高压容器和高压容器的制造方法技术

提供具有更高的耐压强度的高压容器和该高压容器的制造方法，所述高压容器是具备能够密闭的中空容器(12)和覆盖所述中空容器(12)的外表面的加强层(14)的高压容器(10)，其特征在于，所述加强层(14)具备层叠多层的复合碳纤维束(16)，所述复合碳纤维束(16)缠绕在所述中空容器(12)的外表面，通过热固化性树脂的固化物而固定，在一方复合碳纤维束(16)中所含的碳纤维(18a)与另一方复合碳纤维束(16)中所含的碳纤维之间设有应力缓和部(26)，所述应力缓和部(26)包含所述热固化性树脂的固化物(22)和多个碳纳米管(20a)。

The manufacturing method of high pressure vessel and high pressure vessel

A high pressure vessel and a manufacturing method of the high pressure vessel are provided. The high pressure vessel is a high pressure vessel (10) having a hollow container (12) capable of being closed and a reinforced layer (14) covering the outer surface of the hollow container (12), which is characterized by the reinforced layer (14) having multilayer composite carbon fiber bundles. (16) the composite carbon fiber bundle (16) is twisted on the outer surface of the hollow container (12), fixed by the curing of the heat cured resin, and there is a stress relaxation part (26) between the carbon fiber (18a) contained in the compound carbon fiber bundle (16) and the carbon fiber contained in the other compound carbon fiber bundle (16), and the stress relief part (26). The cured product (22) containing the thermosetting resin and a plurality of carbon nanotubes (20a).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高压容器和高压容器的制造方法
本专利技术涉及高压容器和高压容器的制造方法。
技术介绍
近年来，正在开发通过燃料气体的燃烧能、由燃料气体的电化学反应生成的电能来驱动的车辆。氢气、天然气等燃料气体以高于常压的压力存储在具备能够密闭的中空容器(内衬)的高压容器内。中空容器的外表面由浸渗有树脂的纤维缠绕而形成的加强层(纤维增强树脂层)被覆(例如专利文献1、2)。填充于高压容器的燃料气体的压力(填充压力)越高，填充量越增加，能够增加车辆的可行驶距离，因此燃料气体的填充压力越高越好。为了进一步提高燃料气体的填充压力，需求高压容器具有更高的耐压强度。在先技术文献专利文献1：日本特开2013-173304号公报专利文献2：日本特开2007-260973号公报
技术实现思路
为了提高高压容器的耐压强度，例如需要增加加强层中所含的纤维的量。纤维的量的增加，会引起高压容器的制造成本、质量、体积的增加之类的问题。因此，期望在不增加形成加强层的纤维的量的情况下，提高高压容器的耐压强度。因此，本专利技术的目的是提供具有更高的耐压强度的高压容器以及该高压容器的制造方法。本专利技术涉及的高压容器，具备能够密闭的中空容器和覆盖所述中空容器的外表面的加强层，其特征在于，所述加强层具备层叠多层的复合碳纤维束，所述复合碳纤维束缠绕在所述中空容器的外表面，通过热固化性树脂的固化物而固定，在一方复合碳纤维束中所含的碳纤维与另一方复合碳纤维束中所含的碳纤维之间设有应力缓和部，所述应力缓和部包含所述热固化性树脂的固化物和多个碳纳米管。本专利技术涉及的高压容器的制造方法，是制造在能够密闭的中空容器的外表面具有加强层的高压容器的方法，其特征在于，包括：将浸渗有热固化性树脂的复合碳纤维束在施加拉伸载荷的状态下缠绕于所述中空容器的外表面的工序；和使所述热固化性树脂固化而形成所述加强层的工序，所述复合碳纤维束包含表面形成有结构体的多个连续的碳纤维，所述结构体包含多个碳纳米管，且直接附着在所述多个连续的碳纤维各自的表面。根据本专利技术，高压容器具备包含被热固化性树脂的固化物固定的多层复合碳纤维束的加强层。在一方复合碳纤维束中所含的碳纤维与另一方复合碳纤维束中所含的碳纤维之间形成包含热固化性树脂的固化物的应力缓和部，因此韧性提高。其结果，形成强度高的加强层，得到具有更高的耐压强度的高压容器。本专利技术的高压容器的制造方法中，加强层的制造所使用的是包含表面附着有多个碳纳米管(以下称为CNT)的多个连续的碳纤维的复合碳纤维束。通过使复合碳纤维束浸渗热固化性树脂，并在施加拉伸载荷的状态下缠绕于中空容器的外表面，从而在复合碳纤维束彼此之间形成应力缓和部，因此得到强度高的加强层。这样，能够制造耐压强度更高的高压容器。附图说明图1是表示本实施方式涉及的高压容器的立体图。图2是本实施方式涉及的高压容器的长度方向的局部剖视图。图3是图2中的区域X的放大图。图4是对构成加强层的复合碳纤维束进行说明的示意图，图4A是整体图，图4B是放大图。图5是对复合碳纤维束的界面的碳纤维同彼此的接合状态进行说明的示意图。图6是长丝缠绕装置的示意正视图。图7是图6所示的长丝缠绕装置的示意侧视图。图8是表示在内压破坏试验后为观察加强层的截面而切断的高压容器的照片，图8A是整体图像，图8B是切断部分的放大图像。图9是表示加强层的切片中所含的层叠的多个复合碳纤维束的示意图。图10是表示加强层试样的截面的显微镜照片，图10A是整体图像，图10B是图10A中的区域Y1的放大图像。图11是图10B中的区域Y2的扫描电子显微镜(SEM：ScanningElectronMicroscope)图像，图11A是整体图像，图11B是放大图像。具体实施方式以下，参照附图对本专利技术的实施方式进行详细说明。1.整体结构如图1、2所示，本实施方式的高压容器10具备能够密闭的中空容器12和覆盖中空容器12的外表面的加强层14。本实施方式中，中空容器12具有大致圆筒形状的圆筒部和设置在圆筒部両端的凸状球面部。两端的凸状球面部由等张力曲面构成。在凸状球面部的各顶点分别设有用于将高压容器10与外部配管等(未图示)连接的金属制的接头11。本实施方式中，作为中空容器12，使用以尼龙为主成分的树脂制容器。中空容器12的接头11为铝制。在中空容器12与接头11之间，通过未图示的橡胶制的垫片密封。加强层14具备缠绕在中空容器12的外表面的复合碳纤维束16。复合碳纤维束16彼此以复合碳纤维束16的长度方向成为各自不同的方向的方式，缠绕在中空容器12的外表面。复合碳纤维束16通过在相对于中空容器12的圆筒部倾斜的方向上进行缠绕的螺旋缠绕、和在相对于中空容器12的圆筒部的轴心为直角的方向上进行缠绕的环向缠绕，缠绕于中空容器12的外表面。在图2中的区域X，加强层14由隔着界面17层叠多层的复合碳纤维束16构成。如图3所示，本实施方式中，加强层14包含层叠7层的复合碳纤维束16。所层叠的多个复合碳纤维束16，被未图示的热固化性树脂的固化物固定。本实施方式中，所层叠的多个复合碳纤维束16，被作为热固化性树脂的环氧树脂的固化物固定。复合碳纤维束16可以作为将多束(例如4束)捆绑成一束而成的二次纤维束使用。多个复合碳纤维束16的每一个，如图4A所示，包含多个连续的复合碳纤维18。如上所述，所层叠的多个复合碳纤维束16通过热固化性树脂的固化物而相互固定，因此各复合碳纤维束16中所含的多个复合碳纤维18也通过热固化性树脂的固化物而相互固定。复合碳纤维18由连续的碳纤维18a和附着在碳纤维18a的表面的多个CNT20a构成。如图4B所示，CNT20a基本上贴合在碳纤维18a的表面，但也存在以部分从碳纤维18a的表面浮起的状态附着在碳纤维18a的表面的CNT20a。再者，图4B中，为了便于理解CNT20a的状态，夸大地表示了碳纤维18a之间的距离。对于附着有CNT20a的碳纤维18a，会在后面进行详细说明。复合碳纤维束16中，为了便于说明表示了10根连续的复合碳纤维18，但本实施方式中的复合碳纤维束16由1万～3万根连续的复合碳纤维18构成。多个连续的复合碳纤维18在实质相互不交缠的状态下保持直线性，沿一个方向排列而构成复合碳纤维束16。对于复合碳纤维束16中的复合碳纤维18的交缠，可以通过复合碳纤维18的紊乱程度来评价。例如，通过SEM以一定倍率观察复合碳纤维束16，测定其中所含的预定根数(例如10根)的复合碳纤维18的长度。基于预定根数的复合碳纤维18的长度的参差变动、最大值与最小值的差、标准偏差，能够评价复合碳纤维18的紊乱程度。对于多个复合碳纤维18实质不交缠，例如也能够基于JISL1013:2010“化学纤维长丝试验方法”的交缠度测定方法测定交缠度来判断。测定出的交缠度小，意味着复合碳纤维束16中的复合碳纤维18彼此的交缠少。复合碳纤维束16中，通过多个复合碳纤维18实质不交缠，各复合碳纤维18能够对强度有所帮助。如上所述，多个连续的复合碳纤维18的每一个，由连续的碳纤维18a和附着在碳纤维18a的表面的多个CNT20a构成。碳纤维18a是直径为5～20μm的纤维。通常，碳纤维18a通过聚丙烯腈、人造丝、沥青等来自于石油、煤炭、焦油的有机纤维、来自于木材、植物纤维的有机纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压容器，具备能够密闭的中空容器和覆盖所述中空容器的外表面的加强层，所述高压容器的特征在于，所述加强层具备层叠多层的复合碳纤维束，所述复合碳纤维束缠绕在所述中空容器的外表面，通过热固化性树脂的固化物而固定，在一方复合碳纤维束中所含的碳纤维与另一方复合碳纤维束中所含的碳纤维之间设有应力缓和部，所述应力缓和部包含所述热固化性树脂的固化物和多个碳纳米管。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.22 JP 2015-2503271.一种高压容器，具备能够密闭的中空容器和覆盖所述中空容器的外表面的加强层，所述高压容器的特征在于，所述加强层具备层叠多层的复合碳纤维束，所述复合碳纤维束缠绕在所述中空容器的外表面，通过热固化性树脂的固化物而固定，在一方复合碳纤维束中所含的碳纤维与另一方复合碳纤维束中所含的碳纤维之间设有应力缓和部，所述应力缓和部包含所述热固化性树脂的固化物和多个碳纳米管。2.根据权利要求1所述的高压容器，其特征在于，所述多个碳纳米管的一部分附着于所述碳纤维。3.根据权利要求2所述的高压容器，其特征在于，所述多个碳纳米管的一部分彼此直接连接，形成具有网络结构的结构体。4.根据权利要求1～3的任一项所述的高压容器，其特征在于，所述复合碳纤维束包含1万～3万根所述碳纤维。5.一种高压容器的制造方法，是制造在能够...

【专利技术属性】
技术研发人员：辉平广美，小向拓治，鬼冢麻季，中村直树，安藤雅树，
申请(专利权)人：霓达株式会社，丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP