JP2003056702A - 高圧ガス容器用ライナー及び高圧ガス容器 - Google Patents

高圧ガス容器用ライナー及び高圧ガス容器

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガス遮断性，耐圧性及び耐衝撃性に優れた高
圧ガス容器用ライナー及び高圧ガス容器を提供する。 【解決手段】 ポリフェニレンスルフィド樹脂からなる
樹脂組成物を用いて作製された高圧ガス容器用ライナー
１である。上記樹脂組成物は，４０℃におけるメタンガ
スのガス透過係数が１．７×１０−１６ｍｏｌ・ｍ／ｍ
２・ｓ・Ｐａ以下であり，２３℃における引張破断伸度
が５０％以上である。上記樹脂組成物は，２３℃におけ
るアイゾット衝撃強度が５００Ｊ／ｍ以上であることが
好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】本発明は，特にガス遮断性，耐圧性及び耐
衝撃性に優れた，高圧ガス容器用ライナー及び高圧ガス
容器に関する。
【０００２】
【従来技術】圧縮天然ガス自動車には，エンジン用の燃
料である圧縮天然ガス（以下，「ＣＮＧ」ともいう。）
を充填する高圧ガス容器が取付けられている。例えば，
後述の図１に示すごとく，高圧ガス容器７は，円筒形の
高圧ガス容器用ライナー１と，その外側に配設されたシ
ェル２とからなる。高圧ガス容器用ライナー１の両端に
は，ボス３が設けられ，ボス３の中心部分には開口穴３
０が開口している。この開口穴３０を通じて，高圧ガス
容器７のチャンバー１０内にＣＮＧが補給又は排出され
る。
【０００３】従来，上記ＣＮＧ容器用のライナーとして
は，一般的に，鋼鉄などの金属製ライナー（米国特許第
４７１４０９４号）が用いられていた。しかし，金属製
ライナーは，比較的重いため，ＣＮＧ容器を搭載する
と，車体重量が重くなり，燃費低下の原因となる。この
ため，軽量な樹脂製ライナーの使用が多くなってきてい
る。このような樹脂製ライナーとしては，ポリアミド
（米国特許第５０２５９４３号），ポリエチレンなどが
ある。
【０００４】
【解決しようとする課題】しかしながら，ポリエチレン
製ライナーはガス透過量が比較的大きい。そのため，炭
化水素ガスがライナーから透過し大気へ放出され，地球
環境上好ましくない。一方，ポリアミド製ライナーは，
ポリエチレン製ライナーに比べてガス遮断性に優れる
が，耐衝撃性や耐薬品性に劣るという問題がある。ポリ
アミドに可塑剤を添加することにより耐衝撃性の改良は
可能であるが，ガスが透過しやすくなり，ガス遮断性と
耐衝撃性の両立化は困難である。また，ＣＮＧ容器用の
ライナーは，使用時に高圧に晒される場合があることか
ら，耐圧性も要求される。
【０００５】これらの課題は，ＣＮＧのみならずメタン
ガス，水素ガス，酸素，窒素などのガスを高圧で充填す
る高圧ガス容器用のライナーにも要求される。
【０００６】本発明はかかる従来の問題点に鑑み，ガス
遮断性，耐圧性及び耐衝撃性に優れた高圧ガス容器用ラ
イナーを提供しようとするものである。
【０００７】
【課題の解決手段】請求項１の発明は，ポリフェニレン
スルフィド樹脂とオレフィン系樹脂とを有する樹脂組成
物よりなる高圧ガス容器用ライナーであって，上記樹脂
組成物は，４０℃におけるメタンガスのガス透過係数が
１．７×１０ −１６ｍｏｌ・ｍ／ｍ２・ｓ・Ｐａ以下で
あり，２３℃における引張破断伸度が５０％以上である
ことを特徴とする高圧ガス容器用ライナーである。
【０００８】上記高圧ガス容器用ライナーは，上記樹脂
組成物からなるため，ガス遮断性，耐圧性及び耐衝撃性
に優れている。また，このため，高圧ガス容器用ライナ
ーの肉厚を薄くすることができ，高圧ガス容器の軽量化
を実現できる。
【０００９】上記樹脂組成物は，４０℃における，メタ
ンガスのガス透過係数が１．７×１０−１６ｍｏｌ・ｍ
／ｍ２・ｓ・Ｐａ（５．０×１０−１１ｃｃ・ｃｍ／ｃ
ｍ２・ｓ・ｃｍＨｇ）以下である。このため，高圧ガス
容器用ライナーのガス遮断性が優れる。上記メタンガス
のガス透過係数が１．７×１０−１６ｍｏｌ・ｍ／ｍ２
・ｓ・Ｐａを超える場合には，高圧ガス容器用ライナー
のガス遮断性が低下し，大気中へのガス放出量が増大す
る。より好ましくは，上記メタンガスのガス透過係数は
３．３×１０−１７ｍｏｌ・ｍ／ｍ２・ｓ・Ｐａ以下で
ある。これにより，更に高圧ガス容器用ライナーのガス
遮断性が向上する。さらに好ましくは，２．３×１０
−１７ｍｏｌ・ｍ／ｍ ２・ｓ・Ｐａ以下である。
【００１０】本発明において，上記高圧ガス容器とは，
ガス圧力が１ＭＰａ以上の高圧ガスを充填する容器をい
う。このような高圧ガス容器としては，前記した圧縮天
然ガスを充填するＣＮＧ容器，メタンガスを充填するメ
タンガス容器，或いは水素ガス容器，酸素ガス容器，窒
素ガス容器などがある。また，上記メタンガスのガス透
過係数は，ＪＩＳ Ｋ７１２６Ａ法（差圧法）により，
メタンの透過量を測定することにより得られる（「発明
の実施の形態」参照）。本発明において，上記高圧ガス
容器用ライナーは，このようにメタンガスのガス透過係
数をもって，そのガス遮断性のレベルを規定する。
【００１１】上記高圧ガス容器用ライナーに用いる樹脂
組成物は，２３℃における引張破断伸度が５０％以上で
ある。これにより，高圧ガス容器用ライナーの耐圧性が
向上する。上記引張破断伸度が５０％未満の場合には，
高圧ガス容器用ライナーの耐圧性が低下する。より好ま
しくは，上記樹脂組成物は，２３℃における引張破断伸
度が７０％以上である。これにより，高圧ガス容器用ラ
イナーの耐圧性が更に向上する。
【００１２】上記樹脂組成物に含まれているポリフェニ
レンスルフィド樹脂（以下，ＰＰＳ樹脂ともいう。）
は，たとえば，下記の構造式により示される繰返し単位
を７０モル％以上，より好ましくは９０モル％以上を含
む重合体である。
【００１３】
【化１】
【００１４】本発明において用いる上記ＰＰＳ樹脂は直
鎖状で比較的高分子量の重合体であることが好ましい。
上記ＰＰＳ樹脂の溶融粘度としては，得られる組成物の
柔軟性及び耐衝撃性を高度にバランスさせるために，Ａ
ＳＴＭ−Ｄ１２３８に従って測定したメルトフローレー
ト（３１５．５℃，０．４９ＭＰａ（５０００ｇ荷
重））が２５０ｇ／１０ｍｉｎ以下であるものが好まし
く，特に１５０ｇ／１０ｍｉｎ以下であるものが好まし
く用いられる。
【００１５】上記樹脂組成物に含まれているオレフィン
系樹脂は，オレフィンを（共）重合した重合体であり，
具体的には，オレフィン系重合体，またはこれらに官能
基を有する単量体成分を導入して得られるオレフィン系
（共）重合体などがある。上記オレフィン系（共）重合
体は，エチレン，プロピレン，ブテン−１，ペンテン−
１，４−メチルペンテン−１，イソブチレンなどのα−
オレフィン単独または２種以上を重合して得られる
（共）重合体，α−オレフィンとアクリル酸，アクリル
酸メチル，アクリル酸エチル，アクリル酸ブチル，メタ
クリル酸，メタクリル酸メチル，メタクリル酸エチル，
メタクリル酸ブチルなどのα，β−不飽和酸およびアル
キルエステルとの共重合体などが挙げられる。
【００１６】上記樹脂組成物には，離型剤，着色防止
剤，滑剤，紫外線防止剤，酸化防止剤，着色剤，難燃剤
などを添加することもできる。
【００１７】本発明の高圧ガス容器用ライナーは，上記
樹脂組成物を，射出成形，ブロー成形，押し出し成形な
どを行うことにより製造することができる。高圧ガス容
器用ライナーは，たとえば，ＣＮＧ自動車に取付けら
れ，エンジン供給用の圧縮天然ガス燃料を保存するため
のタンクのライナーとして用いることができる。
【００１８】次に，請求項２の発明のように，上記樹脂
組成物は，２３℃におけるアイゾット衝撃強度が５００
Ｊ／ｍ以上であることが好ましい。これにより，上記請
求項１の発明の効果を一層向上させることができる上
に，高圧ガス容器用ライナーの耐衝撃性が更に向上す
る。上記アイゾット衝撃強度が５００Ｊ／ｍ未満の場合
には，高圧ガス容器用ライナーの耐衝撃性が低下するお
それがある。より好ましくは，上記樹脂組成物は，２３
℃におけるアイゾット衝撃強度が６００Ｊ／ｍ以上であ
る。上記アイゾット衝撃強度とはノッチ付きアイゾット
衝撃強度をいう。
【００１９】次に，請求項３の発明のように，上記ＰＰ
Ｓ樹脂１００重量部に対して，オレフィン系樹脂が１５
〜５０重量部添加されていることが好ましい。これによ
り，上記請求項１の発明の効果を一層向上させることが
できる上に，高圧ガス容器用ライナーの引張破断伸度及
び耐衝撃性が更に向上する。ＰＰＳ樹脂１００重量部に
対してオレフィン系樹脂が１５重量部未満の場合には，
引張破断伸度及び耐衝撃性が低下するおそれがある。５
０重量部を超える場合にはメタンガスのガス透過係数が
大きくなり，またＰＰＳ樹脂本来の高い耐熱性，熱安定
性及び耐薬品性が損なわれるおそれがある。より好まし
くは上記ＰＰＳ樹脂１００重量部に対するオレフィン系
樹脂の添加量は１８〜４０重量部である。さらに好まし
くは，２０〜３５重量部である。
【００２０】次に，高圧ガス容器としては，請求項４の
発明のように，シェルとその内側面に設けた高圧ガス容
器用ライナーとよりなる高圧ガス容器において，上記高
圧ガス容器用ライナーは，ポリフェニレンスルフィド樹
脂とオレフィン系樹脂とを有する樹脂組成物よりなる高
圧ガス容器用ライナーであって，上記樹脂組成物は，４
０℃におけるメタンガスのガス透過係数が１．７×１０
−１６ｍｏｌ・ｍ／ｍ２・ｓ・Ｐａ以下であり，２３℃
における引張破断伸度が５０％以上であることを特徴と
する高圧ガス容器がある。
【００２１】本発明によれば，上記請求項１の発明に記
載した高圧ガス容器用ライナーを用いている。そのた
め，ガス遮断性，耐圧性及び耐衝撃性に優れた高圧ガス
容器を提供することができる。また，そのため，高圧ガ
ス容器用ライナーの肉厚みを薄くすることができるの
で，高圧ガス容器の軽量化を実現することもできる。
【００２２】また，上記高圧ガス容器における高圧ガス
容器用ライナーの特性，内容等については上記高圧ガス
容器用ライナーにおける説明と同様である。また，上記
シェルの材質としては，カーボン繊維，アラミド繊維，
ガラス繊維などの繊維に熱硬化性樹脂を含浸させた，繊
維強化プラスチックなどがある。繊維強化プラスチック
は，高圧ガス容器用ライナーとの密着性，軽量性の観点
からシエル材質として好ましい。また，上記繊維の中カ
ーボン繊維を用いた繊維強化プラスチックは，特に上記
密着性，軽量性が発揮されるので，好ましいシエル材質
である。
【００２３】次に，請求項５の発明のように，上記樹脂
組成物は，２３℃におけるアイゾット衝撃強度が５００
Ｊ／ｍ以上であることが好ましい。これにより，上記請
求項４の発明の効果を一層向上させた高圧ガス容器を得
ることができる。その他は請求項２の発明と同様であ
る。
【００２４】次に，請求項６の発明のように，上記樹脂
組成物は，上記ポリフェニレンスルフィド樹脂１００重
量部に対して，上記オレフィン系樹脂が１５〜５０重量
部添加されていることが好ましい。これにより，上記請
求項４の発明の効果を一層向上させることができると共
に，高圧ガス容器用ライナーの引張破断伸度及び耐衝撃
性が更に向上した高圧ガス容器を得ることができる。そ
の他は，請求項３の発明と同様である。
【００２５】
【発明の実施の形態】（実施例１）本発明の実施例に係
る高圧ガス容器用ライナーとしての，ＣＮＧ容器用ライ
ナーの物性を測定した。測定に供する試料は，以下の試
料１〜６である。 ・試料１；ＰＰＳ（ＭＦＲ（メルトフローレートを意味
する。以下，同様）＝１００ｇ／１０ｍｉｎ） ・試料２；１００重量部のＰＰＳに対し，６重量部のオ
レフィンＡ，及び１９重量部のオレフィンＢからなるオ
レフィン系樹脂（合計２５重量部）をアロイ化 ・試料３；１００重量部のＰＰＳに対し，１５重量部の
オレフィンＡ１５重量部，及び３０重量部のオレフィン
Ｂからなるオレフィン系樹脂（合計４５重量部）をアロ
イ化 ・試料４；ポリケトン ・試料５；ナイロン１１（表１中，ＰＡ１１） ・試料６；高密度ポリエチレン（表１中，ＨＤＰＥ） この中，試料２，３は本発明品であり，それ以外は比較
品である。
【００２６】上記試料２，３のオレフィンＡ，Ｂは，以
下の組成，物性である。 ・オレフィンＡ：エチレン／グリシジルメタクリレート
＝８／１２重量％共重合体 ・オレフィンＢ：エチレン／１−ブテン共重合体（密度
８６１ｋｇ／ｍ３，ＭＦＲ＝０．５ｇ／１０ｍｉｎ
（０．２１ＭＰａ（荷重２１６０ｇ），１９０℃，ＡＳ
ＴＭＤ１２３８に従う測定方法））
【００２７】上記試料を用いてシリンダー温度３２０
℃，金型温度１３０℃の条件で射出成形してテストピー
スを作製し，これについて以下の物性を測定した。 （メタンガスのガス透過係数）メタンガスのガス透過係
数は，ＪＩＳ Ｋ７１２６Ａ法（差圧法）に準じて，メ
タンガスを用いて測定した。熱プレスによりテストピー
スとして厚み５０〜２００μｍのフィルムを作製した。
測定は，４０℃で行った。なお，本発明にかかる試料２
については，参考のため水素ガス透過係数を測定した
（表１参照）。この場合は，上記メタンガスに代えて水
素ガスを用い，他は上記メタンガスの場合と同様に測定
を行なった。 （引張破断伸度）ＡＳＴＭ−Ｄ６３８に従った。測定
は，２３℃と−４０℃で行った。
【００２８】（アイゾット衝撃強度）成形によりテスト
ピースにノッチを付け，ＡＳＴＭ−Ｄ２５６に従ってノ
ッチ付アイゾット衝撃強度を測定した。測定は，２３℃
と−４０℃で行った。 （耐薬品性）ＡＳＴＭ−Ｄ６３８の１号ダンベルを，１
９ｖｏｌ％の硫酸溶液に８２℃の温度で１４日間（３３
６時間）浸漬し，その後の引張強度を測定した。測定
は，２３℃の室温，引張速度は５０ｍｍ／ｍｉｎで実施
した。
【００２９】（高圧ガス容器のガス透過量）試料２，４
〜６を用いて高圧ガス容器用ライナー（容量７．９８リ
ットル）を作製した。これを作製するに当り，成形用金
型にはボスを予めインサートし，その中に上記各試料を
射出成形して，ライナーの半割品を得た。その半割品同
士を熱板溶着して筒状体（後述の図１参照）に成形し
た。高圧ガス容器用ライナーの厚みは約７ｍｍとした。
高圧ガス容器用ライナーの表面には，繊維強化プラスチ
ックからなるシェルを被覆した。
【００３０】即ち，そのシェルは，エポキシ樹脂を含浸
させたカーボン繊維を上記筒状の高圧ガス容器用ライナ
ーの外周面に，厚み約１０ｍｍに巻き付け，硬化炉で１
００℃で２時間硬化させることにより作製した。
【００３１】この高圧ガス容器のチャンバー内にメタン
ガスを１０ＭＰａの圧力に充填した後，気密性の捕集チ
ャンバーに入れ，２５〜２９℃の雰囲気下に放置した。
捕集チャンバーにて捕集されたメタンガスをサンプリン
グし，ガスクロマトグラフィーにて分析して，ガス濃度
を得た。このガス濃度から，高圧ガス容器用ライナーの
単位容積，単位時間当りのメタンガスの透過量（ｃｃ／
リットル・ｈｒ）を求めた。上記の試験結果を表１，２
に示した。なお，表１には，試料２について，上記水素
ガスの透過係数を併示した。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】同表より明らかなように，ＰＰＳからなる
試料１及びＰＰＳを主成分とした試料２，３は，メタン
ガスのガス透過係数が極めて小さく，オレフィン系共重
合体を適当量アロイ化した試料２，３は，引張り破断伸
び，アイッゾット衝撃強度などの靭性も向上した。ま
た，ガス遮断性と靭性とのバランス化については，試料
２，３は，試料４〜６に比べて極めて良好であり，高圧
ガス容器用ライナー材として好適である。また，実際に
試料２をＣＮＧ容器に用いたときのガス透過量も，他の
試料に比べて低かった。
【００３５】このことから，本発明品の試料２，３の樹
脂組成物は，優れたガス遮断性，耐圧性及び耐衝撃性を
発揮しており，高圧ガス容器用ライナー材料として適切
であることがわかる。
【００３６】（実施例２）本例は，図１に示すごとく，
本発明にかかる高圧ガス容器用ライナー及びこれを用い
た高圧ガス容器につき説明する。本例の高圧ガス容器７
は，図１に示すごとく，外側容器としての円筒形のシェ
ル２と，その内側面に設けた高圧ガス容器用ライナー１
とよりなる。
【００３７】高圧ガス容器用ライナー１の両端には，ボ
ス３が設けられ，ボス３の中心部分には開口穴３０が開
口している。この開口穴３０を通じて，高圧ガス容器７
のチャンバー１０内にＣＮＧが補給又は排出される。
【００３８】本例において，上記の高圧ガス容器用ライ
ナー１は，上記実施例１の試料２に示した組成物を，射
出成形により半割円筒状に成形した半割品を得て，その
後半割品同士を熱溶着し，筒状に作製したものである。
そして，この筒状体である高圧ガス容器用ライナー１の
表面側に，上記実施例１に示したごとく，熱硬化性樹脂
を含浸させた繊維の糸を巻き付け，上記熱硬化性樹脂を
熱硬化させてシェル２を形成した。これにより，高圧ガ
ス容器を作製した。
【００３９】なお，上記高圧ガス容器用ライナー１は，
２層或いは３層など複数層に形成することもできる。ま
た，例えば高圧ガス容器用ライナー１を２層とする場
合，シェル２に接する第１層は本発明の樹脂組成物を用
いた高圧ガス容器用ライナーを形成し，第１層の表面に
は第２層として他の樹脂組成物からなる高圧ガス容器用
ライナーを用いることもできる。また，上記シェルの作
製時の熱硬化性樹脂としては，エポキシ樹脂の外，フェ
ノール樹脂，不飽和ポリエステル樹脂，ビニルエステル
樹脂などがある。また，熱硬化性樹脂含浸用の繊維シー
トとしては，カーボン繊維，アラミド繊維，ガラス繊維
などがある。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば，ガス遮断性，耐圧性及
び耐衝撃性に優れた高圧ガス容器用ライナー及び高圧ガ
ス容器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例２の高圧ガス容器の一部切欠側面図。
【符号の説明】
１．．．高圧ガス容器用ライナー， １０．．．チャンバー， ２．．．シェル， ３．．．ボス， ７．．．高圧ガス容器， ３０．．．開口穴，
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小泉 順二 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 西村 保宏 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 下島 伸吾 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 竹中 啓二 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 鈴木 哲也 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 加藤 剛 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 近藤 国芳 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 石川 卓 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 清水 浩和 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 神谷 五生 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3E072 AA10 BA01 3J046 AA01 AA07 BA02 BA08 BD09 CA03 DA05 4J002 BB022 BB072 BB082 BB112 BB162 BB172 CN011 GG00

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ポリフェニレンスルフィド樹脂とオレフ
    ィン系樹脂とを有する樹脂組成物よりなる高圧ガス容器
    用ライナーであって，上記樹脂組成物は，４０℃におけ
    るメタンガスのガス透過係数が１．７×１０ −１６ｍｏ
    ｌ・ｍ／ｍ２・ｓ・Ｐａ以下であり，２３℃における引
    張破断伸度が５０％以上であることを特徴とする高圧ガ
    ス容器用ライナー。
  2. 【請求項２】 請求項１において，上記樹脂組成物は，
    ２３℃におけるアイゾット衝撃強度が５００Ｊ／ｍ以上
    であることを特徴とする高圧ガス容器用ライナー。
  3. 【請求項３】 請求項１または２において，上記樹脂組
    成物は，上記ポリフェニレンスルフィド樹脂１００重量
    部に対して，上記オレフィン系樹脂が１５〜５０重量部
    添加されていることを特徴とする高圧ガス容器用ライナ
    ー。
  4. 【請求項４】 シェルとその内側面に設けた高圧ガス容
    器用ライナーとよりなる高圧ガス容器において，上記高
    圧ガス容器用ライナーは，ポリフェニレンスルフィド樹
    脂とオレフィン系樹脂とを有する樹脂組成物よりなる高
    圧ガス容器用ライナーであって，上記樹脂組成物は，４
    ０℃におけるメタンガスのガス透過係数が１．７×１０
    −１６ｍｏｌ・ｍ／ｍ２・ｓ・Ｐａ以下であり，２３℃
    における引張破断伸度が５０％以上であることを特徴と
    する高圧ガス容器。
  5. 【請求項５】 請求項４において，上記樹脂組成物は，
    ２３℃におけるアイゾット衝撃強度が５００Ｊ／ｍ以上
    であることを特徴とする高圧ガス容器。
  6. 【請求項６】 請求項４または５において，上記樹脂組
    成物は，上記ポリフェニレンスルフィド樹脂１００重量
    部に対して，上記オレフィン系樹脂が１５〜５０重量部
    添加されていることを特徴とする高圧ガス容器。
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