DE60213690T2 - Liner für einen Hochdruckgasbehälter und Hochdruckgasbehälter - Google Patents

Liner für einen Hochdruckgasbehälter und Hochdruckgasbehälter Download PDF

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Toyoda Gosei Co. Junji Nishikasugai-gun Koizumi
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Toyoda Gosei Co. Shingo Nishikasugai-gun Shimojima
Toyoda Gosei Co. Keiji Nishikasugai-gun Takenaka
Toyoda Gosei Co. Tetsuya Nishikasugai-gun Suzuki
Toyoda Gosei Co. Tsuyoshi Nishikasugai-gun Kato
Toyoda Gosei Co. Kuniyoshi Nishikasugai-gun Kondo
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Description

  • Die Erfindung betrifft allgemein eine Auskleidung, die für einen Hochdruckgasbehälter verwendet wird, und auch einen Hochdruckgasbehälter, der die Auskleidung aufweist. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Auskleidung für einen Hochdruckgasbehälter, die ein hohes Maß an Gasundurchlässigkeit, Druckfestigkeit und Schlagfestigkeit aufweist.
  • Kraftfahrzeuge, die komprimiertes Erdgas (nachstehend als „CNG" bezeichnet) als Kraftstoff für Motoren nutzen, sind mit Hochdruckgasbehältern ausgestattet, die mit dem CNG befüllt sind.
  • Die 1 veranschaulicht ein Beispiel eines Hochdruckgasbehälters 7, der im Prinzip aus einer zylindrischen Auskleidung 1 für einen Hochdruckgasbehälter und einer Hülle 2, die auf der Außenoberfläche der Auskleidung 1 angeordnet ist, besteht. Durch die Auskleidung 1 ist innerhalb der Hülle 2 eine Gaskammer 10 definiert. Darüber hinaus sind runde Vorwölbungen 3 an gegenüber liegenden Enden der Auskleidung 1 bereitgestellt und eine Öffnung 30 ist durch einen zentralen Abschnitt jeder der Vorwölbungen 3 ausgebildet. Ein mit hohem Druck beaufschlagtes Gas, wie z.B. CNG, wird der Gaskammer 10 des Behälters 7 durch die Öffnung 30 zugeführt oder aus dieser ausgetragen.
  • Ein typisches Beispiel der Auskleidung für den Hochdruckbehälter ist aus Metall, wie z.B. Stahl, hergestellt, wie es z.B. im US-Patent 4,714,094 beschrieben ist. Die Auskleidung, die aus einem Metall hergestellt ist, weist jedoch den Nachteil eines relativ hohen Gewichts auf. Wenn der Hochdruckbehälter, der eine solche schwere Auskleidung aufweist, in einem Kraftfahrzeug montiert wird, wird das Gewicht des Fahrzeugs höher, was zu einer verminderten Kraftstoffwirtschaftlichkeit führt. Im Hinblick auf dieses Problem wurden anstelle von Auskleidungen aus Metall Auskleidungen mit geringem Gewicht verbreitet verwendet, die aus einem Harz hergestellt sind. Die Harzauskleidungen können z.B. aus Polyamid, Polyethylen oder dergleichen ausgebildet sein, wie es in dem US-Patent 5,025,943 beschrieben ist.
  • Es sollte jedoch beachtet werden, dass eine aus Polyethylen hergestellte Auskleidung eine relativ hohe Gasdurchlässigkeit aufweist. Während des Gebrauchs des Behälters können daher Kohlenwasserstoffgase durch die Auskleidung hindurchdringen, so dass sie an die Atmosphäre abgegeben oder freigesetzt werden, was im Hinblick auf den Umweltschutz nicht erwünscht ist. Andererseits weist eine aus Polyamid hergestellte Auskleidung im Vergleich zu einer aus Polyethylen hergestellten Auskleidung eine hervorragende Gasundurch lässigkeit auf, jedoch weist sie eine relativ niedrige Schlagfestigkeit und chemische Beständigkeit auf. Obwohl die Schlagfestigkeit durch Zugeben eines Weichmachers zu Polyamid verbessert werden kann, ist es wahrscheinlich, dass durch die resultierende Auskleidung Gas leichter hindurchtritt. Es ist somit schwierig, gleichzeitig sowohl eine hervorragende Gasundurchlässigkeit als auch eine hervorragende Schlagfestigkeit bereitzustellen. Darüber hinaus muss eine Auskleidung für einen Hochdruckbehälter eine hohe Druckfestigkeit aufweisen, da sie während des Gebrauchs gewöhnlich einem hohem Druck ausgesetzt ist.
  • Die Auskleidung, die ein hohes Maß an Gasundurchlässigkeit, Druckfestigkeit und Schlagfestigkeit aufweist, wie es vorstehend beschrieben worden ist, soll auch in einem Behälter, der mit einem Gas, wie z.B. Methan, Wasserstoff, Sauerstoff oder Stickstoff, bei einem hohen Druck befüllt ist, sowie in dem vorstehend genannten CNG-Behälter verwendet werden können.
  • Patent Abstracts of Japan, Band 018, Nr. 543, 17. Oktober 1994 & JP 06 190980 A beschreiben eine Gasbarriereschicht für einen laminierten Körper, der sehr gute Barriereeigenschaften für ein Gasleck aufweist und sehr gut geformt werden kann, wobei die Gasbarriereschicht aus einer Zusammensetzung hergestellt ist, die 2 bis 40 Gew.-% eines modifizierten Polyolefins, das eine funktionelle Gruppe aufweist, und 98 bis 60 Gew.-% eines Polyarylensulfid-Copolymers umfasst.
  • Patent Abstracts of Japan, Band 1998, Nr. 01, 30. Januar 1998 & JP 09 257193 A beschreiben einen Druckbehälter, der mit einer inneren Hülle mit Gasbarriereeigenschaften ausgestattet ist, wobei die innere Hülle aus einer dünnen Legierung mit geringem Gewicht, wie z.B. einer Aluminiumlegierung, und einem Harz wie z.B. Polyethylen hergestellt ist.
  • US 5,025,943 betrifft einen Druckbehälter aus faserverstärktem Kunststoff, der mit einer gasdichten Auskleidung aus z.B. Polyethylen ausgestattet ist.
  • Patent Abstracts of Japan, Band 1998, Nr. 14, 31. Dezember 1998 & JP 10 231997 A beschreiben einen Druckbehälter mit einer Polyethylenauskleidung.
  • DATABASE WPI Abschnitt Ch, Woche 199325 & JP 05 124090 A beschreiben ein Formteil, das für Tanks, Flaschen und Kraftfahrzeugleitungen verwendet wird und das durch Blasformen einer Polyphenylenharzzusammensetzung hergestellt wird, die 100 Gewichtsteile eines Polyphenylensulfidharzes, 5 bis 80 Gewichtsteile eines Polyamidharzes und 5 bis 80 Ge wichtsteile eines modifizierten Polyolefins, das aus einem alpha-Olefin und einem alpha,beta-ungesättigten Carbonsäureglycidylether hergestellt ist, umfasst.
  • EP 0 900 650 betrifft mehrschichtige Formteile, die eine Laminatstruktur aus (A) einer Schicht aus einer Polyphenylensulfidharzzusammensetzung (PPS-Harzzusammensetzung) und (B) einer Schicht aus einem thermoplastischen Harz, mit Ausnahme eines PPS-Harzes, umfasst, wobei die PPS-Harzzusammensetzung, welche die Schicht (A) bildet, (A1) 100 Gewichtsteile eines PPS-Harzes, (A2) 1 bis 80 Gewichtsteile eines thermoplastischen Harzes mit mindestens einer funktionellen Gruppe und (A3) 5 bis 80 Gewichtsteile eines thermoplastischen Harzes, das bezüglich der Art dem thermoplastischen Harz ähnlich ist, das die Schicht (B) bildet, umfasst.
  • US 5,227,427 beschreibt eine Polyarylensulfidharzzusammensetzung, die ein Blend aus einem Polyarylensulfidharz und einem Polyolefinharz mit einer Verbindung, die eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung und eine Epoxygruppe in ihrem Molekül aufweist, umfasst.
  • DATABASE WPI Abschnitt Ch, Woche 200128 & WO 01/27204 A beschreiben eine thermoplastische Harzstruktur, die eine Harzzusammensetzung umfasst, die im Wesentlichen 5 bis 80 Vol.-% eines Polyolefinharzes und 95 bis 20 Vol.-% eines Polyphenylensulfidharzes umfasst.
  • DATABASE WPI Abschnitt Ch, Woche 199148 & JP 03 236930 A beschreiben ein blasgeformtes, hohl gemachtes Produkt, das vorwiegend 95 bis 60 Gew.-% eines entionisierten Polyphenylensulfidharzes und 5 bis 40 Gew.-% eines Epoxy-enthaltenden Olefincopolymers umfasst.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Auskleidung für einen Hochdruckgasbehälter bereitzustellen, der eine verbesserte Gasundurchlässigkeit, Druckfestigkeit und Schlagfestigkeit aufweist. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Hochdruckgasbehälter bereitzustellen, der eine solche Auskleidung aufweist.
  • Die vorstehend genannten Aufgaben werden durch die Auskleidung gemäß Anspruch 1 und den Hochdruckgasbehälter gemäß Anspruch 11 gelöst. Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Auskleidung für einen Hochdruckgasbehälter ist prinzipiell aus der im Anspruch 1 definierten Harzzusammensetzung zusammengesetzt und stellt daher eine her vorragende Gasundurchlässigkeit, Druckfestigkeit und Schlagfestigkeit bereit. Folglich kann die Dicke der Auskleidung in vorteilhafter Weise vermindert werden und das Gewicht eines Hochdruckgasbehälters, der mit einer solchen Auskleidung ausgestattet ist, kann demgemäß vermindert werden.
  • Die Harzzusammensetzung, wie sie im Anspruch 1 definiert ist, weist einen Methangasdurchlässigkeitskoeffizienten von 1,7 × 10–6 mol·m/m2·s·Pa oder weniger (5,0 × 10–11 cm3·cm/cm2·s·cm Hg oder weniger) bei 40°C auf. Folglich weist die aus einer solchen Harzzusammensetzung hergestellte Auskleidung eine hervorragende Gasundurchlässigkeit auf.
  • Wenn der Methangasdurchlässigkeitskoeffizient 1,7 × 10–6 mol·m/m2·s·Pa übersteigt, wird die Gasundurchlässigkeit der Auskleidung für einen Hochdruckgasbehälter vermindert, was zu einer Zunahme der Menge an Gas führt, die durch die Auskleidung in die Atmosphäre freigesetzt wird.
  • Es ist mehr bevorzugt, eine Harzzusammensetzung mit einem Methangasdurchlässigkeitskoeffizienten von 3,3 × 10–17 mol·m/m2·s·Pa oder weniger und noch mehr bevorzugt von 2,3 × 10–17 mol·m/m2·s·Pa oder weniger zu verwenden, so dass eine Auskleidung mit einer verbesserten Gasundurchlässigkeit zur Verwendung in einem Hochdruckgasbehälter bereitgestellt wird.
  • Mit Hochdruckgasbehälter ist hier ein Behälter gemeint, der mit einem mit hohem Druck beaufschlagten Gas, das einen Gasdruck von 1 MPa oder mehr aufweist, befüllt ist. Beispielsweise kann der Hochdruckgasbehälter jedweder von einem CNG-Behälter, der mit komprimiertem Erdgas befüllt ist, einem Methangasbehälter, der mit Methangas befüllt ist, einem Wasserstoffgasbehälter, einem Sauerstoffgasbehälter und einem Stickstoffgasbehälter sein.
  • Der vorstehend beschriebene Methangasdurchlässigkeitskoeffizient wird durch Messen der Menge an Methangas, die durch die Auskleidung hindurchdringt, durch ein Druckdifferenzverfahren gemäß JIS K7126A bestimmt. Das Ausmaß oder der Grad der Gasundurchlässigkeit der Auskleidung für einen Hochdruckgasbehälter wird somit durch den Methangasdurchlässigkeitskoeffizienten definiert.
  • Gemäß des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung weist die Harzzusammensetzung, die zur Bildung der Auskleidung für einen Hochdruckbehälter verwendet wird, eine Zugbruchdehnung von 50% oder mehr bei 23°C auf. Folglich weist die Auskleidung, die aus einer solchen Harzzusammensetzung hergestellt ist, eine verbesserte Druckfestigkeit auf. Wenn die Zugbruchdehnung andererseits weniger als 50% beträgt, wird die Druckfestigkeit der Auskleidung für den Hochdruckgasbehälter in unerwünschter Weise vermindert.
  • Mehr bevorzugt weist die Harzzusammensetzung eine Zugbruchdehnung von 70% oder mehr bei 23°C auf. In diesem Fall wird die Druckfestigkeit der Auskleidung weiter verbessert.
  • Das Polyphenylensulfidharz (nachstehend als „PPS-Harz" bezeichnet), das in der Harzzusammensetzung enthalten ist, ist z.B. ein Polymer mit 70 mol-% oder mehr, vorzugsweise 90 mol-% oder mehr Wiederholungseinheiten, die jeweils durch die folgende Formel dargestellt werden:
  • Figure 00050001
  • Das PPS-Harz kann ferner 30 mol-% oder weniger Wiederholungseinheiten enthalten, die jeweils durch eine ausgewählte Formel der folgenden Formeln dargestellt wird:
  • Figure 00050002
  • Figure 00060001
  • Es ist bevorzugt, dass das PPS-Harz, das in der Harzzusammensetzung enthalten ist, ein geradkettiges Polymer mit einem relativ hohen Molekulargewicht ist. Das PPS-Harz weist einen Schmelzindex (nachstehend als „MFR" bezeichnet) von 250 g/10 min oder weniger, vorzugsweise von 150 g/10 min auf, gemessen bei 315,5°C und 49 N (5000 g) gemäß ASTM-D1238. Das PPS-Harz mit einer solchen Schmelzviskosität stellt eine Zusammensetzung mit einer sehr gut ausgewogenen Flexibilität und Schlagfestigkeit bereit.
  • Das in der Harzzusammensetzung enthaltene Harz auf Olefinbasis ist ein Polymer, das ein erstes Copolymer auf Olefinbasis und ein zweites (Co-) Polymer auf Olefinbasis umfasst. Insbesondere ist das zweite (Co-) Polymer auf Olefinbasis ein Olefinpolymer oder ein Polymer auf Olefinbasis. Das erste Copolymer auf Olefinbasis ist ein Copolymer auf Olefinbasis, das durch Einbeziehen eines Monomers mit einer funktionellen Gruppe in das Polymer auf Olefinbasis erhalten wird. Beispiele für das zweite (Co-) Polymer auf Olefinbasis umfassen (Co-) Polymere, die durch Polymerisieren eines α-Olefins allein oder von zwei oder mehr α-Olefinen erhalten werden, die z.B. aus Ethylen, Propylen, 1-Buten, 1-Penten, 4-Methyl-1-penten und Isobutylen ausgewählt sind. Beispiele für das erste Copolymer auf Olefinbasis umfassen Copolymere eines α-Olefins und einer α,β-ungesättigten Säure oder eines Alkylesters davon, wie z.B. Acrylsäure, Methylacrylat, Ethylacrylat, Butylacrylat, Methacrylsäure, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat und Butylmethacrylat.
  • Die Harzzusammensetzung kann ferner optionale Additive wie z.B. ein Formentrennmittel, ein Färbungsverhinderungsmittel, ein Schmiermittel, einen Ultraviolettlichtinhibitor, ein Antioxidationsmittel, ein Farbmittel und ein Flammverzögerungsmittel enthalten.
  • Die Auskleidung für einen Hochdruckbehälter gemäß des ersten Aspekts der Erfindung kann durch Spritzgießen, Blasformen, Extrusionsformen oder dergleichen der vorstehend beschriebenen Harzzusammensetzung hergestellt werden.
  • Die vorstehend beschriebene Auskleidung für einen Hochdruckgasbehälter kann in einem Kraftfahrzeug montiert werden, das CNG als Kraftstoff nutzt. Insbesondere kann die Auskleidung für einen Tank verwendet werden, der den CNG-Kraftstoff speichert, der dem Motor zugeführt werden soll.
  • Vorzugsweise weist die Harzzusammensetzung, die zur Bildung der Auskleidung verwendet wird, eine Izod-Kerbschlagzähigkeit von 500 J/m oder mehr bei 23°C, mehr bevorzugt von 600 J/m oder mehr bei 23°C auf. Die hier genannte Izod-Kerbschlagzähigkeit ist die Izod-Kerbschlagzähigkeit, die in einem Izod-Kerbschlagtest gemäß ASTM-D256 gemessen wird.
  • Wenn die Izod-Kerbschlagzähigkeit 500 J/m oder mehr beträgt, zeigt die Auskleidung für einen Hochdruckgasbehälter zusätzlich zu der verbesserten Gasundurchlässigkeit und Druckfestigkeit, wie es vorstehend beschrieben worden ist, eine weiter verbesserte Schlagfestigkeit. Wenn die Izod-Kerbschlagzähigkeit weniger als 500 J/m beträgt, kann die Schlagfestigkeit der Auskleidung in unerwünschter Weise vermindert werden.
  • Die Harzzusammensetzung zur Bildung der Auskleidung für einen Hochdruckgasbehälter wird durch Zugeben von 15 bis 50 Gewichtsteilen des Harzes auf Olefinbasis zu 100 Gewichtsteilen des PPS-Harzes erhalten. Die aus dieser Harzzusammensetzung gebildete Auskleidung stellt eine weiter verbesserte Zugbruchdehnung und eine weiter verbesserte Schlagfestigkeit sowie eine verbesserte Gasundurchlässigkeit und Druckfestigkeit bereit, wie es vorstehend beschrieben worden ist. Vorzugsweise enthält die Harzzusammensetzung etwa 15 bis 42 Gewichtsteile, mehr bevorzugt etwa 18 bis 40 Gewichtsteile und noch mehr bevorzugt etwa 20 bis 35 Gewichtsteile des Harzes auf Olefinbasis, bezogen auf 100 Gewichtsteile des PPS-Harzes.
  • Wenn der Gehalt des Harzes auf Olefinbasis bezogen auf 100 Gewichtsteile des PPS-Harzes weniger als 15 Gewichtsteile beträgt, können die Zugbruchdehnung und die Schlagfestigkeit der Auskleidung in unerwünschter Weise vermindert werden. Wenn der Gehalt des Harzes auf Olefinbasis bezogen auf 100 Gewichtsteile des PPS-Harzes mehr als 50 Gewichtsteile beträgt, kann der Methangasdurchlässigkeitskoeffizient ansteigen und der relativ hohe Gehalt des Harzes auf Olefinbasis kann den hohen Grad an Wärmebeständigkeit, thermischer Stabilität und chemischer Beständigkeit beeinflussen, der ansonsten von dem PPS-Harz bereitgestellt wird.
  • Gemäß eines zweiten Aspekts der Erfindung wird ein Hochdruckgasbehälter bereitgestellt, der eine Hülle und eine Auskleidung, die auf der Innenoberfläche der Hülle angeordnet ist, umfasst. Die Auskleidung für den Hochdruckgasbehälter ist im Wesentlichen aus einer Harzzusammensetzung ausgebildet, die ein Polyphenylensulfidharz und das Harz auf Olefinbasis enthält. Die Harzzusammensetzung weist einen Methangasdurchlässigkeitskoeffizienten von 1,7 × 10–6 mol·m/m2·s·Pa oder weniger bei 40°C und eine Zugbruchdehnung von 50% oder mehr bei 23°C auf.
  • Der Hochdruckgasbehälter gemäß des zweiten Aspekts der Erfindung nutzt die Auskleidung für einen Hochdruckgasbehälter gemäß des ersten Aspekts der Erfindung. Daher zeigt der Hochdruckgasbehälter eine hervorragende Gasundurchlässigkeit, Druckfestigkeit und Schlagfestigkeit. Folglich kann die Dicke der Auskleidung in vorteilhafter Weise vermindert werden und das Gewicht des Hochdruckgasbehälters kann demgemäß gesenkt werden.
  • Die Eigenschaften und die Details der Auskleidung für den Hochdruckbehälter gemäß des zweiten Aspekts der Erfindung sind im Wesentlichen mit denjenigen der Auskleidung gemäß des ersten Aspekts der Erfindung identisch.
  • Die Hülle kann z.B. aus einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildet sein, der durch Imprägnieren von Fasern, wie z.B. Kohlefasern, Aramidfasern oder Glasfasern, mit einem wärmehärtenden Harz erhalten wird. Der faserverstärkte Kunststoff ist im Hinblick auf die Haftung an der Auskleidung und dessen geringes Gewicht ein vorteilhaftes Material zur Bildung der Hülle. Es ist ganz besonders bevorzugt, zur Bildung der Hülle einen Kunststoff zu verwenden, der mit Kohlefasern verstärkt ist.
  • Vorzugsweise weist die Harzzusammensetzung, die zur Bildung der Auskleidung verwendet wird, eine Izod-Kerbschlagzähigkeit von 500 J/m oder mehr bei 23°C auf. In diesem Fall zeigt der Hochdruckgasbehälter zusätzlich zu der verbesserten Gasundurchlässigkeit und Druckfestigkeit, wie es vorstehend beschrieben worden ist, eine weiter verbesserte Schlagfestigkeit.
  • Die Harzzusammensetzung zur Bildung der Auskleidung für den Hochdruckgasbehälter wird durch Zugeben von 15 bis 50 Gewichtsteilen des Harzes auf Olefinbasis zu 100 Gewichtsteilen des PPS-Harzes erhalten. Die aus dieser Harzzusammensetzung gebildete Auskleidung stellt eine weiter verbesserte Zugbruchdehnung und eine weiter verbesserte Schlagfestigkeit sowie eine verbesserte Gasundurchlässigkeit und Druckfestigkeit bereit, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
  • Ein vollständigeres Verständnis der Erfindung und von vielen der damit zusammenhängenden Vorteile kann leicht erlangt werden, da die Erfindung unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung, wenn diese zusammen mit der beigefügten Zeichnung in Betracht gezogen wird, besser verstanden werden kann.
  • Die einzelne Figur ist eine Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, die einen Hochdruckgasbehälter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • Beispiele
  • Einige Beispiele von Auskleidungen für Hochdruckgasbehälter, insbesondere für CNG-Behälter, wurden unter Verwendung der Proben Nr. 1 bis Nr. 6, die unmittelbar nachstehend angegeben sind, hergestellt, und verschiedene Eigenschaften dieser Beispiele wurden in der später beschriebenen Weise gemessen.
    Probe Nr. 1: PPS mit einem MFR (d.h. einem Schmelzindex) von 100 g/10 min
    Probe Nr. 2: Legierung aus PPS und einem Harz auf Olefinbasis, die 6 Gewichtsteile Olefin A und 19 Gewichtsteile Olefin B enthält, was 25 Gewichtsteile des Harzes auf Olefinbasis ergibt, bezogen auf 100 Gewichtsteile PPS
    Probe Nr. 3: Legierung aus PPS und einem Harz auf Olefinbasis, die 15 Gewichtsteile Olefin A und 30 Gewichtsteile Olefin B enthält, was 45 Gewichtsteile des Harzes auf Olefinbasis ergibt, bezogen auf 100 Gewichtsteile PPS
    Probe Nr. 4: Polyketon
    Probe Nr. 5: Nylon 11 (in den Tabellen 1 und 2 als „PA 11" bezeichnet)
    Probe Nr. 6: Polyethylen mit hoher Dichte (in den Tabellen 1 und 2 als „HDPE" bezeichnet)
  • Die vorstehend angegebenen Olefin A und Olefin B, die in den Proben Nr. 2 und 3 enthalten sind, weisen die folgenden jeweiligen Zusammensetzungen und Eigenschaften auf.
    Olefin A: Copolymer aus 8 Gew.-% Ethylen und 12 Gew.-% Glycidylmethacrylat.
    Olefin B: Copolymer aus Ethylen und 1-Buten, das eine Dichte von 861 kg/m3 und einen MFR (Schmelzindex) von 0,5 g/10 min aufweist, gemessen bei 21,18 N (2160 g) und 190°C gemäß ASTM D1238.
  • Auskleidungen, die aus den vorstehend genannten Proben Nr. 2 und Nr. 3 ausgebildet sind, stellen die erfindungsgemäßen Beispiele Nr. 2 und Nr. 3 bereit, und Auskleidungen, die aus den anderen Proben Nr. 1, 4, 5 und 6 ausgebildet sind, stellen die Vergleichsbeispiele Nr. 1, 4, 5 und 6 bereit.
  • Die vorstehend angegebenen Proben Nr. 1 bis Nr. 6 wurden unter Bedingungen spritzgegossen, bei denen der Zylinder bei einer Temperatur von 320°C gehalten wurde und das Formwerkzeug bei einer Temperatur von 130°C gehalten wurde. Dann wurden die Eigenschaften der resultierenden Produkte gemessen.
  • Methangasdurchlässigkeitskoeffizient:
  • Jeder Prüfkörper (der jedem der vorstehenden Beispiele Nr. 1 bis Nr. 6 entsprach) in der Form eines Films bzw. einer Folie mit einer Dicke von 50 bis 200 μm wurde mittels Warmpressen erzeugt. Für jedes Beispiel wurde der Methangasdurchlässigkeitskoeffizient des Films bei 40°C unter Verwendung von Methangas durch ein Druckdifferenzverfahren gemäß JIS K7126A gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt.
  • Als Bezug wurde der Wasserstoffgasdurchlässigkeitskoeffizient nur bezüglich des Films gemessen, der aus der erfindungsgemäßen Probe Nr. 2 hergestellt worden ist. Diese Messung wurde im Wesentlichen in der gleichen Weise wie die Messung des Methangasdurchlässigkeitskoeffizienten durchgeführt, mit der Ausnahme, dass das Methangas durch Wasserstoffgas ersetzt wurde. Das Ergebnis ist ebenfalls in der Tabelle 1 gezeigt.
  • Zugbruchdehnung
  • Die Zugbruchdehnung jedes Prüfkörpers nach dessen Reißen oder Brechen wurde bei 23°C und –40°C gemäß ASTM-D638 gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt.
  • Izod-Kerbschlagzähigkeit
  • Jeder Prüfkörper, der jedem der vorstehenden Beispiele Nr. 1 bis Nr. 6 entsprach, wurde durch Formen mit einer Kerbe ausgestattet und die Izod-Kerbschlagzähigkeit des Kerbprüfkörpers wurde bei 23°C und –40°C gemäß ASTM-D256 gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt.
  • Chemische Beständigkeit
  • Jede der vorstehend genannten Proben Nr. 1 bis Nr. 6 wurde zu einer Hantel Nr. 1 gemäß ASTM-D638 ausgebildet. Die Hantel wurde bei 82°C 14 Tage (336 Stunden) in eine 19 Vol.-%ige Schwefelsäurelösung eingetaucht. Dann wurde deren Zugfestigkeit bei Raumtemperatur von etwa 23°C gemessen, wobei der Prüfkörper mit einer Geschwindigkeit von 50 mm/min gezogen oder gestreckt wurde. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt.
  • Gasdurchlässigkeit eines Hochdruckgasbehälters
  • Auskleidungen für Hochdruckgasbehälter (mit einem Volumen von 7,98 Litern) als Beispiele Nr. 2, 4, 5 und 6 wurden unter Verwendung der Proben Nr. 2, 4, 5 und 6 hergestellt. Bei der Herstellung jeder der Auskleidungen wurde jede der Proben unter Verwendung eines Formwerkzeugs, in das runde Vorwölbungen bereits eingesetzt worden waren, spritzgegossen, so dass ein Halbgegenstand der Auskleidung bereitgestellt wurde. Dann wurden zwei Halbgegegenstände einander gegenüber liegend angeordnet und einem Heizplattenschweißen unterzogen, so dass ein in der 1 gezeigtes zylindrisches Produkt bereitgestellt wurde. Die auf diese Weise hergestellte Auskleidung für einen Hochdruckgasbehälter wies eine Dicke von etwa 7 mm auf.
  • Die Auskleidung, die jedem der Beispiele Nr. 2, 4, 5 und 6 entsprach, wurde dann mit einer Hülle bedeckt, die aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt worden ist. Insbesondere wurde die Hülle durch Wickeln von Kohlefasern, die mit einem Epoxyharz imprägniert waren, um die Außenumfangsfläche der zylindrischen Auskleidung, so dass die Dicke der Hülle etwa 10 mm betrug, und dann Härten des Harzes in einem Härtungsofen bei 100°C für 2 Stunden hergestellt. Auf diese Weise wurde ein Hochdruckgasbehälter von jedem der Beispiele Nr. 2, 4, 5 und 6 hergestellt.
  • Zur Bewertung der Gasdurchlässigkeit des so erzeugten Hochdruckgasbehälters wurde eine Kammer des Gasbehälters mit Methangas bei einem Druck von 10 MPa beschickt. Der Hochdruckbehälter wurde dann in einer luftdichten Sammelkammer angeordnet und in der Atmosphäre mit einer Temperatur von 25 bis 29°C stehen gelassen. Dann wurde von dem in der Sammelkammer gesammelten Methangas eine Probe genommen und mittels Gaschromatographie analysiert, um die Gasdichte zu bestimmen. Auf der Basis der so bestimmten Gasdichte wurde die Methangasdurchlässigkeit (cm3/Liter·Stunde) pro Einheitsvolumen der Auskleidung und Zeiteinheit (Stunde) berechnet.
    Figure 00120001
    Tabelle 2 Gasdurchlässigkeit eines Hochdruckgasbehälters
    Figure 00130001
    • Modifiziertes PPS:
    Legierung aus PPS und einem Harz auf Olefinbasis (OL) (Gewichtsteile bezogen auf 100 Gewichtsteile PPS)
  • Aus den Tabellen 1 und 2 ist ersichtlich, dass das Beispiel Nr. 1, das aus PPS hergestellt ist, und die Beispiele Nr. 2 und Nr. 3, die PPS als Hauptkomponente enthalten, beträchtlich niedrige Methangasdurchlässigkeitskoeffizienten bereitstellen. Aus diesen Tabellen ist auch ersichtlich, dass die Beispiele Nr. 2 und Nr. 3, die eine geeignete Menge eines Copolymers auf Olefinbasis enthalten, eine verbesserte Zähigkeit aufweisen und insbesondere eine vergleichsweise große Zugbruchdehnung und eine vergleichsweise hohe Izod-Kerbschlagzähigkeit zeigen.
  • Darüber hinaus stellen die Beispiele Nr. 2 und Nr. 3 verglichen mit den Beispielen Nr. 4 bis 6 eine hervorragende Ausgewogenheit der Gasundurchlässigkeit und der Zähigkeit bereit und werden somit in vorteilhafter Weise als Auskleidungen für Hochdruckgasbehälter verwendet. Tatsächlich zeigte das Beispiel Nr. 2, wenn es als Auskleidung für einen CNG-Behälter verwendet wurde, eine niedrigere Gasdurchlässigkeit als Auskleidungen, die aus anderen Materialien hergestellt worden sind. Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass die Harzzusammensetzungen der erfindungsgemäßen Beispiele Nr. 2 und Nr. 3 eine hervorragende Gasundurchlässigkeit, Druckfestigkeit und Schlagfestigkeit aufweisen und somit zweckmäßig zur Bildung von Auskleidungen für Hochdruckgasbehälter verwendet werden.
  • Unter Bezugnahme auf die 1 werden nachstehend eine Auskleidung für einen Hochdruckgasbehälter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und ein Hochdruckgasbehälter, bei dem eine solche Auskleidung eingesetzt wird, detailliert beschrieben.
  • Gemäß der 1 umfasst der Hochdruckgasbehälter 7 dieser Ausführungsform eine zylindrische Hülle 2 als äußeres Gehäuse und eine Auskleidung 1, die auf der Innenoberfläche der Hülle 2 angeordnet ist. Durch die Auskleidung 1 ist innerhalb der Hülle 2 eine Gaskammer 10 definiert. Darüber hinaus sind runde Vorwölbungen 3 an gegenüber liegenden Enden der Auskleidung 7 bereitgestellt und eine Öffnung 30 ist durch einen zentralen Abschnitt jeder der Vorwölbungen 3 ausgebildet. Ein mit hohem Druck beaufschlagtes Gas, wie z.B. CNG, wird der Gaskammer 10 des Behälters 7 durch die Öffnung 30 zugeführt oder aus dieser ausgetragen.
  • Die Auskleidung 1 für den Hochdruckgasbehälter wird in der folgenden Weise in einer zylindrischen Form ausgebildet: Ein halbzylindrisches Produkt wird durch Spritzgießen der Zusammensetzung von Probe 2, die in den Tabellen 1 und 2 angegeben ist, erhalten, und zwei Halbgegenstände, die jeweils eine halbzylindrische Form aufweisen, werden stumpf aneinander anstoßen gelassen und thermisch miteinander verschweißt, um ein zylindrisches Produkt bereitzustellen.
  • Dann wird die Hülle 2 durch Wickeln von Fasern, die mit einem wärmehärtenden Harz imprägniert sind, um die Außenoberfläche der Auskleidung 1 als zylindrisches Produkt gewickelt und das wärmehärtende Harz wird thermisch gehärtet. Auf diese Weise wird der Hochdruckgasbehälter erzeugt.
  • Die Auskleidung 1 für den Hochdruckgasbehälter kann aus zwei oder drei Schichten oder jedweder geeigneten Anzahl von Schichten bestehen. In dem Fall, bei dem die Auskleidung 1 aus zwei Schichten besteht, kann z.B. eine der Schichten, die mit der Hülle 2 in Kontakt ist, aus der erfindungsgemäßen Harzzusammensetzung hergestellt sein, und die andere Schicht kann aus einer Harzzusammensetzung hergestellt sein, die von der erfindungsgemäßen Harzzusammensetzung verschieden ist.
  • Beispiele für das wärmehärtende Harz, das zur Bildung der Hülle verwendet wird, umfassen ein Epoxyharz, Phenolharz, ungesättigtes Polyesterharz und Vinylesterharz. Beispiele für eine Faserlage, die mit dem wärmehärtenden Harz imprägniert werden soll, umfassen Kohlefasern, Aramidfasern und Glasfasern.

Claims (13)

  1. Auskleidung für einen Hochdruckgasbehälter, der ein Gas unter hohem Druck mit einem Druck von 1 MPa oder höher enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung eine Harzzusammensetzung umfasst, die ein Polyphenylensulfidharz und ein Harz auf Olefinbasis enthält, wobei das Harz auf Olefinbasis ein erstes Copolymer auf Olefinbasis; das eine funktionelle Gruppe umfasst, und ein zweites (Co-) Polymer auf Olefinbasis, das keine funktionelle Gruppe aufweist, umfasst, und der Gesamtgehalt des ersten und des zweiten (Co-) Polymers auf Olefinbasis 15 bis 50 Gewichtsteile bezogen auf 100 Gewichtsteile des Polyphenylensulfidharzes beträgt, und wobei die Harzzusammensetzung einen Methangasdurchlässigkeitskoeffizienten von 1,7 × 10–6 mol·m/m2·s·Pa oder weniger bei 40°C und eine Zugbruchdehnung von 50% oder mehr bei 23°C aufweist.
  2. Auskleidung nach Anspruch 1, bei welcher der Methangasdurchlässigkeitskoeffizient der Harzzusammensetzung 3,3 × 10–17 mol·m/m2·s·Pa oder weniger bei 40°C beträgt.
  3. Auskleidung nach Anspruch 2, bei welcher der Methangasdurchlässigkeitskoeffizient der Harzzusammensetzung 2,3 × 10–17 mol·m/m2·s·Pa oder weniger bei 40°C beträgt.
  4. Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Zugbruchdehnung der Harzzusammensetzung 70% oder mehr bei 23°C beträgt.
  5. Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Polyphenylensulfidharz einen Schmelzindex von 250 g/10 min oder weniger aufweist, der bei 315,5°C und 49 N (5000 g) gemäß ASTM-D1238 gemessen worden ist.
  6. Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Harzzusammensetzung eine Izod-Kerbschlagzähigkeit von 500 J/m oder mehr bei 23°C aufweist.
  7. Auskleidung nach Anspruch 6, bei der die Izod-Kerbschlagzähigkeit der Harzzusammensetzung, die bei 23°C gemessen worden ist, 600 J/m oder mehr beträgt.
  8. Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Harzzusammensetzung etwa 15 bis 42 Gewichtsteile des Harzes auf Olefinbasis bezogen auf 100 Gewichtsteile des Polyphenylensulfidharzes enthält.
  9. Auskleidung nach Anspruch 8, bei der die Harzzusammensetzung etwa 18 bis 40 Gewichtsteile des Harzes auf Olefinbasis bezogen auf 100 Gewichtsteile des Polyphenylensulfidharzes enthält.
  10. Auskleidung nach Anspruch 9, bei der die Harzzusammensetzung etwa 20 bis 35 Gewichtsteile des Harzes auf Olefinbasis bezogen auf 100 Gewichtsteile des Polyphenylensulfidharzes enthält.
  11. Hochdruckgasbehälter (7), der eine Hülle (2) und eine Auskleidung (1), die auf einer Innenoberfläche der Hülle (2) angeordnet ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskleidung eine Auskleidung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ist.
  12. Hochdruckgasbehälter nach Anspruch 11, bei dem die Hülle einen faserverstärkten Kunststoff umfasst, der durch Tränken von Fasern mit einem wärmehärtenden Harz erhalten worden ist.
  13. Hochdruckgasbehälter nach Anspruch 12, bei dem die Fasern aus der Gruppe bestehend aus Kohlefasern, Aramidfasern und Glasfasern ausgewählt sind.
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