KR100412048B1 - Resin composition containing clay nano particles and manufacturing method for the liner of gas container for compressed natural gas vehicle using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열가소성 수지 100 중량부와 무수마레인산 0.5∼15 중량부를 용융 그라프트 반응시켜 얻은 무수마렌인산 변성 열가소성 수지 100중량부에 300메쉬 이상의 몬모릴로나이트 입자 분말 5∼50 중량부를 첨가하여서 얻은 혼련물 1∼30 중량부와 상기 열가소성 수지 70∼99 중량부를 혼련하여서 된 수지 조성물과 이 수지 조성물을 이용하는 천연가스차량 연료저장용기용 합성수지 라이너의 제조방법에 관한 것이다.The present invention is a kneaded product obtained by adding 5-50 parts by weight of montmorillonite particle powder of 300 mesh or more to 100 parts by weight of 100 parts by weight of a thermoplastic resin and 0.5 to 15 parts by weight of maleic anhydride by melt graft reaction. A resin composition obtained by kneading ˜30 parts by weight and 70 to 99 parts by weight of the thermoplastic resin, and a method for producing a synthetic resin liner for a fuel storage container for a natural gas vehicle using the resin composition.
본 발명의 천연개스 차량 연료용기용 플라스틱 라이너는 개스차단성과 치수 안정성이 우수하여 연료용기를 경량화 할 수 있으며 정밀한 제품 생산과 생산성 향상을 높여줄 수 있고, 생산원가를 절감할 수 있는 장점을 갖는다.Plastic liner for fuel gas vehicle natural gas of the present invention is excellent in gas barrier properties and dimensional stability can reduce the fuel container light weight, increase the precision product production and productivity, and has the advantage of reducing the production cost.
Description
본 발명은 압축 천연개스를 연료로 사용하는 천연개스차량 연료저장용기의 라이너(내통:內桶) 제조에 적합한 합성수지 조성물과 이 조성물로 제조된 천연개스 차량 연료저장용기용 라이너의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a synthetic resin composition suitable for the production of a liner (inner cylinder) of a natural gas vehicle fuel storage container using compressed natural gas as a fuel, and a method of manufacturing a liner for a natural gas vehicle fuel storage container made from the composition. .
구체적으로는 무수말레인산 변성 열가소성 합성수지에 일정량의 나노크기(10-9m)의 미세 입자상의 몬모릴로나이트(montmorillonite)를 함유시켜 개스차단성, 치수안정성(dimensional stability) 및 기계적 물성(mechanical properties)을 개선한 열가소성 합성수지 조성물과 이 합성수지 조성물을 압출 또는 사출 성형한 것을 가공하여 천연개스차량 연료저장용기용 라이너를 제조하는 방법에 관한 것이다.Specifically, a certain amount of nano-sized (10 -9 m) fine granular montmorillonite is contained in the maleic anhydride-modified thermoplastic synthetic resin to improve gas barrier properties, dimensional stability, and mechanical properties. The present invention relates to a method for manufacturing a liner for fuel storage containers of natural gas vehicles by processing a thermoplastic synthetic resin composition and extrusion or injection molding of the synthetic resin composition.
본 발명의 수지 조성물로 제조되는 라이너는 천연개스차량 연료저장용기의 경량화와 생산성 증대에 기여할 수 있는 특징을 갖는다.The liner made of the resin composition of the present invention has a feature that can contribute to the weight reduction and productivity of the natural gas vehicle fuel storage container.
압축천연개스차량(compressed natural gas vehicle: CNGV)은 액화석유가스(liquefied petroleum gas)와는 다르게 천연개스를 고압으로 압축하여 자장하여야 하기 때문에 천연개스차량의 연료저장용기는 200기압 이상의 고압에 견딜 수 있어야 한다. 여기에 사용되는 라이너 재료는 고압의 천연개스가 라이너 재료를 투과하여 누출되는 것(permeation loss)을 방지하기 위하여 높은 개스차단성이 요구되며 또한 제조과정에서 치수의 정밀도 유지를 위해서 우수한 치수 안정성을 구비하는 것이 좋으며, 반복적인 개스의 주입과 배출이 일어날 때 견딜 수 있는 충분한 피로 강도를 지녀야 한다.Compressed natural gas vehicles (CNGVs), unlike liquefied petroleum gas, have to compress and compress natural gas at high pressure. Therefore, fuel storage containers of natural gas vehicles must be able to withstand high pressure of 200 atmospheres or more. do. The liner material used here requires high gas barrier properties to prevent high pressure natural gas from permeation loss through the liner material and has excellent dimensional stability to maintain dimensional accuracy during the manufacturing process. It is recommended to have sufficient fatigue strength to withstand repeated gas injection and discharge.
기존의 천연개스차량의 연료용기는 철이나 알루미늄 같은 금속으로 라이너를 제조하고 그 위에 고분자 수지를 합침시킨 카본섬유 직물이나 유리섬유 직물을 감아서(wrapping) 용기를 제작하거나 범용 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 같은 플라스틱을 사출 또는 로터리 몰딩(Rotary molding) 방법으로 라이너를 제조하고 그 위에 고분자 수지를 함침시킨 카본섬유 직물이나 유리섬유직물을 감아서 제조하고 있다.Existing fuel containers of natural gas vehicles are made of metal such as iron or aluminum and wrapped with carbon fiber fabric or glass fiber fabric impregnated with polymer resin thereon to make containers or general purpose high density polyethylene (HDPE) and The same plastic is manufactured by injection or rotary molding method, and a liner is manufactured and wound on a carbon fiber fabric or a glass fiber fabric impregnated with a polymer resin thereon.
그러나 금속의 라이너를 사용한 것은 무게가 무겁고 부식이 잘되며, 개스를 충전할 때 압력으로 인한 열이 발생하여 충전시간이 오래 걸린다는 단점을 지닌다.However, the use of a metal liner has the disadvantage of being heavy, corrosive, and taking a long time due to heat generated by pressure when filling the gas.
플라스틱 라이너는 가볍고 내부식성이 크며 개스충전시간을 단축시켜 줄 수 있는 장점은 있으나 일반 수지인 경우 개스차단성이 낮아 고압개스의 차단을 위해서 벽 두께가 두꺼워야 하고 이로 인해 성형상의 어려움과 중량이 증가하게 된다. 기존의 로타리몰딩 방법으로 제조된 라이너는 제조시간도 오래 걸릴 뿐 아니라 성형된 수지의 조직이 치밀하지 못해 개스 차단성도 낮다는 단점을 지니고 있다.Plastic liners have the advantages of light weight, high corrosion resistance and shortening gas filling time. However, in case of general resin, the gas barrier property is low, so the wall thickness must be thick to block the high pressure gas. Done. The liner manufactured by the conventional rotary molding method takes a long time to manufacture and has a disadvantage of low gas barrier property because the structure of the molded resin is not dense.
천연개스를 용기에 주입할 때 천연개스는 압력이 가하여진 상태에서 주입되게 되므로 용기 내부에서의 압축열과 라이너의 팽창으로 인한 열이 발생하여 금속라이너의 온도 상승 속도가 빨라지며, 라이너가 플라스틱인 경우 팽창으로 인한 라이너의 발열이 적어 라이너의 승온 속도가 낮게 되므로 주입 시간을 단축시켜 줄 수 있게 된다.When the natural gas is injected into the container, the natural gas is injected under pressure, and heat generated by the compression heat and the expansion of the liner inside the container increases the temperature rising speed of the metal liner. Since the heat generation of the liner due to expansion is low, the temperature increase rate of the liner is low, thereby shortening the injection time.
일반적으로 플라스틱 라이너 제조에 사용되는 수지는 고밀도폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 같은 수지이어서 두껍게 제조될 경우 치수 안정성이 낮아 제품 성형시 치수의 정밀도가 떨어지게 되고 라이너의 연결 부위에서의 개스의 누출이나 금속과의 접촉부위에서 고분자 수지의 수축으로 인한 미세 간극의 형성으로 개스의 누출 현상이 자주 발생하게 된다. 이를 방지하기 위해서는 개스차단성이 우수한 재료를 사용하고 성형시 수축을 줄이기 위하여 벽 두께가 얇게 라이너를 제작해야하는데 범용 고분자수지로는 이러한 특성을 충족하기가 어렵다. 본 발명의 목적은 고압천연개스용기 제조에 적합한 개스차단성이 뛰어나면서 치수 안정성이 우수하고 기계적 물성이 뛰어난 클래이 나노입자 함유 수지 조성물을 제공하고 이러한 조성물을 이용하여 천연가스저장용기의 라이너를 제조하는 방법을 제공하는데 있다. 종래 범용 합성수지를 로터리몰딩 방법으로 성형하여 제조된 라이너는 재료 내부의 치밀성이 떨어져 개스가 세는 경우가 발생하며, 아울러 플라스틱 라이너와 금속으로 된 보스(boss) 부분의 결합이 취약하고 제조시간도 오래 걸리는 단점을 지닌다.In general, resins used in the production of plastic liners are resins such as high density polyethylene or polypropylene, and when they are made thick, they have low dimensional stability, resulting in poor dimensional accuracy during product molding. Gas leakage occurs frequently due to the formation of fine gaps due to shrinkage of the polymer resin. In order to prevent this, a material having excellent gas barrier property and a thin wall thickness should be manufactured in order to reduce shrinkage during molding, and it is difficult to satisfy these characteristics with general-purpose polymer resin. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a resin nanoparticle-containing resin composition having excellent gas barrier properties, excellent dimensional stability, and excellent mechanical properties suitable for manufacturing a high-pressure natural gas container, and manufacturing a liner of a natural gas storage container using such a composition. To provide a method. The liner manufactured by molding a general-purpose synthetic resin by a rotary molding method may cause the gas to be counted due to the denseness of the inside of the material. In addition, the bonding between the plastic liner and the boss part made of metal is weak and the manufacturing time is long. Has disadvantages
크기가 다른 여러 종류의 라이너를 제작하려고 할 때 기존의 방식으로는 크기에 따른 각각의 금형을 제작하여 생산하여야 함으로 제조단가가 높아지게 된다. 또한 연료저장용기를 필라멘트와인딩(filament winding) 공정에 의해 제조할 때 양쪽의 돔(dome) 부분을 고무 팩킹(packing)이 없이 플라스틱 라이너에 직접 탄소섬유를 감을 때는 미끄러짐으로 인한 균일하고 정밀한 제품을 얻기 어려우며, 특히 외부 충격에 약한 단점을 지닌다.When manufacturing various types of liners of different sizes, the manufacturing cost is increased because each mold according to the size must be manufactured and produced by the existing method. In addition, when the fuel storage container is manufactured by a filament winding process, when the carbon fiber is wound directly on the plastic liner without rubber packing on both sides of the dome, a uniform and precise product due to slip is obtained. Difficult, especially weak to external shocks.
본 발명의 목적은 개스차단성과 치수 안정성이 우수한 클래이 나노입자 함유 열가소성 수지 조성물과 이 수지 조성물을 압출과 사출성형하여 얻은 성형물을 이용하는 천연개스차량 연료 용기용 라이너의 제조방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a method for producing a natural gas vehicle fuel container liner using a clay nanoparticle-containing thermoplastic resin composition excellent in gas barrier properties and dimensional stability and a molded product obtained by extrusion and injection molding the resin composition.
본 발명의 또 다른 목적은 상기의 라이너를 이용하여 천연개스차량 연료저장용기의 제조방법을 제공하는데 있다.Still another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a fuel tank for natural gas vehicle using the above liner.
본 발명의 천연개스차량 연료저장용기용 플라스틱 라이너는 경량이면서 개스 차단성이 우수하고 개스 충전시간을 단축시켜 줄 수가 있으며 치수 안정성이 우수하므로 정밀한 제품을 생산할 수 있어 생산성을 높여줄 수 있는 장점을 갖는다. 또한 본 발명의 연료저장용기의 제조방법에 의한 용기의 제작은 여러 크기의 용기를 쉽게 제작할 수 있어 생산원가를 줄일 수 있다.The plastic liner for fuel storage container of natural gas vehicle of the present invention is light weight, has excellent gas barrier properties, can shorten gas filling time, and has excellent dimensional stability. . In addition, the production of the container by the method of manufacturing the fuel storage container of the present invention can easily produce a container of various sizes can reduce the production cost.
도1은 천연개스차량 연료저장용기 라이너(liner)의 구성을 나타낸 도면이다.1 is a view showing the configuration of a natural gas vehicle fuel container liner (liner).
도2는 본 발명 수지 조성물의 결합구조를 간략하게 나타낸 도면이다.2 is a view showing briefly the bonding structure of the resin composition of the present invention.
도3은 인편상(鱗片狀)의 층상(層狀)결정 구조를 갖는 몬모릴로나이트의 박리성과 박리제로 사용되는 지방산아민올리고머의 분자량과의 관계를 나타낸 도면이다.Fig. 3 is a diagram showing the relationship between the peelability of montmorillonite having a flaky layered crystal structure and the molecular weight of a fatty acid amine oligomer used as a release agent.
도4는 몬모릴로나이트 함량에 따른 라이너 재료의 상대적인 탄성 계수를 나타낸 도면이다.4 shows the relative modulus of elasticity of liner material with montmorillonite content.
도5는 몬모릴로나이트 함량에 따른 라이너 재료의 상대적인 개스 차단성을 나타낸 도면이다.5 shows the relative gas barrier properties of the liner material with montmorillonite content.
도6은 라이너 측면부 (1)과 (2)를 사출성형시 보스의 온도와 사출 성형시간과의 관계를 나타낸 도면이다.Fig. 6 is a diagram showing the relationship between the boss temperature and the injection molding time when the liner side parts 1 and 2 are injection molded.
도7은 라이너 측면부와 중앙부의 열융착에 의한 부착단면을 나타낸 도면이다.7 is a cross-sectional view showing an adhesion section by thermal fusion of the liner side part and the center part.
도8은 연료용기의 부분 단면을 나타낸 도면이다.8 is a partial cross-sectional view of the fuel container.
도9는 철강제 라이너, 범용플라스틱제 라이너 및 본 발명 라이너를 사용할 때 연료저장용기의 무게를 대비한 도면이다.9 is a view comparing the weight of the fuel storage container when using a steel liner, a general-purpose plastic liner and the liner of the present invention.
* 도면중 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1, 2 : 라이너 측면부 3 : 라이너 중앙부1, 2: liner side portion 3: liner center portion
4 : 보스(boss) 5 : 고밀도 폴리에틸렌4: boss 5: high density polyethylene
6 : 지방산아민올리고머 7 : 몬모릴로나이트 분말 입자6: fatty acid amine oligomer 7: montmorillonite powder particles
8 : 무수말레인산 9 : 외판가이드8: maleic anhydride 9: outer plate guide
10 : 열밥 11 : 고무팩킹10: heat rice 11: rubber packing
12 : 고분자 물질을 함침시킨 카본섬유직물12: carbon fiber fabric impregnated with high molecular material
13 : 본 발명의 라이너13: liner of the present invention
본 발명은 무수말레인산 변성 합성수지에 일정량의 미세 입자상의 몬모릴로나이트를 함유시켜서 된 수지 조성물과 이 수지 조성물로 제조한 천연개스차량 연료저장용기용 플라스틱 라이너의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a resin composition comprising a predetermined amount of fine particulate montmorillonite in a maleic anhydride-modified synthetic resin, and a method for producing a plastic liner for fuel tanks for natural gas vehicles made from the resin composition.
이하 실시예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명한다.The present invention will be described in detail with reference to the following Examples.
〈수지 조성물의 제조〉<Production of Resin Composition>
본 발명에서 사용되는 미세 입자상의 몬모릴로나이트는 다음과 같은 방법으로 얻는다.The fine particulate montmorillonite used in the present invention is obtained by the following method.
점토광물의 일종인 몬모릴로나이트는 함수규산알미늄(SiO2/Al2O3)을 주성분으로 하고 있으며 산화규소(Si2O5)형의 인편상(鱗片狀)의 층상(層狀) 구조를 갖고 있는 것으로 알려져 있다.Montmorillonite, a type of clay mineral, is composed mainly of hydrous aluminum silicate (SiO 2 / Al 2 O 3 ) and has a silicon oxide (Si 2 O 5 ) flaky layered structure. It is known.
몬모릴로나이트의 미세입자를 얻기 위하여는 우선 몬모릴로나이트의 다층 구조를 박리시켜 주어야 한다.In order to obtain fine particles of montmorillonite, first, the multi-layered structure of montmorillonite should be stripped off.
박리 촉진제로 지방산아민[NH3-(CH2)n-1-(COOH)n]계 올리고머(oligomer)를 사용한다. 여기에서 n은 12∼20의 것이 적당하다.A fatty acid amine [NH 3 — (CH 2 ) n −1 — (COOH) n ] -based oligomer is used as the release accelerator. N is preferably from 12 to 20 here.
70℃의 온수 4500 ㎖에 몬모릴로나이트 70g과 지방산아민계 올리고머 30g을 넣고 저으면서 잘 혼합한 후, 염산 10 ㎖을 약 70℃의 물 2000 ㎖에 희석한 후 두 용액을 혼합하여 흰색 침전물이 생길 때까지 약 5분간 잘 저어준다. 여기서 얻은 흰색 침전물을 종이 필터에 거르면서 온수로 충분히 세척한 후 냉동 건조시킨다. 건조된 백색 침전물을 밀(mill)을 이용하여 분쇄한 후 325메쉬(mash)의 채로 걸러 300메쉬 이하의 몬모릴로나이트 분말 입자를 얻는다.After mixing 70 g of montmorillonite and 30 g of fatty acid amine oligomer in 4500 ml of hot water at 70 ° C., stir well, dilute 10 ml of hydrochloric acid in 2000 ml of water at 70 ° C., and mix the two solutions until a white precipitate is formed. Stir well for 5 minutes. The white precipitate obtained is washed with hot water while filtering through a paper filter and then freeze-dried. The dried white precipitate is pulverized using a mill and then filtered with 325 mesh to obtain montmorillonite powder particles of 300 mesh or less.
무수말레인산(maleic anhydride)로 변성시킨 열가소성 수지는 다음과 같은 방법으로 제조한다.The thermoplastic resin modified with maleic anhydride is prepared by the following method.
고밀도폴리에틸렌(이하 HDPE라 한다)에 HDPE 량에 대하여 1,000∼20,000 ppm의 과산화벤조일(benzoyl peroxide)를 가하고 여기에 무수말레인산(maleic anhydride)을 HDPE 중량에 대하여 0.5∼15wt% 가하여 용융 그라프트(melt graft)반응시켜 제조한다.Melt graft was added to high density polyethylene (hereinafter referred to as HDPE) by adding 1,000 to 20,000 ppm of benzoyl peroxide based on the amount of HDPE, and adding maleic anhydride to 0.5 to 15 wt% based on the weight of HDPE. Prepared by reaction.
과산화벤조일은 그라프트 반응 촉진제로 사용된 것이며 합성수지류의 중합반응 촉진제로 사용되는 여타의 과산화물(peroxides)을 사용할 수도 있다.Benzoyl peroxide is used as a graft reaction accelerator and other peroxides used as a polymerization accelerator of synthetic resins may be used.
상기 무수말레인산 변성 고밀도 폴리에틸렌수지에 이 수지에 대하여 무게 비율로 5∼50wt%의 몬모릴로나이트 미세 분말을 첨가 혼련(混練)하여 혼련물(master batch)을 제조한다. 도2는 이러한 혼련물의 결합구조를 개략적으로 나타낸 것이다.A master batch is prepared by adding and kneading 5-50 wt% of montmorillonite fine powder in a weight ratio to maleic anhydride-modified high density polyethylene resin. Figure 2 schematically shows the bonding structure of such kneaded material.
여기에서 사용되는 HDPE는 사출성형용이나 압축성형용 등 어느 것이나 사용가능하며 점도가 낮을수록 몬모릴로나이트 입자의 분산성이 좋게 된다.The HDPE used herein can be used for injection molding or compression molding, and the lower the viscosity, the better the dispersibility of the montmorillonite particles.
범용 HDPE에 1∼30 중량%의 상기한 혼련물(master batch)혼합하여 혼련하면 본 발명의 수지 조성물이 얻어진다. 이 수지 조성물을 압출 또는 성형하여 본 발명의 플라스틱 라이너를 제조한다.The above-mentioned master batch is mixed and kneaded in general purpose HDPE to obtain the resin composition of the present invention. The resin composition is extruded or molded to produce the plastic liner of the present invention.
도3은 박리 촉진제로 지방산아민[NH3-(CH2)n-1-(COOH)n]계 올리고머(oligomer)에서 n이 증가함에 따른 X-선 회절계(X-ray diffractometer)를 이용하여 측정한 제조된 조성물 내에 존재하는 몬트모릴나이트의 층간거리를 나타내는 것으로 n이 12이상에서 급격히 증가하고 20이상에서는 거의 일정하였다.3 is an X-ray diffractometer with increasing n in fatty acid amine [NH 3- (CH 2 ) n -1- (COOH) n ] oligomers as a peeling accelerator. The interlaminar distance of montmorillonite present in the measured composition was measured and n rapidly increased at 12 or more and almost constant at 20 or more.
도4와 도5는 올리고머 처리된 몬트모릴나이트에 무수말레인산 변성 고밀도 폴리에틸렌수지를 중량비로 1 : 2로 용융혼합(melt compounding) 한 후 범용 고밀도 폴리에틸렌과 다시 용융혼합할 때 첨가량에 따른 재료의 탄성계수 및 가스 차단성을 측정한 것이다. 첨가량이 증가함에 따라 재료의 탄성계수가 증가함을 나타내고 있으며, 가스차단성은 질소가스를 이용하여 측정하였으며, 미국재료시험협회(ASTM)의 D 2684에 정해진 절차에 따라 시험한 결과이다. 특히 몬트모릴나이트를 함유한 수지의 비율이 8%이상에서는 가스 차단성이 급격히 상승함을 보인다. 상대적 탄성계수 및 가스차단성은 사용된 고밀도 폴리에틸렌에 대한 상대적 비교 값이다.4 and 5 show the elastic modulus of the material according to the addition amount when melt compounding the maleic anhydride modified high density polyethylene resin in a weight ratio of 1: 2 to oligomer-treated montmorillonite And gas barrier properties. As the amount added increases, the modulus of elasticity of the material increases. The gas barrier properties were measured using nitrogen gas, and were tested according to the procedure set forth in D 2684 of the American Society for Testing and Materials (ASTM). In particular, when the ratio of montmorillonite-containing resin is 8% or more, the gas barrier property is rapidly increased. Relative modulus and gas barrier properties are relative values for the high density polyethylene used.
본 발명에 적용될 수 있는 수지는 HDPE 이외에 폴리푸로필렌수지, 폴리에스텔(Polyethylene terephthalate)수지, 폴리스틸렌(polystyrene)수지와 같이 HDPE와 성질이 유사하고 무수말레인산으로 변성이 가능한 열가소성 수지는 어느 것이나 이용할 수 있다.In addition to HDPE, the resin applicable to the present invention may be any thermoplastic resin that is similar to HDPE and can be modified with maleic anhydride, such as polypropylene resin, polyester terephthalate resin, and polystyrene resin. .
〈라이너의 제조〉<Production of liner>
라이너 측면부의 제조Production of liner side
천연개스차량의 연료저장용기의 라이너는 도1에 도시한 바와 같이 2개의 측면부(1)(2)와 하나의 원통형의 라이너 중앙부(3)로 구성된다.The liner of the fuel storage container of the natural gas vehicle is composed of two side portions (1) 2 and one cylindrical liner center portion (3) as shown in FIG.
양쪽의 측면부에는 천연개스 주입과 가스조정밸브 부착을 위한 보스(boss)(4)가 삽입되어 있다.Both sides have a boss 4 inserted for natural gas injection and a gas control valve.
수지 조성물과 보스의 접촉면에서 수지 조성물의 수축으로 인하여 발생되는 잔류응력을 최소화히기 위해 알루미늄 보스(boss)를 약 70℃∼90℃로 가열 후 금형에 삽입하고 수지 조성물을 사출하여 라이너 측면부 (1)과 (2)를 제작한다. 온도가 너무 높으면 성형 시간이 너무 길어지며, 너무 낮을 경우에는 잔류응력이 많이 남게되고 또한 고분자 수지와 금속과의 접착이 양호하지 않아 장기 사용시 개스가 세는 현상이나 보스부분의 파괴현상이 일어날 수 있다. 또한 결합력 증진을 위해 알루미늄 보스 표면을 플라즈마로 처리하고, 접착제를 알루미늄 보스 표면에 도포 후수지 조성물을 사출한다. 도6은 연료저장용기의 직경이 40cm인 측면부를 사출성형 할 때 보스의 온도 변화에 따른 소요되는 제조시간 변화를 나타낸 것이다.In order to minimize the residual stress caused by the shrinkage of the resin composition at the contact surface of the resin composition and the boss, the aluminum boss is heated to about 70 ° C. to 90 ° C., and then inserted into a mold, and the resin composition is injected into the liner side part (1). And (2). If the temperature is too high, the molding time is too long, if too low, a lot of residual stress is left, and the adhesion between the polymer resin and the metal is not good, the gas may be counted or the boss portion breakage during long-term use. In addition, the aluminum boss surface is treated with plasma to improve the bonding force, and the adhesive resin is applied to the aluminum boss surface to inject the resin composition. Figure 6 shows a change in manufacturing time required according to the temperature change of the boss when injection molding the side portion of the diameter 40cm of the fuel storage container.
라이너 중앙부의 제조Manufacture of liner center
라이너 중앙부(3)는 원통모양의 제조가 용이한 압출공정으로 일정한 원통형관 모양으로 제조하고 원하는 길이로 절단하여 사용한다.The liner center portion 3 is manufactured in a cylindrical shape and is cut into a desired length in an extrusion process that is easy to manufacture a cylindrical shape.
사출로 제작된 라이너 측면부(1)(2)와 원통형의 라이너 중앙부의 결합을 위해 측면부의 접촉면과 원통형 라이너 중앙부(3)의 접촉면 양 끝단을 연마하여 매끄럽게 한 다음 열을 가해 녹인 후 가압하여 융착시킨다. 열융착시 녹아있는 부분이 위아래 부분으로 부풀어 올라오면 다음 고분자 물질을 함침시킨 탄소섬유 직물(12)를 감을 때 지장을 받게 되므로 도 6에 도시한 바와 같이 열융착시 바깥 표면에 원통의 바깥 지름과 크기가 같은 금속으로 된 외판 가이드(9)를 대고 열융착을 함으로써 녹아있는 수지가 밀리면서 생기는 열밥이 안으로만 흐르도록 한다. 도 7은 측면부와 원통형의 중앙부 사이의 열융착 과정의 치구 및 단면을 나타낸 것이다. 이러한 공정을 거치는 경우 기존의 로터리몰딩에 의한 라이너 제조에 비해 재료내부의 치밀한 조직으로 인한 우수한 기계적 강도와 개스가 세는 것을 방지할 수 있으며, 제조시간이 대폭적으로 단축된다. 특히 이러한 방법에 의한 라이너 제조는 보스부위와 수지와의 접착을 용이하게 하여 장기 사용시에도 가스의 누출을 방지할 수 있다. 또한 크기가 다른 여러 종류의 라이너의 생산을 위해 중앙부위의 길이를 쉽게 변경함으로써 용량의 변화를 줄 수 있어 여러 크기의 연료저장용기를 하나의금형으로 생산 할 수 있다.Both sides of the contact surface of the cylindrical liner center 3 and the contact surface of the cylindrical liner 3 are polished and smoothed, and then melted by applying heat to press to fuse the liner side parts 1 and 2 manufactured by injection. . If the melted portion swells up and down during heat fusion, it will be impeded when the carbon fiber fabric 12 impregnated with the next polymer material is impeded, and as shown in FIG. 6, the outer diameter of the cylinder By heat-sealing the outer plate guide 9 made of the same metal, the hot rice generated while the melted resin is pushed flows only inside. Figure 7 shows the jig and cross section of the heat fusion process between the side portion and the central portion of the cylinder. In this process, the mechanical strength and gas due to the dense structure inside the material can be prevented from counting, compared to conventional rotary molding, and the manufacturing time can be greatly reduced. In particular, the production of the liner by this method facilitates adhesion between the boss portion and the resin, thereby preventing the leakage of gas even in long term use. In addition, it is possible to change the capacity by easily changing the length of the central part for the production of different types of liners of different sizes, it is possible to produce several fuel storage containers of a single mold.
〈연료 용기의 제조〉<Production of fuel container>
상기한 방법으로 제조된 라이너 위에 금속의 보스 부분 및 측면부위에 고무 팩킹(packing)을 삽입한 후 액폭시와 같은 고분자 물질을 함침시킨 탄소섬유(12)를 감음(winding)으로서 개스의 세는 것을 방지하고, 섬유를 감을(winding) 때 탄소섬유와 플라스틱 라이너 사이의 미끄러짐을 방지하여 원하는 정확한 위치에 탄소섬유가 위치하도록 한다. 도 8에는 이러한 고무 팩킹(packing)(11)을 도시하였다. 특히 고무 팩킹의 상단 부분은 탄력을 가지면서 약간 늘어나면서 알루미늄 보스 부분을 감쌀 수 있게 되고 두께도 다른 부위에 비해 약간 두껍게 되어 있어 섬유를 감을 때 섬유가 고무를 누르게 되고 그로 인해 개스를 차단 할 수 있는 팩킹(packing) 작용을 할 수 있게 된다. 이러한 고무 팩킹은 개스의 누출을 방지할 뿐만 아니라 제품의 충격 흡수에도 우수한 성질을 발휘한다. 양 측면의 돔(dome) 부분과 원통부분의 융착 결합 지점까지 고무 팩킹이 내려오도록 하여 융착 부위에서의 만약의 개스 누출도 방지할 수 있도록 한다.After the rubber packing is inserted into the boss part and the side part of the metal on the liner manufactured by the above method, the gas is prevented from counting by winding the carbon fiber 12 impregnated with a polymer material such as epoxy. And prevents slippage between the carbon fiber and the plastic liner when winding the fiber so that the carbon fiber is positioned at the exact location desired. 8 shows such a rubber packing 11. In particular, the upper part of the rubber packing is elastic and slightly stretched to cover the aluminum boss part, and the thickness is slightly thicker than other parts so that the fiber presses the rubber when the fiber is wound, thereby blocking the gas. It will be able to pack. This rubber packing not only prevents the leakage of gas, but also has excellent properties in absorbing the shock of the product. The rubber packing is lowered to the fusion joints of the dome and the cylinders on both sides to prevent any leakage of gas at the fusion.
또한 탄소섬유는 비교적 잘 부서지기 때문에 압력에 견딜 수 있는 원하는 두께로 감은 다음에 유리섬유로 그 위에 감아서 충격 및 외부 환경에 잘 견딜 수 있도록 한다.In addition, the carbon fiber is relatively brittle, so it can be wound to the desired thickness to withstand pressure, and then wound on top of it with glass fiber to withstand shock and the external environment.
본 발명은 이러한 천연가스차량 연료저장용기의 실시예로 들었으나 소방용기 등과 같은 다른 압력용기의 제작에도 본 기술을 응용하는 것이 가능하다.Although the present invention has been described as an embodiment of such a natural gas vehicle fuel storage container, it is possible to apply the present technology to the production of other pressure vessels, such as fire fighting containers.
본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.It is apparent to those skilled in the art that the present invention is not limited to the described embodiments, and that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the present invention.
본 발명의 천연개스 차량 연료용기용 플라스틱 라이너는 개스차단성과 치수 안정성이 우수하여 연료용기를 경량화 할 수 있으며 정밀한 제품 생산과 생산성 향상을 높여줄 수 있고, 생산원가를 절감할 수 있는 장점을 갖는다.Plastic liner for fuel gas vehicle natural gas of the present invention is excellent in gas barrier properties and dimensional stability can reduce the fuel container light weight, increase the precision product production and productivity, and has the advantage of reducing the production cost.
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