[发明专利]使用粘度可变且不含溶剂的预聚物制剂制造压力容器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用预聚物制剂制造压力容器的方法，可通过添加共聚单体来改性所述预聚物制剂的粘度以取得所需的工作条件，特别是将反应性乙烯共聚单体添加至二环戊二烯预聚物。

背景

燃烧石化燃料对环境的有害影响日益受到关注，并引起了对可替代能源的极大兴趣。虽然通过太阳能、风能、核能、地热能和其它能源正在取得了一些进展，但非常清楚的是，可广泛使用的经济可替代能源特别对于使用高能量的应用而言仍然是难以实现的目标。同时，预计石化燃料将在可预计的将来主导能源市场。在石化燃料中，天然气的燃烧最清洁，因此是能源生产的清楚选择。因此，存在进行一项运动以尽可能的用天然气补充或取代其它石化燃料例如煤和石油，因为全世界变得更加清楚燃烧石化燃料对环境的影响。不幸的是，大多数的世界天然气气藏都存在于这个星球上偏远且难以进入的区域。地形和地缘政治因素使可靠地和经济地从这些区域提取天然气变得极端困难。已经评估了使用管线(pipeline)和陆上运输，在某些情况下甚至进行了尝试，但发现是不经济的。令人感兴趣的是，大部分的地球的偏远的天然气储存的位置较接近海洋和易于进入海洋的其它水域。因此，从这些遥远的位置海运天然气似乎是一个显而易见的解决方案。海运天然气的问题主要在于经济。远洋行驶的容器能够装载仅仅这么多的载货重量，而海运成本反映了这个事实，要计算的运输总重量的成本，即产品的重量加上其中运输了产品的集装箱船的重量。如果相比于装运容器的自重，产品的净重低，则每单位质量的产品的运输成本变得非常昂贵。这对于压缩流体的运输是特别正确的，常规地，在钢瓶中运输压缩流体，钢瓶相对于所含流体的重量是极重的。由于III型和IV型压力容器的出现，已经稍微改善了该问题。III型压力容器是由较薄金属内衬构成的，该较薄金属内衬卷绕有细丝状复合材料包裹，这产生了具有钢容器强度的容器，并明显节约了总容器重量。IV型压力容器包括聚合内衬，类似地用细丝状复合材料包裹该聚合物内衬。IV型压力容器是所有目前批准的压力容器中最轻的。使用III型和IV型容器，再加上将这些容器造得非常大的趋势－目前制造的圆柱状容器的长度为18米并且直径为2.5-3米，并考虑制造的容器的长度大于或等于30米并且直径大于或等于6米－使优化海洋运输压缩流体的经济性迈出了一大步。

制备非常大的III型和IV型压力容器的趋势带来了一组独特的挑战，其中之一涉及适用于这种压力容器的预聚物制剂在什么样的条件下可固化以形成最终产品，不管它是压力容器内衬、复合材料外包裹、在圆柱压力容器上的穹顶或者是复合材料凸起部(boss)，该凸起部用于将压力容器安装至外部配件以从该压力容器装载和卸载流体。换句话说，适用于制造压力容器的聚合物必须具有抵抗高工作压力的强度，必须具有足够的抗冲性以将由偶然的冲击造成的毁灭性失效的可能降到最低，必须对容纳于容器的压缩流体是基本不可渗透和惰性的，并应具有尽可能宽的可安全使用容器的工作温度范围。

目前优选的呈现这些性能特征的聚合物材料是高密度聚乙烯(HDPE)。使用HDPE的问题是形成聚合物终端产品所必须使用的固化条件。即，HDPE通常必须在大于450℉的温度下固化，以获得压力容器内衬和复合材料外包裹，目前HDPE用于这两种应用。虽然对于制造小容器而言这并不是个大问题，但是当待固化的构建体大小增加到预期用于海运流体如压缩天然气(CNG)的尺寸时-目前制造的压力容器的直径为3米且长度为18米并，并考虑制造直径大于6米且长度大于30米的容器，可在受控的温度环境中容纳该构建体的所需的固化设施的绝对大小过高，且操作的成本变得过高。

本领域需要的是高性能、粘度可变、固化温度可变(特别是低温固化)的预聚物制剂，以用于制造聚合物压力容器。本发明提供了这种预聚物制剂。

发明内容

因此，在一方面中，本发明涉及一种制备压力容器的方法，其包括：

提供容器内衬；

将细丝状材料卷绕至所述容器内衬上，其中：

在卷绕至所述容器内衬之前用预聚物组合物浸渍所述细丝状材料，或者

将所述细丝状材料干燥卷绕至所述容器内衬上并随后用预聚物组合物浸渍；

其中：

所述预聚物组合物包括至少92％纯的二环戊二烯，反应性乙烯单体和固化催化剂，所述反应性乙烯单体占所述预聚物组合物的总单体含量的重量百分数使得在预先选定的沉积温度下所述预聚物组合物具有预先选定的粘度；以及

固化所述浸渍的、卷绕的细丝状材料来形成聚合物复合材料。

在本发明的一方面中，所述容器内衬包括金属、陶瓷、热塑性聚合物或者热固性聚合物。