绕(或斜面缠绕)。
根据另一具体实施例，根据本发明的复合材料压力容器是如此的：气体输入或输出装置位于空心轴中。
本发明的另一目的在于提供一种用于制造复合材料压力容器的方法，该方法包括以下的步骤：
·模制具有接合点的塑料衬里；
·通过切除接合点，形成空心轴；
·将增强元件插入到空心轴中，增强元件包括由浸渍有第一树脂的多条连续纤维构成的中央部分和两个外部部分；
·展开增强元件的外部部分；
·将增强元件的外部部分施加到塑料衬里的外表面上；
·缠绕出封包塑料衬里的纤维增强聚合物壳体，优选地，在缠绕期间或之后，用第二树脂浸渍所述壳体的纤维；
·固化复合材料压力容器。
根据一个优选实施例，根据本发明的用于制造复合材料压力容器的方法包括固化增强元件的步骤，优选地部分固化增强元件的步骤。固化增强元件的步骤，优选地部分固化增强元件的步骤，优选地在增强元件的中央部分上实施。固化增强元件的所述步骤，优选地部分固化增强元件的所述步骤，通过局部加热(IR)或UV固化来实施。在固化步骤之前，实施用第二树脂浸渍壳体的纤维的步骤。
根据一个具体实施例，根据本发明的用于制造复合材料压力容器的方法包括将插件插入增强元件的展开的外部部分中，优选地插入增强元件的展开的外部部分的中心的步骤。优选地，在插入插件的步骤之后，实施将封阻装置布置在插件上的步骤。
根据一个优选实施例，根据本发明的用于制造复合材料压力容器的方法包括施加位于衬里与增强元件的展开外部部分之间的中间增强装置的步骤，该步骤在展开增强元件的外部部分的步骤之前实施。
根据一个优选实施例，根据本发明的用于制造复合材料压力容器的方法包括固化增强元件的中央部分的步骤，所述固化步骤在将包括由浸渍有聚合物的多条连续纤维构成的中央部分和两个外部部分的增强元件插入空心轴之前实施。
本发明的另一目的在于提供一种交通工具，其包括如上所述的根据本发明的复合材料压力容器。
由以下详细说明，结合示例性地示出本发明原理的附图，本发明的上述和其它特征、特点和优点将变得显而易见。该说明仅是为了示例的目的提供的，不限制本发明。下面引述的参考图是指附图。
附图说明
图1是插入复合材料压力容器的根据本发明的增强元件的第一实施例的竖直截面图。
图2是插入复合材料压力容器的根据本发明的增强元件的第二实施例的竖直截面图。
图3是根据本发明的复合材料压力容器的第一实施例的局部竖直截面图。
图4是示出位于根据本发明的复合材料压力容器的第一实施例上的中间增强装置的固定步骤的俯视图。
图5示出由展开的外部部分覆盖的表面。
图6是根据本发明的复合材料压力容器的第二实施例的竖直截面图。
图7是根据本发明的复合材料压力容器的竖直截面图，其包括位于空心轴中的气体输入或输出装置。
图8是示出根据本发明的制造复合材料压力容器的方法的模制具有接合点的塑料衬里的步骤的竖直截面图。
图9是示出根据本发明的制造复合材料压力容器的方法的通过切掉接合点来形成空心轴的步骤的竖直截面图。
图10是示出根据本发明的制造复合材料压力容器的方法的将增强元件插入空心轴的步骤的竖直截面图，增强元件包括由浸渍有第一树脂的多条连续纤维构成的中央部分和至少两个外部部分。
图11是示出根据本发明的制造复合材料压力容器的方法的展开增强元件的外部部分和将增强元件的外部部分施加到塑料衬里的外表面的步骤的竖直截面图。
图12是示出根据本发明的制造复合材料压力容器的方法的在增强元件的展开的外部部分之间插入插件的步骤的竖直截面图。
图13是示出根据本发明的制造复合材料压力容器的方法的缠绕或卷绕出封包塑料衬里的纤维增强聚合物壳体的步骤的竖直截面图。
图14a)和14b)示出封包塑料衬里的纤维增强聚合物壳体的可行的缠绕或卷绕方式。
图15示出用作纤维增强聚合物壳体的缠绕或卷绕固定点的凸部的可行的位置。
图16示出复合材料压力容器上的气体输入或输出的可行的位置。
在各幅图中，相同附图标记指代相同或相似的元件。
具体实施方式
以下将对应于具体实施例并参考某些图来描述本发明，但本发明不限于此，而是仅由权利要求书限定。所述图仅是示意性的并且是非限制性的。在图中，出于说明目的，一些元件的尺寸可能被夸大并且未按比例绘制。尺寸和相对尺寸不对应于本发明的实际实施。
要注意的是，权利要求中使用的术语“包括”不应被解释为仅限于其后列出的装置；它不排除其它元素或步骤。由此，应将其解释为指定存在所提及的所述特征、整数、步骤或构件，但不排除存在或添加一个或更多个其它特征、整数、步骤或构件或其组合。由此，“包括装置A和B的设备”这个表达方式的范围不应限于仅由构件A和B构成的设备。它指的是，就本发明而言，设备的唯一相关构件是A和B。
图1是插入复合材料压力容器2的根据本发明的增强元件1的第一实施例的竖直截面。增强元件1包括中央部分10和两个外部部分11、12，它们由浸渍有第一树脂的多条连续纤维13构成。纤维13沿着与衬里20接触的整个表面是一体的，并与衬里20的表面的轮廓平行，纤维13在外部部分11、12的端部处的长度使得它们能够填充空心轴200的向外扩大并在塑料衬里20的外表面上形成凹陷的外部2000。外部部分11、12的设置为要展开的端部可优选地具有锥形的(倾斜的)形状，以使得与衬里20的接触最大化。增强元件1填充复合材料压力容器2的塑料衬里20的空心轴200，所述空心轴200连接塑料衬里20的相对的壁。增强元件1的中央部分10具有与空心轴200的中央部分2001的尺寸大致相等的尺寸，并且是满实的部分，增强元件的两个外部部分11、12能够展开并固定在塑料衬里20的相对的壁的外表面上。复合材料压力容器2的塑料衬里20包括封包塑料衬里1的纤维增强聚合物壳体21，所述纤维增强聚合物壳体21由连续纤维增强复合基质210制成，连续纤维增强复合基质210包括增强纤维2100和第二树脂基质。增强元件1在两个外部部分11、12处包括插件14。所述插件14位于展开的外部部分11、12的中心处。优选地，插件14选自金属插件和切碎的碳纤维糊状插件的集合。有利地，插件由与增强元件的第一树脂和/或纤维增强聚合物壳体外部复合材料的第二树脂兼容的材料制成。
图2是插入复合材料压力容器2的根据本发明的增强元件1的第二实施例的竖直截面。增强元件1包括中央部分10和两个外部部分11、12，它们由浸渍有第一树脂的多条连续纤维13构成。纤维13沿着与衬里20接触的整个表面是一体的，并与衬里20的表面的轮廓平行，纤维13在外部部分11、12的端部处的长度使得它们能够填充空心轴20的向外扩大并在塑料衬里20的外表面上形成凹陷的外部2000。外部部分11、12的设置为要展开的端部可优选地具有锥形的(倾斜的)形状，以使得与衬里20的接触最大化。增强元件1填充复合材料压力容器2的塑料衬里20的空心轴200，所述空心轴200连接塑料衬里20的相对的壁。增强元件1的中央部分10具有与空心轴200的中央部分2001的尺寸大致相等的尺寸，并且是满实的部分，增强元件的两个外部部分11、12能够展开并固定在塑料衬里20的相对的壁的外表面上。复合材料压力容器2的塑料衬里20包括封包塑料衬里1的纤维增强聚合物壳体21，所述纤维增强聚合物壳体21由连续纤维增强复合基质210制成，连续纤维增强复合基质210包括增强纤维2100和第二树脂基质。增强元件1在两个外部部分11、12处包括插件14。所述插件14位于展开的外部部分11、12的中心处。优选地，插件14选自金属插件和切碎的碳纤维糊状插件的集合。有利地，插件由与增强元件的第一树脂和/或纤维增强聚合物壳体外部复合材料的第二树脂兼容的材料制成。增强元件1包括位于插件14上方的封阻装置15。所述封阻装置优选地是浸渍有第三树脂的纤维盘。
图3是根据本发明的复合材料压力容器2的第一实施例的竖直截面。该复合材料压力容器2包括两个增强元件1，所述增强元件具有由浸渍有第一树脂的多条连续纤维13构成的中央部分10和两个外部部分11、12。纤维13沿着与衬里20接触的整个表面是一体的，并与衬里20的表面的轮廓平行，纤维13在外部部分11、12的端部处的长度使得它们能够填充空心轴200的向外扩大并在塑料衬里20的外表面上形成凹陷的外部2000。外部部分11、12的设置为要展开的端部可优选地具有锥形的(倾斜的)形状，以使得与衬里20的接触最大化。增强元件1填充复合材料压力容器2的塑料衬里20的空心轴200，所述空心轴200连接塑料衬里20的相对的壁。增强元件1的中央部分10具有与空心轴200的中央部分2001的尺寸大致相等的尺寸，并且是满实的部分，增强元件的两个外部部分11、12能够展开并固定在塑料衬里20的相对的壁的外表面上。空心轴200的外部向外扩大并在塑料衬里20的外表面上形成凹陷(部)。复合材料压力容器2的塑料衬里20包括封包塑料衬里1的纤维增强聚合物壳体21，所述纤维增强聚合物壳体21由连续纤维增强复合基质210制成，连续纤维增强复合基质210包括增强纤维2100和第二树脂基质。增强元件1在两个外部部分11、12处包括插件14。所述插件14位于展开的外部部分11、12的中心处。优选地，插件14选自金属插件和切碎的碳纤维糊状插件的集合。有利地，插件由与增强元件的第一树脂和/或纤维增强聚合物壳体外部复合材料的第二树脂兼容的材料制成。该复合材料压力容器包括位于塑料衬里20与增强元件1的展开的外部部分11、12之间的中间增强装置16。有利地，中间增强装置是浸渍有树脂的垫。在该情况下，中间增强元件16可覆盖多个空心轴，中间增强装置16设有允许将增强元件1插入空心轴200的开口。
图4是示出将中间增强装置16固定在根据本发明的复合材料压力容器2的第一实施例上的步骤的俯视图。中间增强装置16包括多个开口161。中间增强装置的每个开口161布置在空心轴的开口端部的顶部。将增强元件插入每个空心轴，并且展开增强元件的外部部分11、12。将插件14插入展开的外部部分11、12的中心。
图5示出由展开的外部部分11、12覆盖的表面。
图6是根据本发明的复合材料压力容器2的第二实施例的竖直截面。该复合材料压力容器2包括两个增强元件1，所述增强元件具有中央部分10和两个外部部分11、12，它们由浸渍有第一树脂的多条连续纤维13构成。纤维13沿着与衬里20接触的整个表面是一体的，并与衬里20的表面的轮廓平行，纤维13在外部部分11、12的端部处的长度使得它们能够填充空心轴20的向外扩大并在塑料衬里20的外表面上形成凹陷的外部2000。外部部分11、12的设置为要展开的端部可优选地具有锥形的(倾斜的)形状，以使得与衬里20的接触最大化。增强元件1填充复合材料压力容器2的塑料衬里20的空心轴200，所述空心轴200连接塑料衬里20的相对的壁。增强元件1的中央部分10具有与空心轴200的中央部分2001的尺寸大致相等的尺寸，并且是满实的部分，增强元件的两个外部部分11、12能够展开并固定在塑料衬里20的相对的壁的外表面上。空心轴200的外部向外扩大并在塑料衬里20的外表面上形成凹陷。复合材料压力容器2的塑料衬里20包括封包塑料衬里1的纤维增强聚合物壳体21，所述纤维增强聚合物壳体21由连续纤维增强复合基质210制成，连续纤维增强复合基质210包括增强纤维和第二树脂基质。增强元件1在两个外部部分11、12处包括插件14。所述插件14位于展开的外部部分11、12的中心处。优选地，插件14选自金属插件和切碎的碳纤维糊状插件的集合。有利地，插件由与增强元件的第一树脂和/或纤维增强聚合物壳体外部复合材料的第二树脂兼容的材料制成。至少两个相邻增强元件1的展开的外部部分11、12的连续纤维13相互缠绕或缠结(tangled)。
图7示出包括位于空心轴200中的气体输入或输出装置17的根据本发明的复合材料压力容器2。
图8是示出根据本发明的用于制造复合材料压力容器2的方法的模制具有接合点(kiss-points)22的塑料衬里20的步骤的竖直截面。空心轴200包括中央部分2001和向外扩大并在塑料衬里20的外表面上形成凹陷的外部部分2000。焊合点22仍然存在。
图9是示出根据本发明的用于制造复合材料压力容器2的方法的通过切掉接合点22来形成空心轴200的步骤的竖直截面。所获得的空心轴200包括中央部分2001和向外扩大并在塑料衬里20的外表面上形成凹陷的外部部分2000。空心轴的中央部分优选地是管状的。
图10是示出根据本发明的用于制造复合材料压力容器2的方法的将包括由浸渍有第一树脂的多条连续纤维构成的中央部分10和至少两个外部部分11、12的增强元件1插入空心轴200的步骤的竖直截面。
图11是示出根据本发明的用于制造复合材料压力容器2的方法的展开增强元件1的外部部分11、12和将增强元件1的外部部分11、12施加(铺覆)到塑料衬里2的外表面的步骤的竖直截面。
图12是示出根据本发明的用于制造复合材料压力容器2的方法的在增强元件1的展开的外部部分11、12之间插入插件14的步骤的竖直截面。
图13是示出根据本发明的用于制造复合材料压力容器2的方法的缠绕或卷绕(winding)出纤维增强聚合物壳体21的步骤的竖直截面图，其中纤维增强聚合物壳体21封包塑料衬里20。
图14a)和b)示出封包塑料衬里的纤维增强聚合物壳体21的可行的缠绕或卷绕方式。
图15示出用作纤维增强聚合物壳体21的缠绕或卷绕固定点的凸部的可行的位置。所述固定点是位于一侧的凸部18，和位于复合材料压力容器的相对的另一侧的“盲”凸部，即没有开口的凸部。
图16示出气体输入或输出30、31、32的可行的位置。

Claims (16)

1.一种用于复合材料压力容器(2)的增强元件(1)，所述增强元件(1)设置为插入并填充所述复合材料压力容器(2)的塑料衬里(20)的空心轴(200)，所述空心轴(200)连接所述塑料衬里(20)的相对的壁，所述增强元件(1)包括由浸渍有第一树脂的多条连续纤维(13)构成的中央部分(10)和两个外部部分(11、12)，所述增强元件(1)的中央部分(10)具有与所述空心轴(200)的中央部分(2001)的尺寸大致相等的尺寸，并且是满实的部分，所述两个外部部分(11、12)能够展开并固定在所述衬里(20)的相对的壁的外表面上。
2.如权利要求1所述的用于复合材料压力容器(2)的增强元件(1)，其中，所述增强元件的一个展开的外部部分(11、12)的设置为固定到所述塑料衬里(20)的一个壁的外表面上的表面积与所述增强元件(1)的中央部分(10)的截面积之间的比值至少等于或大于5。
3.如上述权利要求中任一项所述的用于复合材料压力容器(2)的增强元件(1)，其中，所述增强元件(1)的中央部分(10)和所述增强元件(1)的两个外部部分(11、12)的连续纤维(13)选自由以下构成的集合：玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维，和芳纶纤维。
4.一种复合材料压力容器(2)，其包括：
a)塑料衬里(1)，该塑料衬里包括多对彼此相对的表面，这些对中的至少一对相对的表面通过多个空心轴(200)连接，这些空心轴的端部与这些表面是一体的，所述塑料衬里(20)还包括增强元件(1)，所述增强元件(1)穿过所述空心轴(200)并连接到所述塑料衬里(20)的与所述空心轴(200)的中央部分(2001)相邻的外表面(2000)；
b)封包所述塑料衬里(1)的纤维增强聚合物壳体(21)，所述纤维增强聚合物壳体(21)由连续纤维增强复合基质(210)制成，包括增强纤维(2100)和第二树脂基质，
其中，所述增强元件(1)包括由浸渍有第一树脂的多条连续纤维(13)构成的中央部分(10)和两个外部部分(11、12)，所述增强元件(1)的中央部分(10)具有与所述空心轴(200)的中央部分(2001)的尺寸大致相等的尺寸，并且是满实的部分，所述两个外部部分(11、12)被展开并固定在所述塑料衬里(20)的相对的壁的外表面上；
其中，所述增强元件(1)的连续纤维(13)与所述塑料衬里(20)的相对的壁的外表面和所述空心轴(200)的表面平行。
5.如权利要求4所述的复合材料压力容器(2)，其中，插件(14)位于展开的所述外部部分(11、12)的中心处。
6.如权利要求5所述的复合材料压力容器(2)，其中，所述插件(14)选自金属插件和纤维增强糊状插件的集合。
7.如权利要求4至6中任一项所述的复合材料压力容器(2)，其中，该复合材料压力容器包括位于所述塑料衬里(20)与所述增强元件(1)的展开的外部部分(11、12)之间的中间增强装置(16)。
8.如权利要求7所述的复合材料压力容器(2)，其中，所述中间增强装置(16)是浸渍有树脂的垫。
9.如权利要求4至8中任一项所述的复合材料压力容器(2)，其中，至少两个相邻增强元件(1)的展开的外部部分(11、12)的连续纤维(13)相互缠绕。
10.如权利要求4至9中任一项所述的复合件，其中，所述空心轴(200)的外部部分向外扩大并在所述塑料衬里(20)的外表面上形成凹陷。
11.如权利要求4至10中任一项所述的复合材料压力容器，其中，气体输入或输出装置(17)位于空心轴(200)中。
12.一种用于制造复合材料压力容器(2)的方法，该方法包括以下的步骤：
模制具有接合点(22)的塑料衬里(20)；
通过切除所述接合点(22)，形成空心轴(200)；
将增强元件(1)插入到所述空心轴(22)中，所述增强元件(1)包括由浸渍有第一树脂的多条连续纤维(13)构成的中央部分(10)和至少两个外部部分(11、12)；
展开所述增强元件(1)的外部部分(11、12)；
将所述增强元件(1)的外部部分(11、12)施加到所述塑料衬里(20)的外表面上；
缠绕出封包所述塑料衬里(20)的纤维增强聚合物壳体(21)；
固化所述复合材料压力容器(2)。
13.如权利要求12所述的用于制造复合材料压力容器的方法，其中，该方法包括将插件(14)插入所述增强元件(1)的展开的外部部分(11、12)中的步骤。
14.如权利要求12至13中任一项所述的用于制造复合材料压力容器的方法，其中，该方法包括施加位于所述衬里(20)与所述增强元件(1)的展开的外部部分(11、12)之间的中间增强装置的步骤，该步骤在展开所述增强元件的外部部分的步骤之前实施。
15.如权利要求12至14中任一项所述的用于制造复合材料压力容器的方法，其中，在将包括由浸渍有第一树脂的多条连续纤维构成的中央部分和两个外部部分的增强元件(1)插入到所述空心轴(22)中的步骤之前，实施固化所述增强元件(1)的中央部分(10)的步骤。
16.一种交通工具，该交通工具包括如权利要求4至11中任一项所述的复合材料压力容器。
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