FR2963820A1 - Reservoir composite et procede de fabrication - Google Patents

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Abstract

Réservoir composite de gaz sous pression comprenant une enveloppe (1) définissant un volume de stockage de gaz, l'enveloppe (1) comportant une ouverture (2) à une première de ses extrémités et une couche (3) de renforcement mécanique disposée sur au moins une partie de sa surface extérieure, la couche (3) de renforcement comprenant une matrice en polyamide et une fibre de renfort, caractérisé en ce qu'une couche (4) de protection contre l'humidité est déposée sur au moins une partie de la surface extérieure de la couche (3) de renforcement, ladite couche (4) de protection comprenant l'un ou moins des constituants parmi : une résine de type époxyde ou de type vinylester, un mélange d'une résine citée avec des fibres de carbone ou de verre ou des charges de noir de carbone.

Description

La présente invention concerne un réservoir composite et un procédé de fabrication correspondant. L'invention concerne plus particulièrement un réservoir composite de gaz sous pression comprenant une enveloppe définissant un volume de stockage de gaz, l'enveloppe comportant une ouverture à une première de ses extrémités et une couche de renforcement mécanique disposée sur au moins une partie de sa surface extérieure, la couche de renforcement comprenant une matrice en polyamide et une fibre de renfort. Les réservoirs de gaz composites peuvent avoir différentes conceptions 10 incluant une enveloppe interne appelé liner et une enveloppe externe en composite responsable pour tout ou partie de la tenue mécanique. Le liner peut être métallique ou plastique. Le renfort composite peut être à base de fibres de carbone, de verre ou d'aramide noyée dans une matrice de résine thermodurcissable ou 15 thermoplastique. Il est connu de prévoir des réservoirs composites dans lesquels la couche de renforcement et de tenue mécanique comprend du polyamide. On peut par exemple citer le document US20070068957. Le demandeur a cependant, constaté que dans le cas des réservoirs composites dont le renfort est à matrice polyamide et plus particulièrement en 20 polyamide-6, la couche de renforcement en polyamide est sensible à l'humidité. En effet, ce type de couche de renforcement est susceptible d'absorber de l'eau et ceci peut générer une baisse de la température de transition vitreuse de ladite couche. C'est-à-dire que le seuil de température à partir duquel le polyamide se ramollit est abaissé significativement (par exemple cette température de transition 25 vitreuse peut chuter de 60°C lorsque la couche est complètement saturée en eau). Lorsque la température de service d'un tel réservoir composite atteint ou excède cette température de transition vitreuse, les défauts ou dommages mécaniques dans la couche de renforcement augmentent tandis que les propriétés mécaniques (résistance à l'éclatement) diminuent. Cette imprégnation de liquide 30 peut également modifier en profondeur la structure du composite. Par ailleurs, l'eau diffuse à travers la matrice polyamide. En conséquence, si l'enveloppe interne est en polymère, l'eau peut également diffuser au travers du liner jusqu'à être en contact avec le gaz ce qui peut altérer son niveau de pureté en augmentant sa teneur en eau. 35 Pour ces raisons, on privilégie actuellement des matériaux moins sensibles à l'humidité pour réaliser la couche de renforcement de réservoirs composites (résines époxy par exemple).
Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus. L'invention vise à diminuer les défauts ci-dessus des réservoirs composites utilisant des polyamides dans la couche de renforcement.
A cette fin, le réservoir selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce qu'une couche de protection contre l'humidité est déposée sur au moins une partie de la surface extérieure de la couche de renforcement, ladite couche de protection comprenant l'un ou moins des constituants parmi : une résine de type époxyde ou de type vinylester, un mélange d'une résine citée avec des fibres de carbone ou de verre ou des charges de noir de carbone. Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la couche de renforcement mécanique comprend du polyamide de type 6 (« PA-6 »), - l'enveloppe est constituée d'un matériau comprenant l'un ou moins des constituants parmi : de l'acier, un alliage d'aluminium, un thermoplastique, un thermodurcissable, - la couche de protection a une épaisseur comprise entre 1 et 8 mm, - la couche de protection a une épaisseur comprise entre 2 et 6 mm, - la couche de protection a une épaisseur comprise entre 3 et 4 mm, - la couche de protection est peu ou pas perméable à l'eau par rapport à la matrice polyamide. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un réservoir de gaz sous pression, le procédé comprenant le formage, par une méthode d'enroulement de filament(s) ou une méthode d'enroulement de bande(s), d'une coque ou enroulement externe résistant à la pression, autour d'une enveloppe apte à servir de barrière aux gaz, dans laquelle la coque externe est réalisée en polyamide, et dans lequel la coque externe est revêtue d'une couche de protection comprenant l'un ou moins des constituants parmi : une résine de type époxyde ou de type vinylester, un mélange d'une résine citée avec des fibres de carbone ou de verre ou des charges de noir de carbone. L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous.
D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles : - la figure 1 représente une vue en coupe et schématique d'un exemple de réalisation possible de réservoir selon l'invention, - la figure 2 illustre un détail agrandi de la coupe du réservoir de la figure 1. Le réservoir composite de gaz sous pression représenté à titre d'exemple non limitatif comprend une enveloppe 1 (« liner »), par exemple de forme générale cylindrique, définissant un volume de stockage de gaz.
Classiquement, l'enveloppe 1 est constituée d'un matériau comprenant l'un ou moins des constituants parmi : de l'acier, un alliage d'aluminium, un thermoplastique, un thermodurcissable. L'enveloppe 1 interne a par exemple une épaisseur comprise entre 1 et 10 mm.
L'enveloppe 1 comporte de préférence une ouverture 2 à une première de ses extrémités. Une seconde extrémité de l'enveloppe 1 peut comporter un embout 4 destiné à former un appui pour un mandrin lors d'un processus de bobinage d'une couche de renforcement 3 par exemple. Un revêtement 3 de renforcement mécanique est disposé sur la surface 15 extérieure de l'enveloppe 1 interne. Le revêtement 3 de renforcement forme une couche 3 obtenue par exemple via un enroulement 3 filamentaire. La couche 3 de renforcement est réalisée dans un matériau composite à base de polyamide, par exemple du polyamide 6 renforcé par des fibres de carbone ou équivalent. 20 Selon l'invention, une couche 4 de protection contre l'humidité est déposée sur la surface extérieure de la couche 3 de renforcement. La couche 4 de protection comprend de préférence l'un ou moins des constituants parmi : une résine de type époxyde ou de type vinylester, un mélange d'une résine citée avec des fibres de carbone ou de verre ou des charges de noir de carbone. D'autres 25 résines utilisées dans l'aérospatiale telles que la polystyrylpiridine peuvent être proposées mais leur coût ne les rend pas intéressantes pour cette application. De préférence, la couche 4 de protection est en résine époxyde comprenant une charge de type noir de carbone ou fibre de carbone ou de verre. La fibre de carbone ou de verre peut alors contribuer au renfort mécanique. 30 La couche 4 de protection peut être bobinée selon les techniques classiques utilisées pour les réservoirs composites si elle contient des fibres de carbone ou de verre longues ou appliquée comme une couche de gel (« gel coat ») dans les autres cas (dépôt au pistolet, pinceau, etc). La couche 4 de protection a une épaisseur comprise par exemple entre 1 et 35 8 mm et de préférence entre 3 et 4 mm. La couche 4 de protection forme ainsi une barrière qui retarde la diffusion d'humidité à l'intérieur de la couche 3 de renforcement mécanique. Les propriétés mécaniques du réservoir sont ainsi préservées de façon plus durable.
Par exemple, la couche 4 de protection a une épaisseur déterminée dimensionnée pour garantir une durée minimale sans que la couche de renforcement 3 ne soit imbibée. Selon certains calculs, le coefficient de diffusion de l'eau dans une couche 4 peut être de l'ordre de 5.10-8 mm2.s-' (cf. « Fundamentals of Fibre Reinforced Composite Materials » de Bunsell and Renard.; Becker et al. Eur. Polym. J. 2004, 40 187. ; Rhee et al. Mat Sci Eng A 2004 384, 308 »). Une épaisseur de 3 à 4 mm est en principe suffisante pour empêcher une imprégnation d'eau significative pour un réservoir ayant une durée de vie de l'ordre de 15 à 20 ans.
On constate donc que, tout en étant de structure simple et peu coûteuse, l'invention permet de diminuer les risques d'explosion prématurée de réservoirs composites soumis à des ambiances humides.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS1. Réservoir composite de gaz sous pression comprenant une enveloppe (1) définissant un volume de stockage de gaz, l'enveloppe (1) comportant une ouverture (2) à une première de ses extrémités et une couche (3) de renforcement mécanique disposée sur au moins une partie de sa surface extérieure, la couche (3) de renforcement comprenant une matrice en polyamide et une fibre de renfort, caractérisé en ce qu'une couche (4) de protection contre l'humidité est déposée sur au moins une partie de la surface extérieure de la couche (3) de renforcement, ladite couche (4) de protection comprenant l'un ou moins des constituants parmi : une résine de type époxyde ou de type vinylester, un mélange d'une résine citée avec des fibres de carbone ou de verre ou des charges de noir de carbone.
  2. 2. Réservoir selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche (3) de renforcement mécanique comprend du polyamide de type 6 (« PA-6 »).
  3. 3. Réservoir selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'enveloppe (1) est constituée d'un matériau comprenant l'un ou moins des constituants parmi : de l'acier, un alliage d'aluminium, un thermoplastique, un thermodurcissable.
  4. 4. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche (4) de protection a une épaisseur comprise entre 1 et 8 mm.
  5. 5. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la couche (4) de protection a une épaisseur comprise entre 2 et 6 mm.
  6. 6. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche (4) de protection a une épaisseur comprise entre 3 et 4 mm.
  7. 7. Réservoir selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la couche (4) de protection est peu ou pas perméable à l'eau par rapport à la matrice polyamide.
  8. 8. Procédé de fabrication d'un réservoir de gaz sous pression, le procédé comprenant le formage, par une méthode d'enroulement de filament(s) ou une méthode d'enroulement de bande(s), d'une coque ou enroulement externe (3) résistant à la pression, autour d'une enveloppe (1) apte à servir de barrière aux gaz, dans laquelle la coque externe (3) est réalisée en polyamide, et dans lequel la coque (3) externe est revêtue d'une couche (4) de protection comprenant l'un ou moins des constituants parmi :une résine de type époxyde ou de type vinylester, un mélange d'une résine citée avec des fibres de carbone ou de verre ou des charges de noir de carbone.
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