TWI637124B - 用於燃料儲存罐之襯裡及包含其之燃料儲存罐 - Google Patents

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Abstract

提供一種用於燃料儲存罐之襯裡，其中該襯裡係由纖維強化塑膠(FRP)製成，該纖維強化塑膠含括熱塑性樹脂及強化纖維。

Description

用於燃料儲存罐之襯裡及包含其之燃料儲存罐 相關申請案之交叉引述
本申請案主張於2016年3月17日於韓國智慧財產局提申之韓國專利申請案案號10-2016-0032303的優先權，就各方面而言其之整體揭示在此併入本文中以作為參考資料。
發明領域
下列說明概括說來係有關於一種用於燃料儲存罐之襯裡及包含其之燃料儲存罐，以及更特別地有關於一種用於燃料儲存罐之襯裡，該襯裡具有纖維強化塑膠，以及一種包含該襯裡之燃料儲存罐。
發明背景
近來氫氣已經備受關注作為下一代的替代燃料。特別地，積極發展具有高儲存容量之儲存罐，以利用環境友善型氫氣作為燃料來源。
此種氫氣儲存罐係由支撐多數的內壓之外層的複合材料，以及提供內模件之襯裡所組成。
襯裡不只提供模件以捲繞複合材料，而且提供維 持氫的密封的功能。關於襯裡材料，使用襯裡金屬材料(第3型)，例如鋁、鐵和類似物，以及聚合物材料(第4型)，例如工程塑膠。
當與聚合物材料相比，金屬材料於維持密封狀態及提供對抗外部的風險因子，例如火等等之保護方面是傑出的。然而，金屬材料在脆性及低週疲勞特性方面較弱。相比之下，當與金屬材料比較，聚合物材料具有傑出的脆性及低週疲勞特性，但是弱點在於燃料可能會滲透或是穿透，以及聚合物材料於低溫下易于破裂。於是，很難下結論何種材料更適用於襯裡，因金屬及聚合物材料有其等自身的長處與弱點。
因而，對於能保障一種燃料儲存罐的穩定性且增加一種燃料儲存罐的使用壽命之新的材料有需求。
發明概要
提供一種用於燃料儲存罐之襯裡，其具有優異的穩定性及耐久性，以及包含該襯裡之燃料儲存罐。
於一個通用態樣中，提供一種用於燃料儲存罐之襯裡，其中該襯裡係由纖維強化塑膠(FRP)製成，該纖維強化塑膠包含熱塑性樹脂及強化纖維。
熱塑性樹脂可以含括的量為60至90重量%/FRP總重量；以及強化纖維可以含括的量為10至40重量%/FRP總重量。
該強化纖維之單位件的長度在與熱塑性樹脂混 合之前，可以為6毫米(mm)至12mm。
FRP可以具有160兆帕斯卡(Mpa)或更大的彎曲強度(ASTM D790)以及150MPa或更大的抗拉強度(ASTM D638)。
FRP可具有6.0Ncm3/hr/L或是更小的氣體滲透率。
當於零下50℃進行測試FRP之抗拉強度時，FRP可能不會破裂。
熱塑性樹脂可以包括下列之至少一者：聚乙烯、聚烯烴、聚苯乙烯、丙烯腈苯乙烯、丁二烯、聚酯、聚丁烯四氯酸鹽、聚氯乙烯、聚苯醚、聚伸苯醚、聚醚醯亞胺、聚碳酸酯、聚酯碳酸酯、丙烯腈-丙烯酸丁酯-苯乙烯共聚物、聚(對酞酸丁二酯)、聚(對酞酸乙二酯)，以及耐綸。
強化纖維可以包括下列之至少一者：金屬纖維、金屬化無機纖維、金屬化合成纖維、玻璃纖維、聚酯纖維、聚醯胺纖維、石墨纖維、碳纖維、陶瓷纖維、礦物纖維、玄武岩纖維、無機纖維、芳香多醯胺纖維、洋麻纖維、黃麻纖維、亞麻纖維、大麻纖維、纖維素纖維、瓊麻纖維，以及椰纖維。
於另一個通用態樣中，提供一種燃料儲存罐，其包括：一用於該燃料儲存罐之襯裡，其中該襯裡係由纖維強化塑膠(FRP)製成，該纖維強化塑膠包含熱塑性樹脂及強化纖維；以及一外部構件，其環繞該襯裡的外圓周。
該外部構件可以包括熱塑性樹脂及強化纖維。
II‧‧‧線
10‧‧‧燃料進口
20‧‧‧燃料出口
30‧‧‧襯裡
40‧‧‧外部構件
圖1為闡釋如例示性具體例之燃料儲存罐的透視圖。
圖2為沿著圖1的線II-II所取得的橫截面圖。
較佳實施例之詳細說明
本揭示之例示性具體例將參照附圖予以詳細地說明，以協助該等熟悉此藝者更容易了解並進行本揭示。然而，本發明不限於下列的具體例，而是可以以各種不同的形式實施。
除非另外定義，否則本文中所使用的所有的術語(包括技術與科學術語)具有在本發明概念所屬之技藝具有通常技術者所普遍瞭解相同的意義。於不一致的情況下，本揭示，含括定義將佔上風。縱然可以使用與本揭示內描述的方法與材料相同或相似的該等於例示性具體例或實驗中，但是本揭示中仍將說明合適的方法與材料。
在以下，該用於燃料儲存罐之襯裡及包含其之燃料儲存罐，將參照圖1及圖2予以詳細地說明。
圖1為闡釋如例示性具體例之燃料儲存罐的透視圖，以及圖2為沿著圖1的線II-II所取得的橫截面圖。
於例示性具體例中，該燃料儲存罐包括一燃料進口10、一燃料出口20、一種用於儲存燃料之燃料儲存罐的襯裡30，以及一外部構件40，其環繞該襯裡30的外圓周。
於此，燃料儲存罐可以為一種氫氣儲存罐儲存氫 氣作為燃料，但是不限於此，以及該燃料儲存罐可以儲存各種其他的燃料，例如甲烷、丁烷、丙烷、氦、氮、氧，和類似物。
舉例而言，於燃料儲存罐使用作為一種儲存氫氣作為燃料的氫氣儲存罐的情況下，儲氫材料，例如一種吸氫合金，被放置於該罐內並且予以壓縮。再者，燃料儲存罐可以使用作為一種儲存儲氫材料的儲存罐，或是作為一種儲存液體形式的氫氣燃料之儲存罐。
該燃料儲存罐可以具有空心圓柱形或是非圓柱形的形狀。
用於燃料儲存罐之該襯裡30可以包括纖維強化塑膠(FRP)。
使用作為該襯裡30的材料之FRP，可以包括熱塑性樹脂及強化纖維。
熱塑性樹脂包括下列之至少一者：聚乙烯、聚烯烴、聚苯乙烯、丙烯腈苯乙烯、丁二烯、聚酯、聚丁烯四氯酸鹽、聚氯乙烯、聚苯醚、聚伸苯醚、聚醚醯亞胺、聚碳酸酯、聚酯碳酸酯、丙烯腈-丙烯酸丁酯-苯乙烯共聚物、聚(對酞酸丁二酯)、聚(對酞酸乙二酯)，以及耐綸。
再者，FRP內含括的強化纖維可以包括下列之至少一者：金屬纖維、金屬化無機纖維、金屬化合成纖維、玻璃纖維、聚酯纖維、聚醯胺纖維、石墨纖維、碳纖維、陶瓷纖維、礦物纖維、玄武岩纖維、無機纖維、芳香多醯胺纖維、洋麻纖維、黃麻纖維、亞麻纖維、大麻纖維、纖 維素纖維、瓊麻纖維，以及椰纖維，但是較佳可以包括碳纖維。
使用作為該襯裡30的材料之FRP，可以包括10至70重量份的強化纖維/100重量份的熱塑性樹脂，以及較佳可以包括11至67重量份的強化纖維。
也就是說，FRP可以包括60至90重量%的熱塑性樹脂以及10至40重量%之強化纖維/FRP總重量。
於FRP包括小於10重量%之強化纖維的情況下，該襯裡30的彎曲強度或抗拉強度會減小，以使得該襯裡30可能容易破裂。相比之下，於FRP包括大於40重量%之強化纖維的情況下，強化纖維及熱塑性樹脂之可混性會減小。
FRP內含括的強化纖維之單位件在與熱塑性樹脂混合之前，可以具有6mm至12mm的長度。
於強化纖維之單位件的長度小於6mm的情況下，該襯裡30的強度會減小，然而強化纖維之單位件的長度大於12mm的時候，強化纖維及熱塑性樹脂之可混性會減小。
當透過混合該強化纖維與該熱塑性樹脂來製造該FRP時，該強化纖維之單位件的長度可以比與該熱塑性樹脂混合之前的長度更小。
該襯裡30使用的FRP，除了熱塑性樹脂及強化纖維之外，還可以進一步包括非常小量的氧化抑制劑及添加劑。
關於氧化抑制劑，可以含括下列之至少一者：酚 類為基的氧化抑制劑、胺類為基的氧化抑制劑，及硫為基的氧化抑制劑，以及關於添加劑，可以含括塑化劑及增容劑之至少一者。
氧化抑制劑及添加劑可以含括的量為2重量%或更少/FRP總重量。
使用作為用於燃料儲存罐之該襯裡30的材料之FRP，可以具有160Mpa或更大的彎曲強度(ASTM D790)，以及150MPa或更大的抗拉強度(ASTM D638)。
此外，FRP具有6.0Ncm3/hr/L或是更小的氣體滲透率，並且當於零下50℃進行測試FRP之抗拉強度時，FRP可能不會破裂。
於例示性具體例中，該燃料儲存罐之該外部構件40可以包括熱塑性樹脂及強化纖維。
熱塑性樹脂可以包括下列之至少一者：酚樹脂、脲樹脂、三聚氰胺樹脂、呋喃樹脂、不飽和聚酯樹脂、矽氧樹脂、環氧樹脂，以及聚氨酯樹脂。
強化纖維可以包括下列之至少一者：金屬纖維、金屬化無機纖維、金屬化合成纖維、玻璃纖維、聚酯纖維、聚醯胺纖維、石墨纖維、碳纖維、陶瓷纖維、礦物纖維、玄武岩纖維、無機纖維、芳香多醯胺纖維、洋麻纖維、黃麻纖維、亞麻纖維、大麻纖維、纖維素纖維、瓊麻纖維，以及椰纖維，但是較佳可以包括碳纖維。
在以下，將參照本發明的實施例及比較實施例予以進一步詳細地說明本發明的具體例及其有益效果。然 而，應該瞭解到下列的實施例係被提出以進一步闡釋本發明的各種態樣，但是在任何方面都不打算限制本發明的範疇。
實施例1：一種用於燃料儲存罐之襯裡的製造
作為用於燃料儲存罐之襯裡的材料，纖維強化塑膠(FRP)之製備係透過混合100kg的耐綸6，6作為熱塑性樹脂，11kg的碳纖維，碳纖維單位件的長度為6mm，以及2重量%或更少的氧化抑制劑及添加劑/FRP總重量。
用於燃料儲存罐之襯裡係透過加工製備的FRP來製造。
實施例2
作為用於燃料儲存罐之襯裡的材料，纖維強化塑膠(FRP)，除了使用25kg的碳纖維，碳纖維單位件的長度為6mm以外，係以如同實施例1相同的方式予以製備。
用於燃料儲存罐之襯裡係透過加工製備的FRP來製造。
實施例3
作為用於燃料儲存罐之襯裡的材料，纖維強化塑膠(FRP)，除了使用43kg的碳纖維，碳纖維單位件的長度為6mm以外，係以如同實施例1相同的方式予以製備。
用於燃料儲存罐之襯裡係透過加工製備的FRP來製造。
實施例4
作為用於燃料儲存罐之襯裡的材料，纖維強化塑 膠(FRP)，除了使用67kg的碳纖維，碳纖維單位件的長度為6mm以外，係以如同實施例1相同的方式予以製備。
用於燃料儲存罐之襯裡係透過加工製備的FRP來製造。
實施例5
作為用於燃料儲存罐之襯裡的材料，纖維強化塑膠(FRP)，除了使用43kg的碳纖維，碳纖維單位件的長度為12mm以外，係以如同實施例1相同的方式予以製備。
用於燃料儲存罐之襯裡係透過加工製備的FRP來製造。
比較實施例1
作為用於燃料儲存罐之襯裡的材料，纖維強化塑膠(FRP)，除了使用6kg的碳纖維，碳纖維單位件的長度為6mm以外，係以如同實施例1相同的方式予以製備。
用於燃料儲存罐之襯裡係透過加工製備的FRP來製造。
比較實施例2
作為用於燃料儲存罐之襯裡的材料，纖維強化塑膠(FRP)，除了使用82kg的碳纖維，碳纖維單位件的長度為6mm以外，係以如同實施例1相同的方式予以製備。
用於燃料儲存罐之襯裡係透過加工製備的FRP來製造。
比較實施例3
作為用於燃料儲存罐之襯裡的材料，纖維強化塑 膠(FRP)，除了使用43kg的碳纖維，碳纖維單位件的長度為15mm以外，係以如同實施例1相同的方式予以製備。
用於燃料儲存罐之襯裡係透過加工製備的FRP來製造。
比較實施例4
作為用於燃料儲存罐之襯裡的材料，纖維強化塑膠(FRP)，除了使用100kg的高密度聚乙烯(HDPE)，而不是碳纖維以外，係以如同實施例1相同的方式予以製備。
用於燃料儲存罐之襯裡係透過加工製備的FRP來製造。
比較實施例5
作為用於燃料儲存罐之襯裡的材料，纖維強化塑膠(FRP)，除了不添加碳纖維以外，係以如同實施例1相同的方式予以製備。
用於燃料儲存罐之襯裡係透過加工製備的FRP來製造。
實驗實施例1
襯裡之性質係透過使用實施例1-5及比較實施例1-5中製備的用於燃料儲存罐之襯裡來測量，以及結果顯示於以下的表1內。
(1)可混性之測量
評估熱塑性樹脂及碳纖維之混合程度，其中◎表示優異的可混性；○表示良好的可混性；△表示一般的可混性；以及X表示不良的可混性。
(2)彎曲強度之測量
用於燃料儲存罐之襯裡的彎曲強度係依據ASTM D790來測量。
(3)抗拉強度之測量
用於燃料儲存罐之襯裡的抗拉強度係依據ASTM D638來測量。
此外，用於燃料儲存罐之襯裡係依據ASTM D638、於零下50℃予以測量抗拉強度十次，以及測定破裂樣本的數量。
(4)滲透率之測量
將氫氣裝載至實施例1-5及比較實施例1-5中製備的用於燃料儲存罐之襯裡內達700巴的壓力，然後留在15±2℃之腔室內歷時48小時。然後，測量滲透率五次，以及測量6.0Ncm3/hr/L或是更高的滲透率之數量。
如同以上的表1內所示，從比較實施例1可以看到，於碳纖維的量低於10重量份/100重量份的熱塑性樹脂的情況下，當與實施例1-5相比，彎曲強度以及抗拉強度會減小，以及尤其是襯裡於零下50℃可能會破裂。
相比之下，如同從比較實施例2可以看見，於碳纖維的量超過70重量份/100重量份的熱塑性樹脂的情況下，熱塑性樹脂及碳纖維之可混性太差了而不能製造FRPs。
此外，如同從比較實施例3可以看到的，於碳纖維的長度超過12mm的情況下，熱塑性樹脂及碳纖維之可混性太差了而不能製造FRPs。
再者，如同從比較實施例4及5可以看到的，於僅使用熱塑性樹脂而沒有強化纖維的情況下，彎曲強度及抗拉強度是非常低的。
然而，實施例1-5中製備的FRP當與比較實施例相比，展現出優異的熱塑性樹脂及碳纖維之可混性，以及優異的彎曲強度以及抗拉強度。
如同以上所述，用於燃料儲存罐之襯裡及包含其之燃料儲存罐，具有優異的儲存穩定性及耐久性。
以上業已描述許多的實施例。然而，應該瞭解到可以進行各種修飾。舉例而言，設若以不同的順序來執行所欲的技術，及/或設若所述的系統、體系結構、裝置或電路之組件係以不同的方式組合，及/或以其他的組件或其等均等物來代替或補充，可以達成合適的結果。因此，其他的實施係落在下列請求項的範疇內。

Claims (7)

  1. 一種用於燃料儲存罐之襯裡，其中該襯裡係由碳纖維強化塑膠(CFRP)製成，該纖維強化塑膠包含熱塑性樹脂及碳纖維；其中該熱塑性樹脂被含括的量為60至90重量%/該CFRP總重量，且該碳纖維被含括的量為20至40重量%/該CFRP總重量；以及該碳纖維之單位件的長度在與該熱塑性樹脂混合之前，為6毫米(mm)至9mm。
  2. 如請求項1之襯裡，其中該CFRP具有160兆帕斯卡(Mpa)或更大的彎曲強度(ASTM D790)以及150MPa或更大的抗拉強度(ASTM D638)。
  3. 如請求項1之襯裡，其中該CFRP具有6.0Ncm3/hr/L或是更小的氣體滲透率。
  4. 如請求項1之襯裡，其中當於零下50℃進行測試該CFRP之抗拉強度時，該CFRP不會破裂。
  5. 如請求項1之襯裡，其中該熱塑性樹脂包括下列之至少一者：聚乙烯、聚烯烴、聚苯乙烯、丙烯腈苯乙烯、丁二烯、聚酯、聚丁烯四氯酸鹽、聚氯乙烯、聚苯醚、聚伸苯醚、聚醚醯亞胺、聚碳酸酯、聚酯碳酸酯、丙烯腈-丙烯酸丁酯-苯乙烯共聚物、聚(對酞酸丁二酯)、聚(對酞酸乙二酯)，以及耐綸。
  6. 一種燃料儲存罐，其包含： 用於該燃料儲存罐之襯裡，其中該襯裡係由碳纖維強化塑膠(CFRP)製成，該纖維強化塑膠包含熱塑性樹脂及碳纖維；一外部構件，其環繞該襯裡的外圓周；其中該熱塑性樹脂被含括的量為60至90重量%/該CFRP總重量，且該碳纖維被含括的量為20至40重量%/該CFRP總重量；以及該碳纖維之單位件的長度在與該熱塑性樹脂混合之前，為6毫米(mm)至9mm。
  7. 如請求項6之燃料儲存罐，其中該外部構件包含熱塑性樹脂及碳纖維。
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