EP4628778A1 - Réservoir de gaz sous pression comprenant un revêtement de protection - Google Patents

Réservoir de gaz sous pression comprenant un revêtement de protection

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EP4628778A1
EP4628778A1 EP25168149.0A EP25168149A EP4628778A1 EP 4628778 A1 EP4628778 A1 EP 4628778A1 EP 25168149 A EP25168149 A EP 25168149A EP 4628778 A1 EP4628778 A1 EP 4628778A1
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EP
European Patent Office
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protective
protective sleeve
pressurized gas
reinforcing
gas tank
Prior art date
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Pending
Application number
EP25168149.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
David RUGGI
Clément NONY-DAVADIE
Dominique Suhr
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Plastic Omnium New Energies France SAS
Original Assignee
Plastic Omnium New Energies France SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Plastic Omnium New Energies France SAS filed Critical Plastic Omnium New Energies France SAS
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    • F17C2270/0165—Applications for fluid transport or storage on the road
    • F17C2270/0168—Applications for fluid transport or storage on the road by vehicles

Definitions

  • the invention relates to the field of pressure tanks, in particular for a vehicle.
  • the invention relates more particularly to a pressurized gas tank for a vehicle, as well as a vehicle comprising such a pressurized gas tank, as well as a method for protecting a pressurized gas tank.
  • Pressure gas tanks are used to store and transport any type of gas under pressure. Pressure gas tanks are generally classified into one of five types: a so-called Type I pressure gas tank having an all-metal construction; a so-called Type II pressure gas tank having a metal construction including a fiber winding for reinforcement of its cylindrical portion; a so-called Type III pressure gas tank having a metal liner with a composite reinforcement structure; a so-called Type IV pressure gas tank including a plastic liner with a composite reinforcement structure; and a so-called Type V pressure gas tank having a composite reinforcement structure and being without a liner.
  • Type I pressure gas tank having an all-metal construction
  • Type II pressure gas tank having a metal construction including a fiber winding for reinforcement of its cylindrical portion
  • Type III pressure gas tank having a metal liner with a composite reinforcement structure
  • Type IV pressure gas tank including a plastic liner with a composite reinforcement structure
  • Type V pressure gas tank having a composite reinforcement structure and being without a liner.
  • a pressurized gas tank is already known in the prior art, for example, configured to store gas at a pressure of at least 350 bar or at least 700 bar, the gas being, for example, hydrogen (H 2 ).
  • This pressurized gas tank is configured to be used by a vehicle equipped with the pressurized gas tank for various functions, as an energy source.
  • This tank is usually made of composite material for reasons of weight saving and safety.
  • reinforcing fibers In addition to reinforcing fibers, it is also possible to integrate other fillers such as reinforcing particles such as graphene particles, CSR particles (for "core-shell rubber"), or carbon nanotubes. In the case of a multi-layer stack, these can be obtained from different materials, such as metals or organic materials. This multi-layer approach makes it possible to reduce the gas permeability of the liner. Both approaches mentioned can be combined.
  • the liner is generally cylindrical in shape and has two dome-shaped or hemispherical ends.
  • the liner has an opening, which is usually topped by a gas filling/dispensing nozzle.
  • the pressurized fluid exerts high stresses on the internal surface of the liner, which can compromise the integrity of the liner and cause dangerous leaks, particularly with combustible gases such as hydrogen.
  • an additional protective layer is added to the exterior of the tank to provide resistance to chemical, mechanical and/or thermal attacks.
  • This generally consists of either a layer of glass fibers impregnated with intumescent resin (applied by filament winding in a dry or wet process), an intumescent coating generally based on two-component epoxy (2K) applied by spraying, direct dosing or injection, or a combination of both.
  • the epoxy-based protective layer contains intumescent agents which, after exposure to fire, expand and create an insulating barrier.
  • the expansion and calcination of the resin by the intumescent reaction reduces and slows down the heat transfer from the flames to the composite reinforcement structure, thus delaying the rise in temperature of the composite reinforcement structure and, consequently, the decomposition of the resin of the composite reinforcement structure.
  • This phenomenon allows the rapid emptying equipment installed on the tank nozzles to purge the tank and prevent its failure, for example, by rupture of the composite reinforcement structure.
  • an object of the invention is to provide a protective coating for a pressurized gas tank capable of withstanding the chemical, mechanical and thermal stresses imposed on the tank, and this, in wide temperature ranges. It is, moreover, desirable that the protective coating possesses these properties while being relatively light and thin.
  • the first protective sleeve is configured so that its diameter shrinks by 50% to 80% of its original diameter when heated to a temperature above 120°C, for example above 150°C, preferably about 200°C.
  • a temperature above 120°C for example above 150°C, preferably about 200°C.
  • Such temperatures advantageously make it possible to obtain a good level of shrinkage of the first protective sleeve while reducing the risk of damage to another part of the tank.
  • the use of a protective sleeve allows for the control of physical and chemical uniformity within the material making up the protective sleeve.
  • the shrinking the first protective sleeve during tank manufacturing allows pressure to be applied to the central cylindrical part of the reinforcement casing, which promotes the evacuation of air that could be trapped in the reinforcement casing, thus improving the mechanical resistance properties of the reinforcement casing.
  • heat-shrinkable polymer refers to heat-shrinkable polymers or shape-memory polymers, which are generally crosslinked. These polymers advantageously allow for shrinkage levels such that the diameter of the first protective sleeve shrinks by 50% to 80% of its original diameter when heated above a predetermined temperature.
  • the reinforcing sheath is typically formed by winding strips of fibers impregnated with a resin, at different angles.
  • the fibers used can be chosen from ceramics, glasses and organic materials. For example, carbon fibers, glass fibers, aramid fibers are commonly used.
  • the resins considered can be thermosetting, photosetting or thermoplastic. For example, for thermosetting or photosetting resins, epoxy or vinylester resins are used, and for thermoplastic resins, polyamide or polyetheretherketone (PEEK) resins are used.
  • the winding process can be carried out wet, with the fibers dipping into a resin bath before being wound, or dry, with the fibers appearing as a strip of parallel fibers impregnated with resin, more commonly called "Tow preg".
  • the resins used may be loaded with particles of nanometric and/or micrometric sizes in order to improve the properties of the composite reinforcement envelope. These particles may be based on a material chosen from ceramic materials, glasses, metals, organic materials or any combination thereof.
  • hollow glass beads may be used, allowing lightening and reducing the risk of delamination of the fiber strips of the composite reinforcement structure, graphene or carbon nanotubes leading to an improvement in the properties of the composite reinforcement envelope from a mechanical, electrical or thermal point of view, and to a reduction in the risk of delamination of the fiber strips of the composite reinforcement envelope, rubber beads allowing an increase in ductility, a reduction in the risk of delamination of the fiber strips of the composite reinforcement envelope and a reduction in residual stresses within the composite reinforcement envelope.
  • the pressurized gas tank is intended to contain pressurized hydrogen and to be used on a vehicle, such as a motor vehicle, a truck, a bus, a train, construction equipment or even a boat.
  • a vehicle such as a motor vehicle, a truck, a bus, a train, construction equipment or even a boat.
  • the invention may also include one or more of the following optional features alone or in combination.
  • the protective coating comprises at least a second protective layer formed by a second continuous seamless protective sleeve made with one or more heat-shrinkable polymers.
  • each protective layer provides properties different from or complementary to the properties of the other layer.
  • the second protective sleeve is preferably configured so that its diameter shrinks by 50% to 80% of its original diameter when heated to a temperature above 120°C, for example above 150°C, preferably about 200°C. As indicated previously, such temperatures advantageously make it possible to obtain a good level of shrinkage of the second protective sleeve while reducing the risk of damage to another part of the tank.
  • the second protective sleeve is slipped at least partially over the first protective sleeve.
  • the areas of the tank in which the second protective sleeve is slipped over the first protective sleeve benefit from both the protective characteristics provided by the first protective sleeve and the second protective sleeve.
  • the second protective sleeve is slipped over the entire first protective sleeve.
  • the central cylindrical portion of the reinforcing casing is arranged between two longitudinal end portions of the reinforcing casing, the protective coating being further slipped onto at least one of the two longitudinal end portions of the reinforcing casing.
  • the protective coating is slipped onto the two longitudinal end portions of the reinforcing casing. It is then understood that the protective coating covers substantially a larger portion of the reinforcing casing, or even covers substantially the entire reinforcing casing.
  • the protective coating comprises at least a second protective layer formed by a layer of polyurea, polyurethane or polysilicone.
  • a solution combining the first protective sleeve and a protective layer formed by a layer of polyurea, polyurethane or polysilicone makes it possible to obtain the advantages provided by a protective layer formed by a layer of polyurea, polyurethane or polysilicone while reducing the disadvantages associated with it, that is to say by reducing the mass and volume provided by such a layer.
  • the first protective sleeve it is possible to provide a protective layer formed by a layer of polyurea, polyurethane or polysilicon which is thinner and therefore whose weight and volume are less important.
  • the first protective layer and/or the second protective layer comprises/comprise at least one fire retardant and/or an intumescent agent.
  • the first and/or the second protective layer confer(s) fire resistance properties.
  • the fire retardant and/or the intumescent agent may be chosen from the group consisting of halogenated compounds, phosphorus compounds, boron compounds, metal hydroxides and metal oxides and a mixture of at least two of them.
  • the concentration of intumescent agent in the polyurea-based layer may in particular be between 0.1% and 50% by weight, relative to the total weight of the polyurea-based layer, in particular be from 10 to 24% by weight.
  • the halogenated intumescent agents are, in particular, chosen from chlorinated and/or brominated compounds such as polybrominated diphenyl ethers (PBDEs), tetrabrominated bisphenol A, hexabrominated cyclododecanes, decabrominated diphenylethane, Dechlorane ® plus (polychlorinated flame retardant produced by OXYCHEM) and short-chain chlorinated paraffins (SCCPs).
  • PBDEs polybrominated diphenyl ethers
  • tetrabrominated bisphenol A tetrabrominated bisphenol A
  • hexabrominated cyclododecanes decabrominated diphenylethane
  • Dechlorane ® plus polychlorinated flame retardant produced by OXYCHEM
  • SCCPs short-chain chlorinated paraffins
  • the boronated compounds are, in particular, polyborates.
  • the metal oxides are, in particular, chosen from the group comprising titanium dioxides, silica, aluminium oxides and antimony oxides.
  • the protective coating comprises a first protective layer and a second protective layer, it is provided that the longitudinal end portions of the reinforcing envelope are covered at least in part or in whole by a protective layer not containing an intumescent agent and the other protective layer does not cover the longitudinal end portions of the reinforcing envelope.
  • the first protective layer and/or the second protective layer comprises/comprise an additive selected from the group consisting of UV absorbers, light stabilizers, antioxidants, dispersing agents, wetting agents, plasticizing agents, antifoams and impact attenuators. This improves the manufacturability and/or durability of the protective coating.
  • the heat-shrinkable polymer from which the first protective sleeve and/or the second protective sleeve is made belongs to the families of polyethylenes, polyolefins, polyvinyl chlorides (PVC), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluorocarbon polymers, polychloroprenes and fluorinated ethylene propylene (FEP).
  • PVC polyvinyl chlorides
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • FEP fluorinated ethylene propylene
  • These polymers advantageously make it possible to obtain levels of shrinkage such that the diameter of the first protective sleeve shrinks by 50% to 80% compared to its original diameter when it is heated above a predetermined temperature.
  • these heat-shrinkable polymers have the advantage of being infusible, anti-corrosion, moisture-resistant and impact-resistant. Some of these heat-shrinkable polymers also have the advantage of being transparent, which allows the elements of the tank located under the protective slee
  • the interior volume of the tank is delimited by a liner. It is then understood that the reinforcement envelope is arranged over the liner. Such an arrangement conventionally corresponds to type III tanks (when the liner is made of metal) and type IV tanks (when the liner is made of plastic). It is also understood that, if the liner is not present, the tank can be a type V tank.
  • the liner is made of plastic. It is understood that the pressurized gas tank is then a type IV tank.
  • This process allows for the simple and economical installation of a protective coating to protect the central cylindrical part of the reinforcement envelope.
  • the method further comprises a step d) consisting of applying a layer of polyurea, polyurethane or polysilicone forming a protective layer on at least part of the assembly obtained after step c).
  • a step d) consisting of applying a layer of polyurea, polyurethane or polysilicone forming a protective layer on at least part of the assembly obtained after step c).
  • the tank 2 has a generally elongated shape and has a central cylindrical section with a circular cross-section and two longitudinal ends in the shape of a dome or hemispherical shape.
  • the tank 2 comprises an internal casing, also called a liner 3, a reinforcing casing 4 and a protective coating 5.
  • the particles may be chosen from different types of materials, such as ceramics, glass, metals, organic materials, or a combination thereof. These fillers increase the resistance to deformation of the composite material.
  • the reinforcing fibers and the polymer material are entangled to form a single-piece material.
  • other fillers such as reinforcing particles such as graphene particles, CSR particles (for "core-shell rubber”) or carbon nanotubes.
  • the winding process can be carried out wet, with the fibers then being immersed in a resin bath before being wound, or dry, with the fibers then being in the form of a strip of parallel fibers impregnated with resin, more commonly called "Tow preg".
  • the resins used can be loaded with particles of nanometric and/or micrometric sizes in order to improve the properties of the composite reinforcement envelope 4. These particles can be based on a material chosen from ceramic materials, glasses, metals, organic materials or any combination thereof. For example, hollow glass beads can be used to lighten and reduce the risk of delamination of the fiber strips of the composite reinforcement envelope 4, graphene or carbon nanotubes leading to an improvement in the properties of the composite reinforcement envelope 4.
  • the reinforcement envelope 4 comprises a central cylindrical part and two longitudinal ends which are substantially dome-shaped or hemispherical ( Figures 2 and 3 ).
  • the protective coating 5 is slipped over the central cylindrical portion of the reinforcing jacket 4.
  • the reinforcing casing 4 has not yet undergone its annealing step when the first protective sleeve 6 is put on.
  • the heating step intended to cause the retraction of the first protective sleeve 6 can also be used to carry out this annealing step of the reinforcing casing 4. It is thus possible in a single step, and for example in a single furnace, to retract the first protective sleeve 6 and to anneal the reinforcing casing 4.
  • the superposition of the first protective sleeve 6 and the second polyurea-based protective layer 8 is chosen such that the elastic deformation of the protective coating 5 is greater than the maximum elastic deformation of the last layer of the reinforcing envelope 4, measured under normal conditions of use.
  • the normal conditions of use are defined in UNECE Regulation No. 134 published in the Official Journal of 17/01/2019.
  • the elastic deformation is measured by tensile tests according to ISO 527, at temperatures from -45°C to 85°C at 95% humidity.

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Abstract

Le réservoir (2) de gaz sous pression définit un volume intérieur de stockage d'un gaz sous pression. Il comprend :
- une enveloppe de renforcement (4) réalisée en matériau composite comprenant des fibres et/ou des particules de renfort, l'enveloppe de renforcement (4) comprenant une partie cylindrique centrale,
- un revêtement de protection (5) enfilé sur la partie cylindrique centrale de l'enveloppe de renforcement (4), le revêtement de protection (5) comprenant au moins une première couche de protection formée par un premier manchon de protection (6) continu sans soudure, le premier manchon de protection (6) étant réalisé avec un ou plusieurs polymères thermo-rétractables, le revêtement de protection (5) étant configuré pour apporter une protection mécanique, chimique et/ou au feu.

Description

    Domaine technique
  • L'invention se rapporte au domaine des réservoirs sous pression, notamment pour un véhicule. L'invention concerne plus particulièrement un réservoir de gaz sous pression pour véhicule, ainsi qu'un véhicule comprenant un tel réservoir de gaz sous pression, ainsi qu'un procédé de protection d'un réservoir de gaz sous pression.
    • Arrière-plan technologique
  • Les réservoirs de gaz sous pression sont utilisés pour stocker et transporter tout type de gaz sous pression. Les réservoirs de gaz sous pression sont généralement classés selon l'un des cinq types suivants : un réservoir de gaz sous pression dit de type I ayant une construction entièrement métallique ; un réservoir de gaz sous pression dit de type Il ayant une construction métallique comprenant un enroulement en fibres pour le renforcement de sa partie cylindrique ; un réservoir de gaz sous pression dit de type III ayant un liner métallique avec une structure de renforcement composite ; un réservoir de gaz sous pression dit de type IV comprenant un liner en plastique avec une structure de renforcement composite; et un réservoir de gaz sous pression dit de type V ayant une structure de renforcement composite et étant dépourvu de liner.
  • Ainsi on connaît déjà dans l'état la technique, un réservoir de gaz sous pression par exemple configuré pour stocker du gaz à une pression d'au moins 350 bar ou d'au moins 700 bar, le gaz étant, par exemple, de l'hydrogène (H2). Ce réservoir de gaz sous pression est configuré pour être utilisé par un véhicule équipé du réservoir de gaz sous pression pour diverses fonctions, en tant que source d'énergie. Ce réservoir est habituellement fabriqué en matériau composite pour des raisons de gain de masse et de sécurité.
  • Un tel réservoir de gaz sous pression est classiquement composé d'une enveloppe interne appelée liner, laquelle possède une fonction d'étanchéité vis-à-vis du gaz contenu dans le réservoir. Le liner est, par exemple, fait d'un matériau plastique, dans le cas d'un réservoir de type IV, choisi pour sa légèreté et son faible coût de fabrication, ou d'un métal comme de l'aluminium, ou bien d'une autre matière comme un alliage métallique, dans le cas d'un réservoir de type III. Le liner de type « plastique » comprend au moins une ouverture pour le remplissage et le vidage du réservoir. Il est fabriqué par injection ou par rotomoulage ou par extrusion-soufflage d'un matériau polymère thermoplastique ou thermodurcissable comme par exemple le polyéthylène, le polyamide, le polyphthalamide, le polyuréthane, le silicone, le polyoxyméthylène. Avantageusement, dans le cadre d'un réservoir de Type IV, le plastique choisi pour le liner peut être chargé de fibres, de particules de tailles nanométrique ou micrométrique, ou encore, être composé de plusieurs couches. Les fibres de renfort sont, par exemple, des fibres de verre, des fibres de carbone, des fibres de basalte, des fibres d'aramide, des fibres polymères, des fibres de silice, des fibres de polyéthylène, des fibres naturelles, des fibres métalliques, des fibres d'alliages métalliques ou des fibres céramiques. Les particules peuvent être choisies parmi différents types de matériaux, comme par exemple les céramiques, le verre, les métaux, les matériaux organiques, ou une combinaison de ceux-ci. Ces charges permettent d'augmenter la résistance à la déformation du matériau composite. Dans un matériau polymère chargé de fibres de renfort, les fibres de renfort et le matériau polymère sont enchevêtrés pour former un matériau monobloc. Outre les fibres de renfort, il est aussi possible d'intégrer d'autres charges comme des particules de renfort telles que des particules de graphène, des particules CSR (pour « core-shell rubber » en langue anglaise) ou des nanotubes de carbone. Dans le cadre d'un empilement de plusieurs couches, celles-ci peuvent être obtenues à partir de différents matériaux, comme par exemple les métaux ou les matériaux organiques. Cette approche multicouche permet de réduire la perméabilité au gaz du liner. Les deux approches mentionnées peuvent être combinées.
  • Le liner est généralement de forme globalement cylindrique et présente deux extrémités en forme de dôme ou hémisphérique. Le liner comporte une ouverture, laquelle est généralement surmontée par un embout de remplissage/distribution de gaz. Le fluide sous pression exerce de fortes contraintes sur la surface interne du liner, lesquelles peuvent porter atteinte à l'intégrité du liner et provoquer des fuites dangereuses, notamment avec des gaz combustibles comme l'hydrogène.
  • Pour améliorer les propriétés mécaniques du réservoir de gaz sous pression, le liner est entouré par une structure de renforcement composite, généralement réalisée par enroulement autour du liner de bandes de fibres imprégnées d'une résine, selon différents angles.
  • Classiquement, afin de protéger la structure de renforcement composite contre les éléments environnementaux (température, eau, rayonnements, U.V., ozone, attaques chimiques...), on prévoit l'ajout d'une couche de protection supplémentaire à l'extérieur du réservoir apportant une résistance aux agressions chimiques, mécaniques et/ou thermiques. Celle-ci est en général constituée soit d'une couche de fibres de verre imprégnées de résine intumescente (appliquées par enroulement filamentaire en voie sèche ou humide), d'un revêtement intumescent en général à base d'époxy deux composantes (2K) appliquée par pulvérisation (spray), dosage directe ou injection, ou d'une combinaison des deux. La couche de protection à base d'époxy contient des agents intumescents qui, après exposition au feu, se dilatent et créent une barrière isolante. L'expansion et la calcination de la résine par la réaction intumescente permet de réduire et de ralentir le transfert thermique des flammes à la structure de renforcement composite, retardant ainsi l'élévation de la température de la structure de renforcement composite et, par conséquent, la décomposition de la résine de la structure de renforcement composite. Ce phénomène permet aux équipements de vidage rapide installés sur les embouts du réservoir de purger le réservoir et d'éviter la défaillance de celui-ci, par exemple, par rupture de la structure de renforcement composite.
  • Toutefois, de telles couches de protection ne permettent pas de garantir un niveau de protection satisfaisant de la structure de renforcement composite à des épaisseurs minimales du fait de leur fragilité intrinsèque. Par exemple, la formation de fissures post impact crée un chemin permettant, entre autres, à des produits chimiques d'entrer en contact avec la structure de renforcement composite et donc de la corroder. Cette corrosion augmente le risque de défaillance du réservoir. Ce phénomène de fissuration post-impact est exacerbé aux températures négatives.
  • Par ailleurs, la couche de protection à base d'époxy ne présente pas de capacité d'amortissement des impacts à basse température. En outre, la couche de protection à base d'époxy requiert de longues durées de réticulation à température ambiante, ce qui entraîne, lors de la fabrication du réservoir, l'utilisation de four pour accélérer la réticulation et donc augmente les coûts. Par ailleurs, ce retard de durcissement ne permet pas d'obtenir les propriétés désirées de la couche de protection à base d'époxy (résistance aux agressions chimiques, mécaniques et/ou thermiques) et de la surface de contact entre la couche de protection à base d'époxy et la structure de renforcement composite, ce qui peut causer les défauts précités.
  • Il est donc souhaitable de disposer d'une couche de protection capable de résister aux contraintes chimiques, mécaniques et thermiques imposées au réservoir, dans de larges gammes de température, et ne présentant pas ces inconvénients. Il est, en outre, souhaitable que la couche de protection possède ces propriétés tout en étant relativement légère.
  • Une solution proposée a été d'utiliser des couches de protection à base de polyurées. Bien qu'efficace, cette solution présente l'inconvénient d'ajouter une masse et un volume qui peuvent être considérés comme trop importants par certains constructeurs. En outre, les procédés de dépôt de couches de polyurées sont complexes à mettre en œuvre.
  • Les documents FR 3 025 584 A1 et FR 3 037 633 A1 décrivent des exemples de réservoirs de gaz sous pression de l'art antérieur.
  • Ainsi, un but de l'invention est de fournir un revêtement de protection pour un réservoir de gaz sous pression capable de résister aux contraintes chimiques, mécaniques et thermiques imposées au réservoir, et ceci, dans de larges gammes de température. Il est, en outre, souhaitable que le revêtement de protection possède ces propriétés tout en étant relativement léger et fin.
    • Résumé de l'invention
  • À cet effet, l'invention a pour objet un réservoir de gaz sous pression définissant un volume intérieur de stockage d'un gaz sous pression et comprenant :
    • une enveloppe de renforcement réalisée en matériau composite comprenant des fibres et/ou des particules de renfort, l'enveloppe de renforcement comprenant une partie cylindrique centrale,
    caractérisé en ce qu'il comprend en outre :
    • un revêtement de protection enfilé sur la partie cylindrique centrale de l'enveloppe de renforcement, le revêtement de protection comprenant au moins une première couche de protection formée par un premier manchon de protection continu sans soudure, le premier manchon de protection étant réalisé avec un ou plusieurs polymères thermo-rétractables, le revêtement de protection étant configuré pour apporter une protection mécanique, chimique et/ou au feu.
  • Le fait que le premier manchon de protection soit réalisé en un ou plusieurs polymères thermo-rétractables permet de faciliter la fabrication du réservoir. En particulier, on comprend que pour la mise en place du premier manchon de protection, il suffit d'enfiler le premier manchon de protection, qui n'a pas encore été thermo-rétracté, par une des extrémités de l'enveloppe de renforcement puis de le placer au niveau de la partie cylindrique centrale de l'enveloppe de renforcement. Le premier manchon de protection est ensuite chauffé à une température prédéterminée afin de provoquer la thermo-rétraction du premier manchon de protection. Ainsi, la mise en place du revêtement de protection est particulièrement simple et rapide. Il est ainsi possible d'apporter de manière simple et peu couteuse une protection mécanique, chimique et/ou au feu à l'enveloppe de renforcement.
  • De préférence, le premier manchon de protection est configuré de sorte que son diamètre se rétracte de 50 % à 80 % par rapport à son diamètre d'origine lorsqu'il est chauffé à une température supérieure à 120°C, par exemple supérieure à 150°C, de préférence d'environ 200°C. De telles température permettent avantageusement d'obtenir un bon niveau de rétraction du premier manchon de protection tout en réduisant le risque d'endommagement d'une autre partie du réservoir.
  • L'utilisation d'un manchon de protection en tant que première couche de protection permet de contrôler précisément l'épaisseur de cette première couche de protection contrairement, par exemple, à une couche de protection qui serait appliquée par pulvérisation. De préférence, la ou les couches de protection du revêtement de protection forme(nt) une paroi ayant une épaisseur comprise entre 0,5 et 12 mm, de préférence comprise entre 0,5 et 8 mm, encore plus de préférence comprise entre 0,5 et 3 mm.
  • En outre, l'utilisation d'un manchon de protection permet de contrôler l'uniformité physique et chimique au sein du matériau composant le manchon de protection. Enfin, la rétraction du premier manchon de protection lors de la fabrication du réservoir permet d'appliquer une pression sur la partie cylindrique centrale de l'enveloppe de renforcement, ce qui favorise l'évacuation de l'air qui pourrait être emprisonné dans le l'enveloppe de renforcement, améliorant ainsi les propriétés de résistance mécanique de l'enveloppe de renforcement.
  • Par « polymère thermo-rétractable », on entend désigner des polymères thermo-rétractables ou des polymères à mémoire de forme, qui sont généralement réticulés. Ces polymères permettent avantageusement d'obtenir des niveaux de rétraction tels que le diamètre du premier manchon de protection se rétracte de 50 % à 80 % par rapport à son diamètre d'origine lorsqu'il est chauffé au-delà d'une température prédéterminée.
  • L'enveloppe de renforcement est typiquement formée par un enroulement de bandes de fibres imprégnées d'une résine, selon différents angles. Les fibres mises en œuvre peuvent être choisies parmi les céramiques les verres et les matériaux organiques. Par exemple, les fibres de carbone, les fibres de verre, les fibres d'aramides sont communément employées. Les résines considérées peuvent être thermodurcissables, photodurcissables ou thermoplastiques. Par exemple, pour les résines thermodurcissables ou photodurcissables, on utilise des résines de type époxy ou vinylester, et, pour les résines thermoplastiques, des résines de type polyamide ou polyétheréthercétone (PEEK). Le processus d'enroulement peut être effectué en voie humide, les fibres plongeant alors dans un bain de résine avant d'être enroulées, ou bien en voie sèche, les fibres se présentant alors sous forme de bande de fibres parallèles imprégnées de résine, plus communément appelé « Tow preg ». Les résines mises en œuvre peuvent être chargées de particules de tailles nanométriques et/ou micrométriques afin d'améliorer les propriétés de l'enveloppe de renforcement composite. Ces particules peuvent être à base d'un matériau choisi parmi les matériaux céramiques, les verres, les métaux, les matériaux organiques ou toutes combinaisons de ceux-ci. Par exemple, on peut utiliser des billes de verre creuses permettant un allègement et une réduction des risques de délaminage des bandes de fibres de la structure de renforcement composite, du graphène ou des nanotubes de carbone conduisant à une amélioration des propriétés de l'enveloppe de renforcement composite d'un point de vue mécanique, électrique ou thermique, et à une réduction du risque de délamination des bandes de fibres de l'enveloppe de renforcement composite, des billes de caoutchouc permettant une augmentation de la ductilité, une réduction du risque de délamination des bandes de fibres de l'enveloppe de renforcement composite ainsi qu'une réduction de contraintes résiduelles au sein de l'enveloppe de renforcement composite.
  • Selon un mode de réalisation préféré, le réservoir de gaz sous pression est destiné à contenir de l'hydrogène sous pression et à être utilisé sur un véhicule, tel qu'un véhicule automobile, un camion, un bus, un train, un engin de chantier ou encore un bateau.
  • Selon un mode de réalisation préféré, le réservoir de gaz sous pression selon l'invention est tel qu'il est conforme au règlement n° 134 de la Commission économique pour l'Europe des Nations unies (CEE-ONU) dans sa version [2019/795].
  • L'invention peut également comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes prises seules ou en combinaison.
  • Avantageusement, le revêtement de protection comprend au moins une deuxième couche de protection formée par un deuxième manchon de protection continu sans soudure réalisé avec un ou plusieurs polymères thermo-rétractables. De cette façon, on peut prévoir que chaque couche de protection apporte des propriétés différentes ou complémentaires des propriétés de l'autre couche. Comme pour le premier manchon de protection, le deuxième manchon de protection est de préférence configuré de sorte que son diamètre se rétracte de 50 % à 80 % de son diamètre d'origine lorsqu'il est chauffé à une température supérieure à 120°C, par exemple supérieure à 150°C, de préférence d'environ 200°C. Comme indiqué précédemment, de telles température permettent avantageusement d'obtenir un bon niveau de rétraction du deuxième manchon de protection tout en réduisant le risque d'endommagement d'une autre partie du réservoir.
  • Selon un mode de réalisation, le deuxième manchon de protection est enfilé au moins en partie sur le premier manchon de protection. Ainsi, les zones du réservoir dans lesquelles le deuxième manchon de protection est enfilé sur le premier manchon de protection bénéficie à la fois des caractéristiques de protection conférées par le premier manchon de protection et le deuxième manchon de protection. De préférence, le deuxième manchon de protection est enfilé sur l'ensemble du premier manchon de protection.
  • De manière avantageuse, la partie cylindrique centrale de l'enveloppe de renforcement est agencée entre deux parties d'extrémité longitudinales de l'enveloppe de renforcement, le revêtement de protection étant enfilé, en outre, sur au moins une des deux parties d'extrémité longitudinales de l'enveloppe de renforcement. De cette manière, en plus de la partie cylindrique centrale, il est possible de protéger au moins une des extrémités longitudinales de l'enveloppe de renforcement avec le revêtement de protection. Selon un mode de réalisation, le revêtement de protection est enfilé sur les deux parties d'extrémité longitudinales de l'enveloppe de renforcement. On comprend alors que le revêtement de protection recouvre sensiblement une plus grande partie de l'enveloppe de renforcement, voire recouvre sensiblement entièrement l'enveloppe de renforcement.
  • Selon un mode de réalisation, le revêtement de protection comprend au moins une deuxième couche de protection formée par une couche de polyurée, de polyuréthane ou de polysilicone. Une telle solution combinant le premier manchon de protection et une couche de protection formée par une couche de polyurée, de polyuréthane ou de polysilicone permet d'obtenir les avantages procurés par une couche de protection formée par une couche de polyurée, de polyuréthane ou de polysilicone tout en réduisant les inconvénients qui y sont associés, c'est-à-dire en réduisant la masse et le volume apportés par une telle couche. En effet, en raison de la présence du premier manchon de protection, il est possible de prévoir une couche de protection formée par une couche de polyurée, de polyuréthane ou de polysilicone qui soit plus fine et donc dont le poids et le volume sont moins importants.
  • Selon un mode de réalisation, la deuxième couche de protection recouvre au moins en partie le premier manchon de protection. Selon un autre mode de réalisation, le premier manchon de protection est enfilé au moins en partie sur la deuxième couche de protection. Selon les modes de réalisation, on peut donc choisir lequel entre le premier manchon de protection et la deuxième couche de protection recouvre l'autre en fonction des propriétés que l'on souhaite apporter au revêtement de protection.
  • Avantageusement, la première couche de protection et/ou la deuxième couche de protection comprend/comprennent au moins un agent retardateur de feu et/ou un agent intumescent. Ainsi, la première et/ou la deuxième couche de protection confère(nt) des propriétés de résistance au feu. L'agent retardateur de feu et/ou l'agent intumescent peu(ven)t être choisi(s) parmi le groupe constitué par des composés halogénés, des composés phosphorés, des composés borés, des hydroxydes métalliques et des oxydes métalliques et d'un mélange d'au moins deux d'entre eux. La concentration en agent intumescent dans la couche à base de polyurée peut notamment être comprise entre 0,1% et 50% en poids, par rapport au poids total de la couche à base de polyurée, notamment être de 10 à 24% en poids. Les agents intumescents halogénés sont, en particulier, choisis parmi les composés chlorés et/ou bromés tels que les polybromo-diphényléthers (PBDE), le tétrabromo-bisphénol A, les hexabromo-cyclododécanes, le décabromo-diphényléthane, le Dechlorane® plus (retardateur de flamme polychloré produit par OXYCHEM) et les paraffines chlorées à chaîne courte (SCCP). Les composés borés sont, en particulier, des polyborates. Les composés phosphorés sont, en particulier, des polyphosphates. Les hydroxydes métalliques sont, en particulier, choisis parmi les hydroxydes d'aluminium et les hydroxydes de magnésium. Les oxydes métalliques sont, en particulier, choisis dans le groupe comprenant les dioxydes de titane, la silice, les oxydes d'aluminium et oxydes d'antimoine. Selon un mode de réalisation dans lequel le revêtement de protection comprend une première couche de protection et une deuxième couche de protection, on prévoit que les parties d'extrémité longitudinales de l'enveloppe de renforcement sont couvertes au moins en partie ou en totalité par une couche de protection ne contenant pas un agent intumescent et l'autre couche de protection ne recouvrent pas les parties d'extrémité longitudinales de l'enveloppe de renforcement.
  • De préférence, la première couche de protection et/ou la deuxième couche de protection comprend/comprennent un additif choisi parmi le groupe constitué par les absorbeurs d'UV, les stabilisateurs à la lumière, les antioxydants, les agents dispersants, les agents mouillants, les agents plastifiants, les anti-mousses et les atténuateurs d'impact. On améliore ainsi la fabricabilité et/ou la durabilité du revêtement de protection.
  • De préférence, le polymère thermo-rétractable dans lequel est réalisé le premier manchon de protection et/ou le deuxième manchon de protection appartient aux familles des polyéthylènes, des polyoléfines, des polychlorures de vinyle (PVC), des polytétrafluoroéthylène (PTFE), des polymères flurocarbonés, des polychloroprènes et l'éthylène propylène fluoré (FEP). Ces polymères permettent avantageusement d'obtenir des niveaux de rétraction tels que le diamètre du premier manchon de protection se rétracte de 50 % à 80 % par rapport à son diamètre d'origine lorsqu'il est chauffé au-delà d'une température prédéterminée. En outre, ces polymères thermo-rétractables ont l'avantage d'être infusibles, anti-corrosion, résistants à l'humidité et résistants aux impacts. Certains de ces polymères thermo-rétractables ont, en outre, l'avantage de pouvoir être transparent, ce qui permet de voir les éléments du réservoir situés sous le manchon de protection.
  • Selon un mode de réalisation, le polymère thermo-rétractable dans lequel est réalisé le premier manchon de protection est différent du polymère thermo-rétractable dans lequel est réalisé le deuxième manchon de protection. Selon un autre mode de réalisation, le polymère thermo-rétractable dans lequel est réalisé le premier manchon de protection est identique au polymère thermo-rétractable dans lequel est réalisé le deuxième manchon de protection. Selon les modes de réalisation, on peut donc choisir les polymères thermo-rétractables utilisés pour réaliser le premier manchon de protection et le deuxième manchon de protection en fonction des propriétés que l'on souhaite apporter au revêtement de protection.
  • Selon un mode de réalisation, le volume intérieur du réservoir est délimité par un liner. On comprend alors que l'enveloppe de renforcement est disposée par-dessus le liner. Une telle disposition correspond classiquement à des réservoirs de type III (lorsque le liner est réalisé en métal) et des réservoirs de type IV (lorsque le liner est réalisé en matière plastique). On comprend également que, si le liner n'est pas présent, le réservoir peut être un réservoir de type V.
  • Selon un mode de réalisation particulier, le liner est réalisé en matière plastique. On comprend que le réservoir de gaz sous pression est alors un réservoir de type IV.
  • Selon un autre mode de réalisation particulier, le réservoir de gaz sous pression ne comprend pas de liner, le volume intérieur du réservoir n'étant donc pas délimité par un liner. On comprend que le réservoir de gaz sous pression est alors un réservoir de type V.
  • L'invention a également pour objet un véhicule comprenant un réservoir de gaz sous pression tel que défini précédemment. Par « véhicule », on entend désigner tout véhicule, tel qu'un véhicule automobile, un camion, un bus, un train, un engin de chantier ou encore un bateau.
  • L'invention a également pour objet un procédé de protection d'un réservoir de gaz sous pression, le procédé comprenant les étapes suivantes :
    1. a) fournir un réservoir comprenant une enveloppe de renforcement réalisée en matériau composite comprenant des fibres et/ou des particules de renfort, l'enveloppe de renforcement comprenant une partie cylindrique centrale,
    2. b) enfiler, sur la partie cylindrique centrale de l'enveloppe de renforcement, un premier manchon de protection continu sans soudure réalisé avec un ou plusieurs polymères thermo-rétractables,
    3. c) chauffer le premier manchon de protection de manière à obtenir une rétraction de celui-ci afin d'enserrer la partie cylindrique centrale de l'enveloppe de renforcement sur laquelle est enfilée le premier manchon de protection.
  • Ce procédé permet de réaliser de manière simple et économique la mise en place d'un revêtement de protection permettant de protéger la partie cylindrique centrale de l'enveloppe de renforcement.
  • On comprend que l'étape de chauffage est réalisée à une température et pendant une durée permettant d'obtenir une rétraction du premier manchon de protection afin d'enserrer la partie cylindrique centrale de l'enveloppe de renforcement.
  • Selon un mode de réalisation, le procédé comprend, en outre, les étapes suivantes :
    • d) enfiler sur l'ensemble obtenu après l'étape c) de chauffage un deuxième manchon de protection continu sans soudure réalisé avec un ou plusieurs polymères thermo-rétractables, et
    • e) chauffer le deuxième manchon de protection de manière à obtenir une rétraction de celui-ci afin d'enserrer l'ensemble obtenu après l'étape c).
  • Il est ainsi possible de former de manière simple, rapide et économique un revêtement de protection formé de deux couches de protection ayant des propriétés de protection similaires ou différentes, ces deux couches de protection étant formées respectivement par le premier manchon de protection et le deuxième manchon de protection.
  • Selon un mode de réalisation, le procédé comprend, en outre, une étape d) consistant à appliquer une couche de polyurée, de polyuréthane ou de polysilicone formant une couche de protection sur au moins une partie de l'ensemble obtenu après l'étape c). Une telle solution combinant le premier manchon de protection et une couche de protection formée par une couche de polyurée, de polyuréthane ou de polysilicone permet d'obtenir les avantages procurés par une couche de protection formée par une couche de polyurée, de polyuréthane ou de polysilicone tout en réduisant les inconvénients qui y sont associés, c'est-à-dire en réduisant la masse et le volume apportés par une telle couche. En effet, en raison de la présence du premier manchon de protection, il est possible de prévoir une couche de protection formée par une couche de polyurée, de polyuréthane ou de polysilicone qui soit plus fine et donc dont le poids et le volume sont moins importants.
    • Brève description des figures
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
    • [Fig. 1] la figure 1 est une représentation schématique d'un véhicule comprenant un réservoir de gaz sous pression selon l'invention ;
    • [Fig. 2] la figure 2 est une représentation schématique en coupe longitudinale d'un réservoir de gaz sous pression selon un premier mode de réalisation de l'invention, sur laquelle le manchon de protection est représenté à l'état étendu ;
    • [Fig. 3] la figure 3 est une représentation schématique en coupe longitudinale du réservoir de gaz sous pression de la figure 3, sur laquelle le manchon de protection est représenté à l'état rétreint ;
    • [Fig. 4] la figure 4 est une représentation schématique en coupe longitudinale d'un réservoir de gaz sous pression selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, sur laquelle le manchon de protection est représenté à l'état rétreint ;
    • [Fig. 5] la figure 5 est une représentation schématique en coupe longitudinale d'un réservoir de gaz sous pression selon un troisième mode de réalisation de l'invention.
    Description détaillée
  • On a représenté sur les figures 1 à 5 un véhicule automobile 1 (figure 1) comprenant un réservoir 2 de gaz sous pression selon trois modes de réalisation de l'invention. Les éléments analogues entre les différents modes de réalisation sont désignés par des références identiques.
    • Premier mode de réalisation
  • On décrit ci-dessous, par référence aux figures 1 à 3, un premier mode de réalisation de l'invention.
  • Dans le cas présent, le réservoir 2 de gaz sous pression est destiné à stocker et distribuer de l'hydrogène sous pression. Le réservoir 2 de gaz sous pression est donc apte à contenir de l'hydrogène sous pression à une pression de stockage de 350 bar, voire de 700 bar, à température ambiante.
  • Le réservoir 2 a une forme générale allongée et présente une section cylindrique centrale à section transversale circulaire et deux extrémités longitudinales en forme de dôme ou hémisphérique. Dans le cas présent, le réservoir 2 comprend une enveloppe interne, aussi appelée liner 3, une enveloppe de renforcement 4 et un revêtement de protection 5.
  • Le liner 3 est réalisé en matière plastique et délimite le volume intérieur du réservoir 2. Le liner 3 possède une fonction d'étanchéité vis-à-vis du gaz contenu dans le réservoir 2. Le liner 3 est fabriqué par injection ou par rotomoulage ou par extrusion-soufflage d'un matériau polymère thermoplastique ou thermodurcissable comme par exemple le polyéthylène, le polyamide, le polyphthalamide, le polyuréthane, le silicone, le polyoxyméthylène. Le plastique peut être chargé de fibres, de particules de tailles nanométrique ou micrométrique, ou encore, être composé de plusieurs couches. Les fibres de renfort sont, par exemple, des fibres de verre, des fibres de carbone, des fibres de basalte, des fibres d'aramide, des fibres polymères, des fibres de silice, des fibres de polyéthylène, des fibres naturelles, des fibres métalliques, des fibres d'alliages métalliques ou des fibres céramiques. Les particules peuvent être choisies parmi différents types de matériaux, comme par exemple les céramiques, le verre, les métaux, les matériaux organiques, ou une combinaison de ceux-ci. Ces charges permettent d'augmenter la résistance à la déformation du matériau composite. Dans un matériau polymère chargé de fibres de renfort, les fibres de renfort et le matériau polymère sont enchevêtrés pour former un matériau monobloc. Outre les fibres de renfort, il est aussi possible d'intégrer d'autres charges comme des particules de renfort telles que des particules de graphène, des particules CSR (pour « core-shell rubber » en langue anglaise) ou des nanotubes de carbone.
  • Le liner 3 est entouré par l'enveloppe de renforcement 4 réalisée en matériau composite, ce qui lui vaut d'être aussi appelée « enveloppe de renforcement 4 composite ». L'enveloppe de renforcement 4 est généralement réalisée par enroulement autour du liner 3 de bandes de fibres imprégnées d'une résine, selon différents angles. Les fibres mises en œuvre sont, par exemple, choisies parmi les céramiques, les verres et les matériaux organiques. Par exemple, les fibres de carbone, les fibres de verre, les fibres d'aramides sont communément employées. Les résines considérées peuvent être thermodurcissables, photodurcissables ou thermoplastiques. Par exemple, pour les résines thermodurcissables ou photodurcissables, on utilise des résines de type époxy ou vinylester ; et, pour les résines thermoplastiques, des résines de type polyamide ou polyétheréthercétone (PEEK). Le processus d'enroulement peut être effectué en voie humide, les fibres plongeant alors dans un bain de résine avant d'être enroulées, ou bien en voie sèche, les fibres se présentant alors sous forme de bande de fibres parallèles imprégnées de résine, plus communément appelé « Tow preg ». Les résines mises en œuvre peuvent être chargées de particules de tailles nanométriques et/ou micrométriques afin d'améliorer les propriétés de l'enveloppe de renforcement 4 composite. Ces particules peuvent être à base d'un matériau choisi parmi les matériaux céramiques, les verres, les métaux, les matériaux organiques ou toutes combinaisons de ceux-ci. Par exemple, on peut utiliser des billes de verre creuses permettant un allègement et une réduction des risques de délaminage des bandes de fibres de l'enveloppe de renforcement 4 composite, du graphène ou des nanotubes de carbone conduisant à une amélioration des propriétés de l'enveloppe de renforcement 4 composite d'un point de vue mécanique, électrique ou thermique, et à une réduction du risque de délamination des bandes de fibres de l'enveloppe de renforcement 4 composite, des billes de caoutchouc permettant une augmentation de la ductilité, une réduction du risque de délamination des bandes de fibres de l'enveloppe de renforcement 4 composite ainsi qu'une réduction de contraintes résiduelles au sein de l'enveloppe de renforcement 4 composite.
  • Dans le cas présent, une fois mise en place, l'enveloppe de renforcement 4 comprend une partie cylindrique centrale et deux extrémités longitudinales sensiblement en forme de dôme ou hémisphériques (figures 2 et 3).
  • Afin de protéger l'enveloppe de renforcement 4 contre les éléments environnementaux - tels que les températures hautes ou basses, l'eau, les rayonnements (par exemple, U.V.), l'exposition à l'ozone, ou les attaques chimiques - le revêtement de protection 5 est enfilé sur la partie cylindrique centrale de l'enveloppe de renforcement 4.
  • Selon le premier mode de réalisation, le revêtement de protection 5 comprend une première, et unique, couche de protection formée par un premier manchon de protection 6 continu sans soudure. Le premier manchon de protection 6 est réalisé en un ou plusieurs polymères thermo-rétractables et est configuré pour apporter une protection mécanique, chimique et/ou au feu.
  • Le revêtement de protection 5 couvre notamment au moins 80% de la partie cylindrique centrale de l'enveloppe de renforcement 4, en particulier, au moins 90%, par exemple au moins 95%. Le revêtement de protection 5 selon l'invention peut couvrir la totalité de la partie cylindrique centrale du réservoir.
  • Selon le présent mode de réalisation, le polymère thermo-rétractable dans lequel est réalisé le premier manchon de protection appartient aux familles des polyéthylènes, des polyoléfines, des polychlorures de vinyle (PVC), des polytétrafluoroéthylène (PTFE), des polymères flurocarbonés (par exemple, Viton®), des polychloroprènes (exemple, Néoprène®) et l'éthylène propylène fluoré (FEP).
  • Avantageusement, le ou les polymères thermo-rétractables sont choisis de telle sorte que la déformation élastique du premier manchon de protection est supérieure à la déformation élastique maximale de la dernière couche de l'enveloppe de renforcement 4, mesurée en conditions normales d'utilisation. Les conditions normales d'utilisation sont par exemple définies dans le règlement n°134 de la Commission Économique des Nations Unies pour l'Europe (CEE-ONU) parue au journal officiel du 17/05/2019.
  • La déformation élastique est mesurée par des essais de traction selon la norme ISO 527, sur l'intervalle de température ambiante d'utilisation du réservoir 2 sous pression. Notamment, dans le cadre du règlement n°134 de la CEE-ONU, ces températures vont de - 40°C à 85°C avec 95% d'humidité. Cette valeur est comparée à la déformation maximale de la couche supérieure de l'enveloppe de renforcement 4, mesurée à la pression maximale d'utilisation (MWP). Notamment, dans le cadre du règlement n°134 de la CEE-ONU, cette pression maximale d'utilisation (MWP) correspond à 150% de la pression normale d'utilisation (NWP).
  • Avant d'être thermo-rétreint, le premier manchon de protection 6 a un diamètre étendu D1 (figure 2). Lorsqu'il est soumis à une température supérieure à une température prédéterminée, notamment lorsqu'il est soumis à une température supérieure à 120°C, par exemple supérieure à 150°C, de préférence d'environ 200°C, le premier manchon de protection 6 se rétracte et voit son diamètre rétreint D2 (figure 3) être diminué par rapport au diamètre étendu D1. À l'état rétreint, le premier manchon de protection 6 enserre la partie cylindrique centrale de l'enveloppe de renforcement 4.
  • On peut prévoir que le premier manchon de protection 6 comprend un agent retardateur de feu et/ou un agent intumescent. Ainsi, le premier manchon de protection 6 confère des propriétés de résistance au feu.
  • Par ailleurs, on peut prévoir que le premier manchon de protection 6 comprend un additif choisi parmi le groupe constitué par les absorbeurs d'UV, les stabilisateurs à la lumière, les antioxydants, les agents dispersants, les agents mouillants, les agents plastifiants, les anti-mousses et les atténuateurs d'impact.
  • On décrit ci-après un procédé de protection d'un réservoir 2 de gaz sous pression. Le procédé comprend les étapes suivantes :
    1. a) Fournir un réservoir 2 comprenant une enveloppe de renforcement 4 réalisée en matériau composite comprenant des fibres et/ou des particules de renfort, l'enveloppe de renforcement 4 comprenant une partie cylindrique centrale ;
    2. b) Enfiler, sur la partie cylindrique centrale de l'enveloppe de renforcement 4, un premier manchon de protection 6 continu sans soudure réalisé avec un ou plusieurs polymères thermo-rétractables. Lors de cette étape, le premier manchon de protection 6 est dans son état étendu et se présente donc avec son diamètre étendu D1. Ce diamètre étendu D1 est choisi de sorte à être suffisamment grand pour que le premier manchon de protection 6 puisse être facilement enfilé sur l'enveloppe de renforcement 4 (figure 2) ;
    3. c) Chauffer le premier manchon de protection 6 de manière à obtenir une rétraction de celui-ci afin d'enserrer la partie cylindrique centrale de l'enveloppe de renforcement 4 sur laquelle est enfilée le premier manchon de protection 6 (figure 3). L'étape de chauffage est réalisée à toute température permettant d'obtenir une thermo-rétraction du premier manchon de protection 6. Ces températures sont généralement comprises entre 120°C et 200°C. De préférence, selon le présent mode de réalisation, l'étape de chauffage est effectuée à 200°C. De cette manière, on réduit le risque d'endommager le liner 3 qui est réalisé en matière plastique. Les moyens permettant d'obtenir la rétraction du premier manchon de protection 6 par chauffage sont nombreux. Par exemple, on peut prévoir, entre autres, des systèmes d'air chaud pulsé, de fours thermiques, de tunnels de thermo-rétraction, de réchauffeurs infrarouges, des becs de gaz.
  • De préférence, le chauffage est réalisé en chauffant depuis le centre du réservoir 2 vers les extrémités longitudinales du réservoir 2. Ainsi, lors de la rétraction du premier manchon de protection 6, qui aura elle aussi lieu depuis le centre du réservoir 2 vers les extrémités longitudinales du réservoir 2, le premier manchon de protection 6 comprime l'enveloppe de renforcement 4 en chassant progressivement vers les extrémités longitudinales les éventuelles bulles d'air emprisonnées dans l'enveloppe de renforcement 4 lors de l'enroulement des filaments formant l'enveloppe de renforcement 4.
  • Par ailleurs, on prévoit préférentiellement que l'enveloppe de renforcement 4 n'a pas encore subi sont étape de recuit lorsque le premier manchon de protection 6 est enfilé. De cette façon, non seulement l'évacuation des éventuelles bulles d'air est facilitée, mais, en outre, l'étape de chauffage destinée à entrainer la rétraction du premier manchon de protection 6 peut également être utilisée pour effectuer cette étape de recuit de l'enveloppe de renforcement 4. Il est ainsi possible en une seule étape, et par exemple dans un seul four, de rétracter le premier manchon de protection 6 et de recuire l'enveloppe de renforcement 4. Bien entendu, selon un autre mode de réalisation, on peut prévoir de recuire l'enveloppe de renforcement 4 avant d'enfiler le premier manchon de protection 6 au-dessus de la partie cylindrique centrale de l'enveloppe de renforcement 4.
  • À l'issue de ce procédé, le réservoir 2 de gaz sous pression obtenu correspond à un réservoir de gaz sous pression tel que décrit pour le premier mode de réalisation.
  • Selon une alternative de réalisation, on prévoit d'introduire un adhésif adapté entre l'enveloppe de renforcement 4 et le premier manchon de protection 6 afin d'assurer une grande cohésion entre ces deux éléments.
    • Deuxième mode de réalisation
  • On décrit ci-après, par référence à la figure 4, un deuxième mode de réalisation du réservoir 2 de gaz sous pression selon l'invention. Par soucis de clarté, on ne présentera ci-après que les éléments qui diffèrent entre le premier et le deuxième mode de réalisation.
  • Selon le deuxième mode de réalisation, le premier manchon de protection 6 est enfilé non seulement sur la partie cylindrique centrale, mais également sur une des deux parties d'extrémité longitudinales de l'enveloppe de renforcement 4 (figure 4). On comprend qu'il est ainsi possible de protéger également cette extrémité longitudinale de l'enveloppe de renforcement 4 en plus de la partie cylindrique centrale.
  • Alternativement, on peut prévoir que le premier manchon de protection 6 est enfilé à la fois sur la partie cylindrique centrale et sur les deux parties d'extrémité longitudinales (non représenté). On protège ainsi sensiblement toute la surface externe de l'enveloppe de renforcement 4.
  • Le procédé de protection d'un réservoir 2 de gaz sous pression tel que décrit ci-dessus par référence au premier mode de réalisation est également applicable pour obtenir un réservoir 2 de gaz sous pression selon le deuxième mode de réalisation. L'unique différence réside dans la réalisation de l'étape b). En effet, selon le deuxième mode de réalisation, lors de l'étape b), le premier manchon de protection 6 n'est pas seulement enfiler sur la partie cylindrique centrale de l'enveloppe de renforcement 4, mais également sur une des parties d'extrémité longitudinales.
    • Troisième mode de réalisation
  • On décrit ci-après, par référence à la figure 5, un troisième mode de réalisation du réservoir 2 de gaz sous pression selon l'invention. Par soucis de clarté, on ne présentera ci-après que les éléments qui diffèrent entre le premier et le troisième mode de réalisation.
  • Selon le troisième mode de réalisation, le revêtement de protection 5 comprend une deuxième couche de protection (figure 5).
  • Selon une première variante de ce troisième mode de réalisation, la deuxième couche de protection est formée par un deuxième manchon de protection 7 continu sans soudure réalisé avec un ou plusieurs polymères thermo-rétractables. Dans le cas présent, le deuxième manchon de protection 7 est enfilé sur le premier manchon de protection 6 et le recouvre entièrement (figure 5). Selon d'autres modes de réalisation, on peut prévoir que le deuxième manchon de protection 7 ne soit enfilé qu'en partie sur le premier manchon de protection 6, l'autre partie étant enfilée sur l'enveloppe de renforcement 4. On peut également prévoir que le deuxième manchon de protection 7 soit enfilé uniquement sur le premier manchon de protection 6 mais qu'il ne recouvre qu'une partie seulement du premier manchon de protection 6.
  • Comme pour le premier manchon de protection 6, de préférence, le deuxième manchon de protection 7 est réalisé en un ou des polymères thermo-rétractables appartenant aux familles des polyéthylènes, des polyoléfines, des polychlorures de vinyle (PVC), des polytétrafluoroéthylène (PTFE), des polymères flurocarbonés, des polychloroprènes et l'éthylène propylène fluoré (FEP).
  • De préférence, le polymère ou une partie des polymères thermo-rétractables dans lesquels est réalisé la première couche de protection 6 est différent du ou d'une partie des polymères thermo-rétractables dans lesquels est réalisation la deuxième couche de protection 7.
  • De préférence, l'épaisseur de la paroi du revêtement de protection 5, c'est-à-dire dans le cas présent l'épaisseur cumulée d'une paroi du premier manchon de protection 6 et d'une paroi du deuxième manchon de protection 7, est comprise entre 0,5 et 12 mm, de préférence comprise entre 0,5 et 8 mm, encore plus de préférence comprise entre 0,5 et 3 mm.
  • Les deux manchons de protection 6, 7 étant réalisés en polymère thermo-rétractable, elles présentent de bonnes propriétés d'adhésion entre elles. Il n'est donc pas nécessaire de prévoir la fourniture d'une couche adhésive entre le premier manchon de protection 6 et le deuxième manchon de protection 7.
  • Avantageusement, les polymères thermo-rétractables sont choisis de telle sorte que la déformation élastique de chaque manchon de protection 6, 7 est supérieure à la déformation élastique maximale de la dernière couche de l'enveloppe de renforcement 4, mesurée en conditions normales d'utilisation. Les conditions normales d'utilisation sont définies dans le règlement n°134 de la CEE-ONU parue au journal officiel du 17/05/2019. La déformation élastique est mesurée par des essais de traction selon la norme ISO 527, à des températures de -45°C à 85°C à 95% d'humidité.
  • Selon les variantes de réalisation, on peut prévoir que la première couche de protection 6 et/ou la deuxième couche de protection 7 comprend/comprennent au moins un agent retardateur de feu et/ou un agent intumescent.
  • Une couche de protection ne contenant pas d'agent intumescent dans le revêtement de protection 5 a, de préférence, une température de transition vitreuse Tg, mesurée par analyse mécanique dynamique (appelé parfois par son acronyme anglais DMA pour « dynamic mechanical analysis »), inférieure ou égale à -40°C, notamment inférieure ou égale à -43°C, avantageusement inférieure ou égale à -45°C.
  • Avantageusement, une couche de protection à base de polymère thermo-rétractable contenant un agent intumescent dans le revêtement de protection 5 a, de préférence, une température de transition vitreuse Tg, mesurée par DMA, inférieure ou égale à -20°C, notamment inférieure ou égale à -30°C, avantageusement inférieure ou égale à - 40°C.
  • De préférence, seul un parmi le premier manchon de protection 6 et le deuxième manchon de protection 7 comprend un agent intumescent et confère des propriétés de résistance au feu du revêtement de protection 5. Le manchon de protection qui ne comprend pas d'agent intumescent confère alors la résistance aux chocs du revêtement de protection 5. Les premier et deuxième manchons de protection 6, 7 contribuent à la résistance à la corrosion et aux agressions chimiques du revêtement de protection 5.
  • De même, selon les modes de réalisation, on peut prévoir que la première couche de protection 6 et/ou la deuxième couche de protection 7 comprend/comprennent un additif choisi parmi le groupe constitué par les absorbeurs d'UV, les stabilisateurs à la lumière, les antioxydants, les agents dispersants, les agents mouillants, les agents plastifiants, les anti-mousses et les atténuateurs d'impact.
  • De préférence, on prévoit que la couche de protection en contact direct avec l'enveloppe de renforcement 4 - c'est-à-dire le premier manchon de protection 6 dans le cas présent - possède des propriétés de résistance aux impacts. L'autre couche de protection - c'est-à-dire le deuxième manchon de protection 7 dans le cas présent - possède lui, de préférence, des propriétés à la fois intumescentes et de résistances aux attaques chimiques et au stress mécanique.
  • Le procédé de protection d'un réservoir 2 de gaz sous pression tel que décrit ci-dessus par référence au premier mode de réalisation est également applicable pour obtenir un réservoir 2 de gaz sous pression selon cette variante du troisième mode de réalisation. Il n'en diffère qu'en ce qu'il comprend, en outre, les étapes suivantes :
    • d) enfiler sur l'ensemble obtenu après l'étape c) de chauffage le deuxième manchon de protection 7, et
    • e) chauffer le deuxième manchon de protection 7 de manière à obtenir une rétraction de celui-ci afin d'enserrer l'ensemble obtenu après l'étape c).
  • Selon une deuxième variante du troisième mode de réalisation, la deuxième couche de protection du revêtement de protection 5 est formée par une couche de polyurée 8, de polyuréthane ou de polysilicone.
  • De préférence, selon cette variante du troisième mode de réalisation, le premier manchon de protection 6 est recouvert par la deuxième couche de protection, par exemple, une couche de polyurée.
  • L'utilisation de polyisocyanates aliphatiques pour la réalisation de la deuxième couche de protection à base de polyurée est préférée lorsqu'on cherche à préparer un produit qui ne jaunit pas ou qui possède une couleur adaptée au respect de certaines normes, notamment lorsque la deuxième couche de protection forme la couche extérieure du revêtement de protection 5.
  • Avantageusement, au moins une des deux couches de protection du revêtement de protection 5 contient au moins un additif choisi parmi les absorbeurs d'UV, les stabilisateurs à la lumière, les antioxydants, les agents dispersants, les agents mouillants tels que des tensioactifs, les agents plastifiants, les anti-mousses et les atténuateurs d'impact, également appelés modificateurs d'impact. Avantageusement, cette couche de protection comprend un additif, choisi parmi les agents tensioactifs, qui peut remplir une fonction d'agent mouillant et de stabilisateur de suspension.
  • Avantageusement, la deuxième couche de protection à base de polyurée 8 contient un agent intumescent choisi parmi le groupe constitué par des composés halogénés, des composés phosphorés, des composés borés, des hydroxydes métalliques et des oxydes métalliques et d'un mélange d'au moins deux d'entre eux. Les agents intumescents halogénés sont, en particulier, choisis parmi les composés chlorés et/ou bromés tels que les polybromo-diphényléthers (PBDE), le tetrabromo-bisphénol A, les hexabromo-cyclododécanes, le décabromo-diphényléthane, le déchlorane plus et les paraffines chlorées à chaine courte (SCCP). Les composés borés sont, en particulier, des polyborates. Les composés phosphorés sont, en particulier, des polyphosphates. Les hydroxydes métalliques sont, en particulier, choisis parmi les hydroxydes d'aluminium et hydroxydes de magnésium. Les oxydes métalliques sont, en particulier, choisis dans le groupe comprenant les dioxydes de titane, la silice, les oxydes d'aluminium et oxydes d'antimoine.
  • De préférence, lorsque la deuxième couche de protection à base de polyurée 8 comprend un agent intumescent, la polyurée est essentiellement aliphatiques. La polyurée est alors préparée, de préférence, à partir d'amines à chaînes aliphatiques courtes ou aromatiques. En outre, elle contient, de préférence, au moins un composé choisi parmi le décaborate de diammonium, l'hexane 6-olide et les acides gras insaturés en C18.
  • La deuxième couche de protection à base de polyurée 8 peut être appliquée ou déposée sur l'ensemble obtenu après l'étape c) du procédé de protection d'un réservoir 2 tel que décrit pour le premier mode de réalisation. L'application ou le dépôt peut se faire selon des méthodes connues de l'homme du métier.
  • Elle peut notamment être déposée par pulvérisation sous pression, par immersion ou au pinceau. De préférence, la deuxième couche de protection à base de polyurée 8 est appliquée par pulvérisation.
  • Les étapes de dépôt de la deuxième couche de protection à base de polyurée 8 sont effectuées à une température de 15°C à 75°C. Elles peuvent donc être effectuées à température ambiante, cette température devant, de préférence, être supérieure ou égale au point de rosée +3°C.
  • On peut prévoir que les étapes de dépôt de la deuxième couche de protection à base de polyurée 8 sont effectuées à température ambiante. Pour cela, le corps creux obtenu après la sortie du four, c'est-à-dire à l'issue de l'étape c) du procédé de protection, est laissé à reposer pendant une durée variable, jusqu'à refroidissement. Le temps pour obtenir un revêtement de protection 5 comprenant une deuxième couche de protection à base de polyurée 8 est inférieur ou égal à vingt-quatre heures, notamment inférieur ou égale à sept heures, généralement compris entre trois heures et sept heures.
  • La deuxième couche de protection à base de polyurée 8 peut être préparée par tout moyen connu de l'homme du métier. Par exemple, on prépare un mélange de résine tel que défini précédemment comportant, de préférence, des amines à chaînes aliphatiques courtes ou aromatiques et contenant un agent intumescent. On prépare par ailleurs un durcisseur comportant, par exemple, un mélange de composés polyisocyanates.
  • Le mélange de résine et le durcisseur est introduit dans une chambre de mélange d'un dispositif de pulvérisation, dans un ratio de 1:1 +/-3%. La réaction est quasi immédiate et la polyurée est projetée sur au moins une partie de l'ensemble issu de l'étape c) du procédé de protection du réservoir 2 et forme la deuxième couche de protection à base de polyurée 8. Les conditions de pulvérisation et la quantité de mélange sont ajustées pour obtenir une couche intumescente présentant une couche de protection d'épaisseur supérieure ou égale à 1 mm, et inférieure ou égale à 3 mm, notamment inférieure ou égale à 2 mm.
  • Avantageusement, la température dans la chambre de mélange est de 80°C +/-10°C, et la pression est de 180 bars +/- 20 bars.
  • Les mélanges de résine et de durcisseur sont projetés sur l'ensemble issu de l'étape c) du procédé de protection du réservoir 2 par un pistolet de pulvérisation, connu de l'homme du métier. On utilise par exemple un pistolet dit « airless » avec une chambre mécanique et un jet plat.
  • On laisse ensuite la couche de polyurée réticuler, pendant un temps compris entre trois heures et sept heures, à température ambiante ou dans une enceinte maintenue à une température d'environ 70°C afin de former la deuxième couche de protection à base de polyurée 8.
  • Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, on utilise le mélange de polyurée POLYRESYST® H 20020-70 RE et POLYRESYST® H20020-70 HA commercialisé par Huntsman pour des résistances mécaniques.
  • Selon un autre mode de réalisation avantageux, on utilise le mélange de polyurée POLYRESYST H24505-90W HA et POLYRESYST H24505-90W RE ou POLYRESYST H24505-57 HA et POLYRESYST H24505-57 RE commercialisé par Huntsman pour des résistances au feu.
  • L'épaisseur du revêtement de protection 5 est adaptée par l'homme du métier en fonction des propriétés visées. De préférence, l'épaisseur totale du revêtement de protection, comprenant l'épaisseur d'une paroi du premier manchon de protection 6 et l'épaisseur de la deuxième couche de protection à base de polyurée 8, est comprise entre 0,5 et 12 mm, de préférence comprise entre 0,5 et 8 mm, encore plus de préférence comprise entre 0,5 et 3 mm.
  • Avantageusement, la superposition du premier manchon de protection 6 et de la deuxième couche de protection à base de polyurée 8 est choisie de telle sorte que la déformation élastique du revêtement de protection 5 est supérieure à la déformation élastique maximale de la dernière couche de l'enveloppe de renforcement 4, mesurée en conditions normales d'utilisation. Les conditions normales d'utilisation sont définies dans le règlement n°134 de la CEE-ONU parue au journal officiel du 17/05/2019. La déformation élastique est mesurée par des essais de traction selon la norme ISO 527, à des températures de -45°C à 85°C à 95% d'humidité.
  • Quel que soit le mode de réalisation décrit ci-dessus, le revêtement de protection 5 protège le réservoir à des températures de -40°C à +85°C, il peut supporter des impacts de 30 Joules à -40°C et confère une résistance aux agents chimiques et environnementaux (UV, corrosion). Il permet également une résistance au feu en retardant le feu par ses propriétés intumescentes lorsqu'un agent intumescent est présent.
  • L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés dans la description détaillée et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier.
    • Liste de références
    • 1 :
    véhicule automobile
    2 :
    réservoir de gaz sous pression
    3 :
    liner
    4 :
    enveloppe de renforcement
    5 :
    revêtement de protection
    6 :
    premier manchon de protection
    7 :
    deuxième manchon de protection
    8 :
    couche de polyurée
    D1 :
    diamètre du premier manchon de protection à l'état étendu
    D2 :
    diamètre du premier manchon de protection à l'état rétreint

Claims (13)

  1. Réservoir (2) de gaz sous pression définissant un volume intérieur de stockage d'un gaz sous pression et comprenant :
    - une enveloppe de renforcement (4) réalisée en matériau composite comprenant des fibres et/ou des particules de renfort, l'enveloppe de renforcement (4) comprenant une partie cylindrique centrale, caractérisé en ce qu'il comprend en outre :
    - un revêtement de protection (5) enfilé sur la partie cylindrique centrale de l'enveloppe de renforcement (4), le revêtement de protection (5) comprenant au moins une première couche de protection formée par un premier manchon de protection (6) continu sans soudure, le premier manchon de protection (6) étant réalisé avec un ou plusieurs polymères thermo-rétractables, le revêtement de protection (5) étant configuré pour apporter une protection mécanique, chimique et/ou au feu.
  2. Réservoir (2) de gaz sous pression selon la revendication 1, dans lequel le revêtement de protection (5) comprend au moins une deuxième couche de protection formée par un deuxième manchon de protection (7) continu sans soudure réalisé avec un ou plusieurs polymères thermo-rétractables.
  3. Réservoir (2) de gaz sous pression selon la revendication 2, dans lequel le deuxième manchon de protection (7) est enfilé au moins en partie sur le premier manchon de protection (6).
  4. Réservoir (2) de gaz sous pression selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la partie cylindrique centrale de l'enveloppe de renforcement (4) est agencée entre deux parties d'extrémité longitudinales de l'enveloppe de renforcement (4), et dans lequel le revêtement de protection (5) est enfilé, en outre, sur au moins une des deux parties d'extrémité longitudinales de l'enveloppe de renforcement (4).
  5. Réservoir (2) de gaz sous pression selon la revendication 1, dans lequel le revêtement de protection (5) comprend au moins une deuxième couche de protection formée par une couche de polyurée (8), de polyuréthane ou de polysilicone.
  6. Réservoir (2) de gaz sous pression selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première couche de protection et/ou la deuxième couche de protection comprend/comprennent au moins un agent retardateur de feu et/ou un agent intumescent.
  7. Réservoir (2) de gaz sous pression selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première couche de protection et/ou la deuxième couche de protection comprend/comprennent un additif choisi parmi le groupe constitué par les absorbeurs d'UV, les stabilisateurs à la lumière, les antioxydants, les agents dispersants, les agents mouillants, les agents plastifiants, les anti-mousses et les atténuateurs d'impact.
  8. Réservoir (2) de gaz sous pression selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le polymère thermo-rétractable dans lequel est réalisé le premier manchon de protection (6) et/ou le deuxième manchon de protection (7) appartient aux familles des polyéthylènes, des polyoléfines, des polychlorures de vinyle (PVC), des polytétrafluoroéthylène (PTFE), des polymères flurocarbonés, des polychloroprènes et l'éthylène propylène fluoré (FEP).
  9. Réservoir (2) de gaz sous pression selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le volume intérieur du réservoir (2) est délimité par un liner (3), de préférence, le liner (3) est réalisé en matière plastique.
  10. Véhicule (1) comprenant un réservoir (2) de gaz sous pression selon l'une quelconque des revendications précédentes.
  11. Procédé de protection d'un réservoir (2) de gaz sous pression, le procédé comprenant les étapes suivantes :
    a) fournir un réservoir (2) comprenant une enveloppe de renforcement (4) réalisée en matériau composite comprenant des fibres et/ou des particules de renfort, l'enveloppe de renforcement (4) comprenant une partie cylindrique centrale,
    b) enfiler, sur la partie cylindrique centrale de l'enveloppe de renforcement (4), un premier manchon de protection (6) continu sans soudure réalisé avec un ou plusieurs polymères thermo-rétractables,
    c) chauffer le premier manchon de protection (6) de manière à obtenir une rétraction de celui-ci afin d'enserrer la partie cylindrique centrale de l'enveloppe de renforcement (4) sur laquelle est enfilée le premier manchon de protection (6).
  12. Procédé de protection d'un réservoir (2) de gaz sous pression selon la revendication 11, comprenant en outre les étapes suivantes :
    d) enfiler sur l'ensemble obtenu après l'étape c) de chauffage un deuxième manchon de protection (7) continu sans soudure réalisé avec un ou plusieurs polymères thermo-rétractables, et
    e) chauffer le deuxième manchon de protection (7) de manière à obtenir une rétraction de celui-ci afin d'enserrer l'ensemble obtenu après l'étape c).
  13. Procédé de protection d'un réservoir (2) de gaz sous pression selon la revendication 11, comprenant en outre une étape d) consistant à appliquer une couche de polyurée (8), de polyuréthane ou de polysilicone formant une couche de protection sur au moins une partie de l'ensemble obtenu après l'étape c).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR3025584A1 (fr) 2014-09-09 2016-03-11 Air Liquide Recipient composite de conditionnement de gaz comprenant plusieurs enveloppes superposees
FR3037633A1 (fr) 2015-06-18 2016-12-23 Air Liquide Reservoir composite et procede de controle et de reparation

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