Область техники

Изобретение относится к области газовой аппаратуры, а именно к метало композитным баллонам давления, используемым, в частности, в портативных кислородных дыхательных аппаратах альпинистов, спасателей, в переносных изделиях криогенной и противопожарной техники, системах газообеспечения и других отраслях.

Предшествующий уровень техники

Выпускаемые в настоящее время метало композитные баллоны высокого давления содержат внутреннюю тонкостенную металлическую герметичную оболочку - лейнер и внешнюю силовую оболочку из композиционного материала, образованную намоткой на поверхность лейнера жгутов высокомодульного волокна (например, углеволокна), пропитанного связующим.

В соответствии с требованиями действующей нормативной документации по мимо основных требований, предъявляемых к газовым баллонам высокого давления (снижение удельной материалоемкости баллона и обеспечение высокого ресурса по числу циклов нагружения при безопасной эксплуатации баллона), дополнительно предъявляется такое требование, как нанесение и сохранение информации о параметрах конструкции.

В отличие от металлических конструкций, где нанесение необходимой информации осуществляется ударным способом, в композитных конструкциях данный подход практически не возможен для использования. Как правило, для данных целей используют применение информационных носителей устанавливаемых или на наружной поверхности или внутри стенки композиционного материала оболочки баллона.

Известны конструктивные решения исполнения носителей информации и их установка в конструкциях из композиционных материалов частично представленные в патентах и заявках FR 2707763 , EP0708929, US5858526, EP0175768, AU4151885, CA1239351, CA1251151, CA1278226, USl 9840594310, EP2047984, JP 2008230949 , JP 2006281548, JP 2005320425, WO 03078062, FR 2850361, PCT/JP2008/068470. PCT/US2004/030147.

В приведенных решениях по указанным выше изобретениям, как правило, предлагается использовать конструкции носителей в виде полимерных пленок или бумаги или их комбинаций. При этом для их надежного крепления предлагаются различного рода клеевые подслойки.

Отмеченные в приведенных выше патентах решения не позволяют решить задачу поглощения и отражения света, формирующего изображение в видимом диапазоне длин волн, и тем самим показывают, что при использовании композиционных материалов в конструкции баллона с высоким коэффициентом поглощения световых волн, не решается задача качественного донесения информации о конструкции.

Известен баллон высокого давления, содержащий внешнюю силовую оболочку из композиционного материала и внутренний тонкостенный герметичный лейнер, при этом между внутренним и наружным слоями силовой оболочки установлена этикетка-паспорт баллона (см. RU 69610 Ul, 27.12.2007).

Известное решения не позволяют решить задачу поглощения и отражения света , формирующего изображение в видимом диапазоне длин волн, и тем самим показывают, что при использовании композиционных материалов в конструкции баллона с высоким коэффициентом поглощения световых волн, не решается задача качественного донесения информации о конструкции.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом изобретения является создание метало композитного баллона давления, конструкция которого позволяют качественно наносить информацию и сохранять ее в течение всего срока эксплуатации баллона с увеличенной резкостью и контрастом ее изображения при сохранении невысокой удельной материалоемкости баллона.

Технический результат достигается за счет того, что баллон высокого давления содержит тонкостенный замкнутый герметизирующий металлический лейнер и внешнюю силовую оболочку из композитного материала, образованную комбинацией групп слоев высокомодульных и низкомодульных нитей армирующих материалов, ориентированных в спиральных и окружных направлениях, при этом на части цилиндрической поверхности силовой оболочки в структуре ее стенки между группой слоев высокомодульных и группой слоев низкомодульных нитей армирующих материалов установлен цилиндрический носитель информации, состоящий из слоя светоотражающего материала, слоя светопоглощающего материала и расположенного между ними идентификационно информационного каркаса, а расположенная поверх носителя информации группа слоев низкомодульных армирующих нитей, пропитанных полимерным связующим, образует материал с более высокой оптической плотностью, чем оптическая плотность материала носителя и дополнительно покрыта адгезивным слоем оптически прозрачного лакокрасочного покрытия.

В качестве группы слоев низкомодульных армирующих нитей могут быть использованы стеклонити с линейной плотностью не выше 600 текс.

Носитель информации может дополнительно содержать барьерный или связующий слой материала, расположенный между внутренним слоем низкомодульных армирующих нитей пропитанных полимерным связующим и двухкомпонентным слоем светоотражающего материала.

Идентификационно информационный каркас носителя информации может быть выполнен из бумаги.

Идентификационно информационный каркас носителя информации, по меньшей мере, частично может быть выполнен из полимерных волокон, предпочтительно полиамидных волокон.

На информационный каркас носителя информации может быть нанесен люминесцентный покровный слой, содержащий агент идентификации, чувствительный к УФ свету.

На информационный каркас носителя информации может быть нанесены неорганические пигменты, отражающие инфракрасное излучение. Информационный каркас носителя информации может содержать оптический отбеливатель или контрастирующий агент идентификации и связующее вещество. В качестве материала светопоглощающего слоя носителя информации может использоваться полимерная композиция, включающая эпоксидную диановую смолу, отвердитель и наполнитель в виде двуокиси титана, белил цинковых или окиси цинка.

Слой светопоглощающего материала может иметь коэффициент поглощения 10 ⁵ /cм.

Носитель информации может быть снабжен, по меньшей мере, одним защитным признаком.

Защитный признак, которым снабжен носитель информации, выбран из группы, включающей оттиск, дифракционные структуры, металлическое покрытие, люминофоры, тонкослойные элементы, жидкие кристаллы, магнитные пигменты, термохромные вещества, фотохромные вещества и красители.

Краткое описание чертежей изобретения

На фиг. 1 представлен общий вид композитного баллона давления. На фиг. 2 представлена схематическая модель стенки баллона с носителем информации.

Варианты осуществления изобретения

Основные принципы функционирования конструкции, выполненной в соответствии с заявленным изобретением, описаны со ссылкой на Фиг. 2

Конструкция баллона содержит первый 1 (слой из низкомодульных армирующих нитей, пропитанных полимерным связующим) и второй 2 (слой из высокомодульных армирующих нитей силовой оболочки, пропитанных полимерным связующим) оптические слои, каждый из которых имеет внешнюю поверхность и противоположную ей внутреннюю поверхность, профиль которой выполнен в форме образующих массив размытых пирамидальных призм. В зазоре между поверхностями данных слоев расположены многослойный информационный каркас 3 и четвертый тонкий оптический слои светоотражающего материала 4, поверхности которых также имеет свой профиль в форме массива размытых элементов пирамидальной формы, повторяющих форму поверхности, образованной высокомодульными армирующими нитями силовой оболочки баллона. Причем третий и четвертый слои имеют низкий, а первый, второй слои имеют высокий показатель преломления. Кроме того, третий слой выполнен из материала с аномальной дисперсией показателя преломления.

Конструкция баллона функционирует следующим образом. Луч внешнего света входит в первый слой 1, который имеет волнистую поверхность близкую к призматической поверхности пирамидальной формы. Благодаря эффекту резонансной дифракции только луч с фиксированным углом падения и заданной длиной волны проходит через зигзагообразную структуру, образованную внутренними поверхностями первого и второго слоев, а также третьим и четвертым тонкими оптическими слоями, во второй слой с призматической внешней поверхностью.

Данный отфильтрованный свет отражается отражающим слоем 4 и проходит обратно через слоистую структуру в направлении наблюдателя. Для исключения рассеивания выходящего света на внешнюю поверхность слоя 1 наносится слой оптически прозрачного лакокрасочного покрытия 5 с высокой чистотой внешней поверхности.

Свет с другими длинами волн и другими углами падения отражается от зигзагообразной многослойной структуры и рассеивается в разных направлениях.

Многослойная структура заявленной конструкции функционирует как поляризационный фильтр, то есть только одно линейное состояние света пропускается через структуру.

Оптимизация пропускания пропущенного света может быть проведена путем изменения толщины слоев и коэффициентов преломления используемых материалов слоев.

Для реализации конструкции в качестве группы слоев низкомодульных армирующих нитей целесообразно использовать стеклонити с линейной плотностью не выше 600 текс. Данный материал, пропитанный полимерным связующим, образует слой 1 с поверхностями в виде размытых призм и позволяет варьировать их размерами за счет изменения технологических параметров намотки. Управляя толщиной нитей, шириной наматываемой ленты из данных нитей, заходностью намотки возможно образование различных вариантов волнистой поверхности. Для регулирования формой поверхностей данного слоя целесообразно ввести дополнительно барьерный или связующий слой материала, расположенный между внутренним слоем низкомодульных армирующих нитей, пропитанных полимерным связующим и многокомпонентным слоем идентификационно информационного каркаса.

При этом для качественной передачи и сохранения информации на идентификационно информационный каркас целесообразно нанести люминесцентный покровный слой, содержащий агент идентификации, чувствительный к УФ свету или неорганические пигменты отражающие инфракрасное излучение.

Для увеличения эффекта отражения от слоя 2 целесообразно в информационный каркас носителя информации вводить оптический отбеливатель или контрастирующий агент идентификации и связующее вещество, а также в качестве материала светопоглощающего слоя использовать полимерную композицию, включающая эпоксидную диановую смолу, отвердитель и наполнитель в виде двуокиси титана, белил цинковых или окиси цинка.

При этом для защиты конструкции целесообразно в носитель информации вводить защитные признаки. Данные признаки могут выбираться из группы, включающей оттиск, дифракционные структуры, металлическое покрытие, люминофоры, тонкослойные элементы, жидкие кристаллы, магнитные пигменты, термохромные вещества, фотохромные вещества и красители.

Таким образом, выполняя конструкцию баллона по предлагаемой схеме, полностью обеспечивается качество закладываемой о баллоне информации, ее сохранение в течение всего срока эксплуатации баллона и практически не вносится никаких дополнительных технологических приемов в технологию его реализации.

Изготовление и испытание баллонов давления предложенной конструкции подтвердили их высокую надежность и эффективность.

Промышленная применимость

Изобретение используется в области газовой аппаратуры, а именно в метало композитных баллонах высокого давления, используемых, в частности, в портативных кислородных дыхательных аппаратах альпинистов, спасателей, в переносных изделиях криогенной и противопожарной техники, системах газообеспечения и других отраслях.