TWI241239B - Method for fabricating composite pressure vessels and products fabricated by the method - Google Patents

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 1241239 A7 B7 五、發明說明（I ) 本發明之領域 本發明乃關於製造壓力容器之技藝，且更特別地是關 於用於製造複合壓力容器之改良方法以及關於根據該改良 之方法所製造之複合壓力容器。 本發明之背景 例如爲熱水加熱器、鍋爐、加壓氣體儲槽等之壓力容 器傳統上係從例如爲鋼鐵之金屬以製造。不過，近來年複 合壓力容器之使用已變得更盛行。這些複合壓力容器典型 上係藉使用如環氧樹脂、聚酯類與乙烯基酯類之熱固性塑 膠樹脂之長絲纏繞方法以製造。簡單地說，此工藝係將例 如爲玻璃纖維絲之乾纖維在施加至心軸之前以催化樹脂浸 漬之方法。亦可以使用預浸漬纖維(“預浸漬”）。心軸與施 加之複合物然後在室溫下或加熱熟化以放置積層物，從而 得到硬樹脂與纖維積層物外殼。此外殼係從心軸處移除或 心軸本身成爲此成品之一部份。雖然特定之產品用途將決 定樹脂之精確的功能，但在所有例子中其係作爲支撐結構 以保持連續纖維絲在正確之位置上。 · 使用在這些方法中之熱固性樹脂可以歸類爲低溫度商 品類，特性爲其相當容易之使用、低價與可用性。這些樹 脂長久以來係用於符合廣範圍之壓力容器產品之性能要求 。不過’這些樹脂具有熟知之缺點’包括其有限之溫度特 性、不令人滿意之成品美觀、缺乏超過期限之耐久性、缺 乏適當之循環再利用、以及與製造有關之問題、例如爲了 淸潔而停止生產以及材料之處理費用。此外，在製造過程 4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ----裝----------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1241239 Α7 Β7 五、發明說明（1) 中會遭遇到來自工人曝露在汽體、超出範圍之噴灑、排氣 等之環境問題。某些精心策劃之熱固性樹脂經由較高之溫 度特性以改良其性能，但與其有關的是無法接受的材料費 用。 再者，由於所採用之材料與方法，根據習知技藝方法 所製造之複合壓力容器，本質上沿著材料之某些溫度敏感 之不相容處具有殘留且顯著之內應力，此會限制壓力容器 可使用之溫度與壓力範圍。 所以提高性能之要求、環境之問題、製造之問題與新 市場機會已強調出使用熱固性樹脂在複合壓力容器製造上 之限制。因此具有較高溫度與壓力特性、改良之外觀與較 高之耐久性以及撞擊阻抗特性之複合壓力容器，且其之製 造係更環境上無害、更節省費用且存在較少之製造問題係 高度盼望的。 所以用於製造在所有這些領域中皆可達成改善之複合 壓力容器之方法，將需要一基本上完全不同之原理係熟習 該項技藝之人士所可以瞭解的。本發明係關於提供此一基 本上改良之方法以及關於藉此方法所製造之壓力容器，且 藉使可以得到下述之特性：在較高溫度下纖維與樹脂間改 良之接觸、對加強/基體比値之較佳控制、可以有效地回收 碎屑材料、減少排放所引起之法規問題、用於纏繞(或疊放 模式)與熟化步驟之較高處理速率、由於較少材料處理所得 到之可能人工節省、地板面積之減少、對自動化之適應性 、對作業員較安全之環境、生產線與材料儲存與處理之簡 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公ίΐ ' _ . ^^^裝—-—L—訂---------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1241239 A7 B7 五、發明說明（5) 化、較快之更換時間、較快之起動、較低之訓練費用、較 低之能量費用等。所以，根據該方法所製造之壓力容器係 本質上已應力釋放的且展示較習知技藝壓力容器爲改良之 性能，尤其是其可以承受較高之壓力與溫度、其有更高之 撞擊阻抗且亦具有顯著較佳之成品。 本發明之目的 所以本發明之主要目的係提供一用於製造複合壓力容 器之改良方法。 更特別地，本發明之目的係提供此一改良之方法，與 製造複合壓力容器之習知技藝相反的是，其具有之優點包 括：對加強/基體比値之較佳控制、可以有效地回收碎屑材 料、減少排放所引起之法規問題、用於纏繞（或疊放模式) 與熟化步驟之較高處理速率、由於較少材料處理所得到之 可觀人工節省、地板面積之減少、對自動化之適應性、對 作業員較安全之環境、生產線與材料儲存與處理之簡化、 較快之更換時間、較快之起動、較低之訓練費用、較低之 能量費用等。 在另一方面，本發明之目的係提供一用於製造複合壓 力容器之方法，該複合壓力容器在使用時至少具有與傳統 之壓力容器一樣好之長期性能。 在更另一方面，本發明之目的係提供一根據該新方法 所製造之高品質複合壓力容器。 還是在更另一方面，本發明之目的係提供一高品質複 合壓力容器’其具有改良之耐久性、撞擊阻抗與腐蝕阻抗 ____ 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公爱） . 裝----------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1241239 A7 B7 五、發明說明（b ) 實例中，襯墊/心軸1通常係拉長之預成形結構，其在每一 個終端處係以具有中央、軸開口 4、5之圓頂形狀2、3終 結。熱塑性襯墊1例如可以是由聚丙烯、聚乙烯、聚對苯 二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯或以聚丙烯、聚 乙烯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯浸 漬過之纖維（例如玻璃纖維）、或其他具有適當性質之熱塑 性材料所製造，且其可以藉任何適合之傳統方法來製備， 例如將切斷之纖維、方向、編織及/或針織纖維織物以容器 之形狀縫合或焊接在一起且與熱塑性材料混合之組合進行 模塑。 如圖3中所示，纖維之單纖維、粗紗、紗線或帶子6( 例如玻璃纖維、碳纖維、硼纖維等)與熱塑性材料係有系統 地纏繞在熱塑性襯墊1之外表面上以生成本質上均勻之覆 蓋物7，如圖4中之放大部份截面圖所示。此步驟例如可 以藉將熱塑性襯墊1安裝在心軸8上且如箭頭9所示般旋 轉襯墊、同時將單纖維、粗紗、紗線或帶子6從在旁邊且 互相橫越之以雙箭號1〇所表示之源頭有系統地飼入，且持 續此步驟直到覆蓋物7達到所欲之厚度。材料6可以”冷” 纏繞至熱塑性襯墊1上、或在某些應用中可以通過加熱器 12以產生具有較佳功能及/或美觀特性之更均勻覆蓋物7( 圖4)。所生成之結構11係然後進一步如將於下文中所詳 述般處理。 已發現在圓頂與終端零件之區域中適當地改變進料速 率是所欲的，如此可以得到在襯墊1之整個長度上本質上 9 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^^^裝---Ilf--訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1241239 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 至熱塑性襯墊上時係加熱的。 9·根據申請專利範圍第4項之方法，其中當紗線纏繞 至熱塑性襯墊上時係加熱的。 10• —種用於製造複合容器之方法，其包括步驟： A) 製造一用於容器之熱塑性襯墊； B) 將含有纖維與熱塑性材料之層纏繞在熱塑性襯墊上 ’該熱塑性材料係選擇具有比熱塑性襯墊爲低之熔點者， 以得到複合中間結構； c)預熱該複合中間結構； D) 在模子中加熱該複合中間結構，且同時施加至少一 個作用力至其上、以驅使複合中間結構緊靠著且成爲模子 內壁之形狀； E) 繼續步驟D)直到熱塑性襯墊與覆蓋層合倂以生成複 合容器； F) 冷卻模子與複合容器直到複合容器固化；且 G) 將生成之複合容器從模子移開。 11·一種用於製造複合容器之方法，其包括步驟： A) 製造一用於容器之熱塑性襯墊； B) 將含有纖維與熱塑性材料之層纏繞在熱塑性襯墊上 ，該熱塑性材料係選自聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸丁 二醇酯與聚對苯二甲酸乙二醇酯所組成之族群中，以得到 複合中間結構； C) 在模子中加熱該複合中間結構，且同時施加至少一 個作用力至其上、以驅使複合中間結構緊靠著且成爲模子 2 標準(CNS)A4規格⑽-297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁)

1241239 - C8 D8 六、申請專利範圍 ‘內壁之形狀； D) 繼續步驟C)直到熱塑性襯墊與覆蓋層合倂以生成複 合容器； E) 冷卻模子與複合容器直到複合容器固化；且 G)將生成之複合容器從模子移開。 12.根據申請專利範圍第1項之方法，其中在步驟c) 中所施加之至少一個作用力係藉飼入氣體壓力至複合中間 結構之內部以得到。 13 ·根據申師專利朝圍弟1項之方法’其中在步驟◦) 中所施加之至少一個作用力係藉飼入氣體壓力至複合中間 結構之內部以得到。 14·根據申師專利軺圍弟2項之方法，其中在步驟◦) 中所施加之至少一個作用力係藉飼入氣體壓力至複合中間 結構之內部以得到。 15.根據申請專利範圍第3項之方法，其中在步驟c) 中所施加之至少一個作用力係藉飼入氣體壓力至複合中間 結構之內部以得到。 16·根據申請專利範圍第4項之方法，其中在步驟c) .中所施加之至少一個作用力係藉飼入氣體壓力至複合中間 結構之內部以得到。 1入根據申請專利範圍第5項之方法，其中在步驟c) 中所施加之至少一個作用力係藉飼入氣體壓力至複合中間 結構之內部以得到。 18.根據申請專利範圍第6項之方法，其中在步驟c). 3 紙張尺度中國國"'準(CNS)A4規格(21〇T^T^繁) 一 — ~— (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) «衣 、\έ 1241239 i C8 D8 六、申請專利範圍 中所施加之至少一個作用力係藉飼入氣體壓力至複合中間 結構之內部以得到。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 19·根據申請專利範圍第7項之方法，其中在步驟c) 中所施加之至少一個作用力係藉飼入氣體壓力至複合中間 結構之內部以得到。 20.根據申請專利範圍第7項之方法，其中複合中間 結構係在步驟C)之前先預熱且在步驟C)中所施加之至少一 個作用力係藉飼入氣體壓力至複合中間結構之內部以得到 〇 21·根據申請專利範圍第1項之方法，其中熱塑性材料 係選自聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸丁二醇酯與聚對苯 二甲酸乙二醇酯所組成之族群中且其中複合中間結構係在 步驟C)之前先經預熱。 22·根據申請專利範圍第2項之方法，其中熱塑性材 料係選自聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸丁二醇酯與聚對 苯二甲酸乙二醇酯所組成之族群中且其中複合中間結構係 在步驟C)之前先經預熱。 23. 根據申請專利範圍第3項之方法，其中熱塑性材 料係選自聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸丁二醇酯與聚對 苯二甲酸乙二醇酯所組成之族群中且其中複合中間結構係 在步驟C)之前先經預熱。 24. 根據申請專利範圍第4項之方法，其中熱塑性材 料係選自聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸丁二醇酯與聚對 苯二甲酸乙二醇酯所組成之族群中且其中複合中間結構係 4 太紙畏尺度適用Λΐ家標準（CNS)M規格（21〇 X 297公 A8B8C8D8 1241239 六、申請專利範圍 在步驟c)之前先經預熱。 25·—種藉下述步驟所製造之複合容器： A) 製造一用於容器之熱塑性襯墊； B) 將含有纖維與熱塑性材料之層纏繞在熱塑性襯墊上 以得到複合中間結構； C) 在模子中加熱該複合中間結構，且同時施加至少一 個作用力至其上、以驅使複合中間結構緊靠著且成爲模子 內壁之形狀； D) 繼續步驟C)直到熱塑性襯墊與覆蓋層合倂以生成複 合容器； E) 冷卻模子與複合容器直到複合容器固化；且 F) 將生成之複合容器從模子移開。 26. 根據申請專利範圍第25項之方法所製造之複合容 器，其中纏繞至熱塑性襯墊上之纖維與熱塑性材料係混雑 的。 27. 根據申請專利範圍第26項之方法所製造之複合容 器，其中纏繞至熱塑性襯墊上之纖維與熱塑性材料係構成 粗紗。 28·根據申請專利範圍第27項之方法所製造之複合容 器，其中纏繞至熱塑性襯墊上之纖維與熱塑性材料係構成 粗紗之紗線。 29.根據申請專利範圍第25項之方法所製造之複合容 器，其中當纖維與熱塑性材料纏繞至熱塑性襯墊上時係加 熱的。 5 尺國國家標準(CNS)A4規格(210 x 297公釐^ ' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -έ 線 ABCD 1241239 「 六、申請專利範圍 30·根據申請專利範圍第25項之方法所製造之複合容 器，其中當纖維與熱塑性材料纏繞至熱塑性襯墊上時係加 熱的。 31·根據申請專利範圍第26項之方法所製造之複合容 器，其中當纖維與熱塑性材料纏繞至熱塑性襯墊上時係加 熱的。 32. 根據申請專利範圍第27項之方法所製造之複合容 器，其中當粗紗纏繞至熱塑性襯墊上時係加熱的。 33. 根據申請專利範圍第28項之方法所製造之複合容 器，其中當紗線纏繞至熱塑性襯墊上時係加熱的。 34. —種藉下述步驟所製造之複合容器： A) 製造一用於容器之熱塑性襯墊； B) 將含有纖維與熱塑性材料之層纏繞在熱塑性襯墊上 ，該熱塑性材料係選擇具有比熱塑性襯墊爲低之熔點者， 以得到複合中間結構； C) 預熱該複合中間結構； D) 在模子中加熱該複合中間結構，且同時施加至少一 個作用力至其上、以驅使複合中間結構緊靠著且成爲模子 內壁之形狀； E) 繼續步驟D)直到熱塑性襯墊與覆蓋層合倂以生成複 合容器； F) 冷卻模子與複合容器直到複合容器固化；且 G) 將生成之複合容器從模子移開。 35. —種藉下述步驟所製造之複合容器： 6 尺度適^中家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ' (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

DQ8899 ABCD 1241239 六、申請專利範圍 A) 製造一用於容器之熱塑性襯墊； B) 將含有纖維與熱塑性材料之層纏繞在熱塑性襯墊上 ，該熱塑性材料係選自聚乙烯、聚丙烯、.聚對苯二甲酸丁 二醇酯與聚對苯二甲酸乙二醇酯所組成之族群中，以得到 複合中間結構； C) 在模子中加熱該複合中間結構，且同時施加至少一 個作用力至其上、以驅使複合中間結構緊靠著且成爲模子 內壁之形狀； D) 繼續步驟C)直到熱塑性襯墊與覆蓋層合併以生成複 合容器； E) 冷卻模子與複合容器直到複合容器固化；且 G)將生成之複合容器從模子移開。 36·根據申請專利範圍第25項之方法所製造之複合容 器，其中在步驟C)中所施加之至少一個作用力係藉飼入氣 體壓力至複合中間結構之內部以得到。 37.根據申請專利範圍第25項之方法所製造之複合容 器，其中在步驟C)中所施加之至少一個作用力係藉飼入氣 體壓力至複合中間結構之內部以得到。 38·根據申請專利範圍第26項之方法所製造之複合容 器，其中在步驟C)中所施加之至少一個作用力係藉飼入氣 體壓力至複合中間結構之內部以得到。 39·根據申請專利範圍第27項之方法所製造之複合容 器，其中在步驟C)中所施加之至少一個作用力係藉飼入氣 體壓力至複合中間結構之內部以得到。 ^ Ί I’氏來尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐） .......;............................訂................線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1241239 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 4〇·根據申請專利範圍第28項之方法所製造之複合容 器’其中在步驟C)中所施加之至少一個作用力係藉飼入氣 體壓力至複合中間結構之內部以得到。 41·根據申請專利範圍第29項之方法所製造之複合容 器’其中在步驟C)中所施加之至少一個作用力係藉飼入氣 體壓力至複合中間結構之內部以得到。 42·根據申請專利範圍第30項之方法所製造之複合容 器’其中在步驟C)中所施加之至少一個作用力係藉飼入氣 體壓力至複合中間結構之內部以得到。 43·根據申請專利範圍第31項之方法所製造之複合容 器，其中在步驟C)中所施加之至少一個作用力係藉飼入氣 體壓力至複合中間結構之內部以得到。 44·根據申請專利範圍第31項之方法所製造之複合容 器，其中複合中間結構係在步驟C)之前先預熱且在步驟C) 中所施加之至少一個作用力係藉飼入氣體壓力至複合中間 結構之內部以得到。 45·根據申請專利範圍第25項之方法所製造之複合容 器，其中熱塑性材料係選自聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲 酸丁二醇酯與聚對苯二甲酸乙二醇酯所組成之族群中且其 中複合中間結構係在步驟C)之前先經預熱。 46·根據申請專利範圍第26項之方法所製造之複合容 器，其中熱塑性材料係選自聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲 酸丁二醇酯與聚對苯二甲酸乙二醇酯所組成之族群中且其 中複合中間結構係在步驟C)之前先經預熱。 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐) .......；................^w !........訂............_it· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1241239 g D8 _ 7T、申明專利範圍 47. 根據申請專利範圍第27項之方法所製造之複合容 器，其中熱塑性材料係選自聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲 酸丁二醇酯與聚對苯二甲酸乙二醇酯所組成之族群中且其 中複合中間結構係在步驟C)之前先經預熱。 48. 根據申請專利範圍第28項之方法所製造之複合容 器，其中熱塑性材料係選自聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲 酸丁二醇酯與聚對苯二甲酸乙二醇酯所組成之族群中且其 中複合中間結構係在步驟C)之前先經預熱。 9 ......;..............................IT.....................t· (請先閱讀背面之注意事項再塡寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐)