用于制造器皿和雙壁罐的方法技術

本發明專利技術提供了一種用于制造被配置為將流體容納在內的器皿的方法，所述方法包括：提供至少兩個至少部分固化的纖維增強聚合物(FRP)結構，使得當至少部分固化的FRP結構彼此聯接時限定內部容積，至少部分固化的FRP結構具有被配置成彼此相匹配的互補形狀；將至少部分固化的FRP結構彼此聯接，使得限定內部容積；一旦至少部分固化的FRP結構彼此聯接，就將至少一個FRP材料層纏繞到至少部分固化的FRP結構的至少一部分上；以及應用固化周期以將所得組件固化。固化。固化。

【技術實現步驟摘要】
用于制造器皿和雙壁罐的方法


[0001]本專利技術屬于流體儲存系統和其制造方法的領域。具體地，本專利技術涉及一種用于借助于整合至少部分固化的部件來制造器皿的方法，這些至少部分固化的部件一旦被組裝和裝備就在之后固化在一起。
[0002]更具體地，本專利技術涉及一種用于制造雙壁罐的方法，該雙壁罐在內器皿與雙壁罐的外壁之間設置有隔熱件，該內器皿在低溫條件下容納比如液態氫等流體。

技術介紹

[0003]由于環境原因，必須不斷地面臨減少化石燃料的使用的挑戰。在這種場景下，基于可再生能源生產的綠氫是高效能源供應的合理候選者。綠氫的高能量密度使其成為飛行器應用的新興替代燃料。
[0004]特別地，氫對于高空飛行器來說是有吸引力的燃料，因為與傳統的烴燃料相比，氫包含每磅約2.8倍的能量。因此，在飛行器應用中，氫的所述高比能可能是關鍵的實現因素。然而，實際考慮已極大地妨礙了其使用。雖然氫的比能非常高，但每單位體積的能量相對低。相對于氣態形式，液態氫提高其能量密度，同時由于在液體狀態下的較低壓力而允許降低將氫封閉在內所需的罐的質量。與氣態氫在88K和700巴下具有40g/l的密度相比，液態氫在20K和1巴壓力下具有70g/l的密度。只有經低溫壓縮的氫才具有更高密度，在38K和300巴下的值為80g/l。根據這些參數，液化低溫形式允許在低壓下進行高效儲存，并且是長飛行持續時間的飛行器的可行選項。
[0005]在這方面，LH2低溫罐是未來幾代的重型運載火箭、太空探索結構和新綠色飛行器的結構的關鍵部件之一。在飛行器中，最大的挑戰在于開發氫儲存系統，因為需要在結合最長的休眠時間要求的情況下降低重量從而產生良好的隔絕和滲透性質。關鍵挑戰中的一些挑戰是幾何結構、溫度、壓力、滲透、隔熱、氫脆、真空嚴密性、系統在罐內部的整合和罐在飛行器結構中的整合。
[0006]為了利用氫的高比能，相關聯的罐應優選地輕量并且必須是隔絕的。使罐隔絕的方法必須處理若干類型的熱傳遞：通過固體的傳導、通過氣體的傳導和約定、和輻射。一些實現高性能隔絕的方法依賴于真空以幾乎消除傳導和對流氣體熱傳遞。
[0007]考慮到前述條件，由行業開發的當前在用的解決方案由包括比如以下各項的結構和元件的罐構成：
[0008]?
雙壁罐，這些雙壁罐包括外護套和內金屬壓力器皿。這些器皿通常由鋁或鋼制成，并且是所使用的最常規的罐之一，主要因為它們是經濟且可靠的罐。然而，它們也是用于封閉低溫壓縮氫的最重類型的罐。
[0009]?
具有復合增強外包件的金屬壓力器皿/內襯。金屬和復合材料分擔結構載荷。制造成本相對于先前的替代性方案降低，而且重量顯著降低。

技術實現思路

[0010]本專利技術通過根據權利要求1所述的一種用于制造被配置為將流體容納在內的器皿的方法以及根據權利要求10所述的一種用于制造雙壁罐的方法來提供針對前述問題的解決方案。在從屬權利要求中限定了本專利技術的優選實施例。
[0011]在第一專利技術方面中，本專利技術提供了一種用于制造被配置為將流體容納在內的器皿的方法，所述方法包括：
[0012]a)提供至少兩個至少部分固化的纖維增強聚合物(FRP)結構，使得當這些至少部分固化的FRP結構彼此聯接時限定內部容積，這些至少部分固化的FRP結構被塑形為具有被配置成彼此相匹配的互補聯接界面；
[0013]b)將至少部分固化的FRP結構彼此聯接，使得限定內部容積；
[0014]c)一旦至少部分固化的FRP結構彼此聯接，就將至少一個FRP材料層纏繞到這些至少部分固化的FRP結構的至少一部分上；以及
[0015]d)將從步驟c)得到的組件固化。
[0016]任何FRP結構或復合材料的性質都由制造工藝條件確定。因此，貫穿整個文件，“部分固化的或“預固化的”纖維增強(FRP)結構”應理解為由復合材料(特別是包括熱固性聚合物的材料)構成的結構，與應用在預定持續時間和溫度條件下的完全固化周期(FRP結構根據該完全固化周期達到期望的化學性質和機械性質，因此可以被認為是“完全固化的”或簡稱“固化的”)相比，這些結構已經歷不完全固化周期或“部分固化周期”。因此，“至少部分固化的FRP結構”可以被視為在已經歷不完全固化周期或完全固化周期之后提供的任一種FRP結構。
[0017]“預浸料”是由“預浸漬的”纖維以及部分固化的聚合物基體(比如環氧樹脂或酚醛樹脂)制成的復合材料。基體用于將纖維結合在一起。固化工藝誘發化學反應，這些化學反應在聚合物鏈之間產生廣泛交聯以產生不熔化且不溶解的聚合物網格結構。在足夠高的溫度下進行交聯期間，材料從液體經由凝膠轉變成玻璃狀固體。
[0018]相應地，對至少部分固化的FRP結構進行加工以達到一定的固化程度，根據該固化程度，基體具有比典型樹脂高的分子量以便減少樹脂流動，這提供促進處理、儲存和稍后加工的性質的特定硬度。在所述稍后或后續加工的性質當中，考慮了例如至少部分固化的FRP結構需要具備根據方法的步驟b)進行彼此聯接并用作根據步驟c)提供的材料的支撐件(即，“工藝裝備”或“模具”)的足夠硬度，同時維持至少部分固化的FRP結構的尺寸穩定性和結構完整性。
[0019]貫穿本文件提到的鋪疊技術(即，自動鋪帶(ATL)或自動纖維鋪放(AFP)，這兩種工藝在功能上是類似的)包括應用浸漬有樹脂的纖維材料(所謂的“預浸料”)。然而，每種工藝以不同方式來使用以實現特定結構構造目標以在需要之處提供強度或硬度。特別地，一種或另一種工藝的使用主要取決于要制造的零件的幾何結構復雜度，其中，AFP允許較高的曲率。
[0020]“工藝裝備”應被理解為所使用的并且有助于優化FRP結構或復合材料的制造工藝操作的性能的成套儀器和工具。“工藝裝備”的示例包括：
[0021]?
模具；
[0022]?
真空袋；
[0023]?
隔板(caul plate)；
[0024]?
加熱設備。
[0025]通常，將多個復合片層或帶彼此上下地鋪疊在模具上，從而產生片層堆疊體。在這方面，“片層”應被理解為要鋪在制件上的單個連續復合材料區，其中，同一層中的兩個片層通常不重疊。片層的鋪疊形成被稱為“層壓件”或整個“預制件”的堆疊體。模具、芯軸或陽模應被視為用于在模具上制造物品的塑形表面，使得該物品至少在其與模具接觸的面上獲取模具的形狀。
[0026]另外，纖維材料增強件可以是玻璃(針對玻璃纖維增強聚合物“GRFP”)、碳(針對碳纖維增強聚合物“CRFP”)、聚合物纖維或用作增強件的任何其他常規材料。在這些材料當中，碳是優選的。
[0027]另一方面，成型步驟(所謂的“預成型”)可以通過兩種不同的技術來進行，即，熱成型或壓制成型。簡要地，熱成型使用膜和熱，而壓制成型使用按壓和力。
[0028]因此，可以使用制造工藝的多個組合(即，與工具選項相關)。
[0029]氫脆是一種氫損害形式，其源于由于以液體狀態保持氫的低溫溫度范圍而使原子氫擴散到某本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種用于制造被配置為將流體容納在內的器皿(10)的方法，所述方法包括：a)提供至少兩個至少部分固化的纖維增強聚合物(FRP)結構(11，12)，使得當這些至少部分固化的FRP結構(11，12)彼此聯接時限定內部容積，這些至少部分固化的FRP結構被塑形為具有被配置成彼此相匹配的互補聯接界面(11.1，12.1)；b)將這些至少部分固化的FRP結構(11，12)彼此聯接，使得限定該內部容積；c)一旦這些至少部分固化的FRP結構(11，12)彼此聯接，就將至少一個FRP材料層(13)纏繞到這些至少部分固化的FRP結構的至少一部分上；以及d)將從步驟c)得到的組件固化。2.根據權利要求1所述的方法，該方法進一步包括在步驟a)之前通過在以下條件下應用部分固化周期來制造每個至少部分固化的FRP結構(11，12)：
?
與適于完成固化周期的溫度相比更低的溫度，這些FRP結構(11，12)根據該固化周期被完全固化；和/或
?
與適于完成固化周期的持續時間相比更短的持續時間，這些FRP結構(11，12)根據該固化周期被完全固化。3.根據權利要求2所述的方法，該方法進一步包括在應用該部分固化周期之前通過自動纖維鋪放(AFP)技術或自動鋪帶(ATL)技術在模具上鋪疊包括FRP片層的層壓件。4.根據權利要求2所述的方法，該方法進一步包括在應用該部分固化周期之前：
?
鋪疊組合體，該組合體由蜂窩芯和至少在所述蜂窩芯上的一個側面從該蜂窩芯的內側到外側為：可固化粘合劑層和非晶熱塑性膜而形成；
?
在該組合體上鋪疊干纖維層；
?
將所述干纖維和所述組合體布置在單面模具上并且通過將真空片布置在所述單面模具上方來將所述干纖維和所述組合體封閉在氣密空間中；以及
?
在真空下用樹脂灌注所述干纖維層。5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，在步驟a)中提供的至少一個至少部分固化的FRP結構(11，12)包括至少一個隔板和/或壁型元件(14)，該至少一個隔板和/或壁型元件從所述至少部分固化的FRP結構(11，12)的內表面朝向在根據步驟b)將這些至少部分固化的FRP結構(11，12)彼此聯接時限定的該內部容積突出。6.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，在步驟a)中提供的兩個至少部分固化的FRP結構(11，12)是圓頂狀FRP結構，每個圓頂狀FRP結構(11，12)具有凸面外側和凹面內側。7.根據權利要求8所述的方法，其中，至少部分固化的圓柱形FRP結構(15)是在步驟a)中提供的；其中，這兩個圓頂狀FRP結構(11，12)包括從每個相應凹面內側突出的圓形凸緣(16)；并且其中，該至少部分固化的圓柱形FRP結構(15)的大小被確定成直徑小于或基本上等于每個圓頂狀FRP結構(11，12)的圓形凸緣(16)的直徑，使得每個圓頂狀FRP結構(11，12)和該至少部分固化的圓柱形FRP結構(15)根據步驟b)以緊密配合彼此聯接，其中這些圓形凸緣(16)與該至少部分固化的圓柱形F...

【專利技術屬性】
技術研發人員：瑪蒂爾德，
申請(專利權)人：空中客車西班牙有限責任公司，
類型：發明
國別省市：