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山東清潔能源產(chǎn)業(yè)博覽會

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新材料重塑氫能產(chǎn)業(yè)格局|盤點碳纖維儲氫瓶4大關(guān)鍵加工技術(shù)
來源: | 作者:山東清潔能源博覽會 | 發(fā)布時間: 2024-07-17 | 76 次瀏覽 | 分享到:

隨著全球?qū)η鍧嵞茉吹钠惹行枨蟛粩嘣鲩L,氫能作為一種來源豐富、綠色低碳、清潔高效、應用廣泛的二次能源,具備燃燒熱值高、可再生、無污染、利用形式多樣、可作為儲能介質(zhì)及安全性好等諸多優(yōu)點,正逐漸成為解決能源與環(huán)境挑戰(zhàn)的重要選擇之一。


儲氫氣瓶是一種設(shè)計用于安全存儲氫氣的裝置,其最顯著的特點之一是能夠承受一定壓力環(huán)境下的氫氣。這些氣瓶通常由特殊合金鋼或復合材料制成,以確保足夠的強度和耐腐蝕性能。


目前,最常見的儲氫技術(shù)有:高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫和固態(tài)儲氫。其中,高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)最為成熟,其依靠低成本、充放氫速度快、能耗低、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點,成為國內(nèi)主推的儲氫技術(shù)。


現(xiàn)階段已商業(yè)化的高壓儲氫氣瓶中,III型、IV型瓶主要使用碳纖維增強塑料材料制成,其中III型瓶的內(nèi)膽為金屬材質(zhì),而IV型瓶的內(nèi)膽則為塑料材質(zhì)。這兩種類型儲氫瓶都是通過外部纏繞碳纖維增強塑料加工而成,主要包含4大關(guān)鍵技術(shù):


1、碳纖維/樹脂基體之間的界面連接技術(shù)


高壓儲氫瓶必須具備優(yōu)秀的抗壓性和防爆性,這對復合材料界面技術(shù)提出了更高的要求。碳纖維與樹脂基體之間的界面是決定復合材料性能的關(guān)鍵因素,而界面脫粘是導致復合材料失效的主要因素之一。由于碳纖維的拉伸強度和拉伸模量顯著高于樹脂基體,當碳纖維作為主承力結(jié)構(gòu)材料時,其界面作用能夠?qū)⑼獠枯d荷有效地從樹脂基體轉(zhuǎn)移到碳纖維上。


2、碳纖維纏繞成型技術(shù)


纖維纏繞技術(shù)主要分為三類:濕法纖維纏繞工藝、干絲纏繞工藝、半干式纖維纏繞工藝。


其中,濕法纏繞工藝的裝置相對簡單,對碳紗的要求并不嚴格,可以使用從1K到24K不同規(guī)格,但更重的紗線可以帶來更高的卷繞效率。濕法工藝使用的樹脂是液態(tài)的,因此需要特別注意控制樹脂的液化時間、流動性、紗線的張力以及樹脂的含水量和濕度。


與濕法纏繞相比,半干式纖維纏繞工藝增加了干燥步驟,半干式纏繞提高了產(chǎn)品質(zhì)量和合格率,是目前性價比最高的加工方法。與干式工藝相比,半干式的干燥時間更短,碳纖維的干燥度也較低,可以在室溫條件下進行纏繞。


3、高強韌、耐疲勞的高性能樹脂基體制備技術(shù)


碳纖維儲氫氣瓶的樹脂基體必須具備足夠的力學強度和韌性,以滿足氣瓶的使用需求。同時,考慮到氣瓶在反復充氣和放氣的過程中容易產(chǎn)生疲勞損傷,因此需要高強韌、耐疲勞的樹脂體系,以保障氣瓶的使用壽命。在濕法纏繞成型過程中,所選用的樹脂基體不僅要滿足上述性能要求,還應當在工作溫度下具備較低的初始粘度,并保持較長的適用期。


4、復合材料層的優(yōu)化


碳纖維復合材料層的層厚、纏繞角度、疊層順序以及纖維纏繞技術(shù)等因素,都會直接影響到復合材料氫儲存容器的承壓能力和疲勞性能。當前,研究人員正在努力優(yōu)化復合材料層的設(shè)計,以降低復合容器的成本和重量,同時提升其爆裂壓力和疲勞壽命。


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