Баллон для хранения водорода IV типа
Предпосылки
В связи с установлением глобальных целей по нулевому выбросу углерода водород в качестве конечного источника чистой энергии находит все более широкое применение. Благодаря превосходной коррозионной стойкости к охрупчиванию водородом, меньшему весу, более низкой стоимости, более высокой плотности хранения водорода в расчете на единицу массы, большему количеству циклов повышения давления и более длительному сроку службы баллоны IV типа стали «любимцами» в автомобильной промышленности, работающей на новых источниках энергии.
Баллоны IV типа большой емкости стали необходимой частью коммерческих и инженерных автомобилей, работающих на топливных элементах. В Китае наиболее распространены баллоны III типа для топливных элементов, технология баллонов IV типа еще несовершенна и не позволяет достичь массового производства, в основном она монополизирована зарубежными производителями.
● Ключевым вопросом является внутренняя оболочка из высокомолекулярного полимера
Анализ: Технология формования больших и средних полых пластиковых внутренних емкостей
Технология выдувного формования
Недостатки:
1. Низкая точность размеров; 2. Нестабильная толщина стенки; 3. Небольшой диапазон толщины
Технология ротационного формования
Недостатки:
1. Низкая точность размеров; 2. Длительный цикл формования; 3. Высокая трудоемкость; 4. Высокое энергопотребление
Поскольку к характеристикам водородных баллонов типа IV предъявляются очень высокие требования, использование этих двух технологий для одноразового формования не является идеальным
Анализ: Прорыв — комбинированная технология формования пластиковых внутренних емкостей

Анализ: Комбинированная технология формования пластиковых внутренних емкостей
Экструзия корпуса внутренней емкости + литье под давлением крышки внутренней емкости + сварка встык
Технологии экструзии и литья под давлением пластика обеспечивают высокую точность размеров изделий, стабильную толщину стенок, широкий диапазон размеров и позволяют осуществлять эффективное непрерывное производство, успешно решив проблему изготовления внутренних емкостей водородных баллонов типа IV. Также возможно изготовление различных диаметров и длин, что преодолевает ограничения традиционных технологий производства на объем и размеры внутренних емкостей водородных баллонов типа IV.
Вклад: Успешная разработка оборудования для экструзии корпуса внутренней емкости водородного баллона типа IV

| Typ | Производительность (кг/ч) | Материал | Диапазон диаметров (мм) | Скорость экструзии (м) | Мин. толщина стенки (мм) |
| HSC250 | 130-160 | PA | 110-250 | 0.8 | 3 |
| HSC450 | 180-210 | PA | 200-450 | 0.7 | 3.5 |
| HSC630 | 230-280 | PA | 315-630 | 0.6 | 4 |
Успешный пример 1: Компания XXX по производству водородных резервуаров, г. Циндао, провинция Шаньдун
Модель изделия: HSC630
Дата заказа: июнь 2024 г.
Результаты приемки производственной линии:
1. Дата приемки: 10 октября 2024 г.
2. Материал для пробного производства: импортные пластиковые гранулы, предоставленные заказчиком
3. Результаты пробного производства: после xx часов отладки точность размеров и цвет экструдированных изделий соответствуют требованиям заказчика
Поставка производственной линии:
1. Дата отгрузки: декабрь 2024 г.
2. Монтаж и наладка
Использование заказчиком:
1. Дата запуска производства заказчиком: с 29 февраля по 5 марта 2025 г. проводилась наладка и пробное производство, результаты соответствовали ожиданиям.
2. Использование производственной линии
a. Скорость или производительность
b. Производственная линия проста и удобна в эксплуатации, работает стабильно, качество продукции стабильно, в настоящее время работает в штатном режиме.
c. Энергопотребление и т.д.
Успешный пример 2: Компания XXX по производству резервуаров, г. Нинся
Модель изделия: HSC630
Дата заказа: октябрь 2024 г.
Результаты приемки производственной линии:
1. Дата приемки: 22 февраля 2025 г.
2. Материал для пробного производства: импортные пластиковые гранулы, предоставленные заказчиком
3. Результаты пробного производства: после xx часов отладки точность размеров и цвет экструдированных изделий соответствуют требованиям заказчика
Поставка производственной линии:
Дата отгрузки: в связи с переездом завода заказчика, планируется отгрузка оборудования в конце апреля.
В настоящее время ведутся переговоры о заказе с компаниями Zhejiang Laneng и Suzhou Zhongcai, входящими в состав Shanghai Shenneng, а также с немецкой компанией Voith.
Сравнение характеристик различных типов баллонов для хранения водорода
Водород как безуглеродный источник энергии, обладающий богатыми источниками, чистой защитой окружающей среды, высокой теплотворной способностью, отсутствием загрязнений, возможностью хранения и транспортировки и рядом других преимуществ, прозван вторичным источником энергии с наибольшим потенциалом развития в 21 веке. Формы использования водородной энергии обширны. Типичные продукты использования водородной энергии, такие как автомобили на водородном топливе, вилочные погрузчики на топливных элементах, электростанции на топливных элементах и аварийные резервные источники питания для базовых станций связи, постепенно популяризируются, что имеет большое значение для решения мировых энергетических и экологических проблем. Полная цепочка использования водородной энергии включает производство, хранение, транспортировку и применение. Ключом к широкому применению водородной энергии является безопасная и надежная технология хранения водорода. Технологии хранения водорода в транспортных средствах в основном включают хранение сжатого газообразного водорода, хранение жидкого водорода при низкой температуре, твердотельное хранение водорода и хранение водорода в органических жидкостях. Среди них хранение водорода под высоким давлением получило широкое внимание благодаря простой структуре оборудования, низкому потреблению энергии при производстве сжатого водорода, быстрой скорости заполнения и разрядки, и в настоящее время является абсолютно доминирующим методом хранения и транспортировки водорода. С учетом энергопотребления сжатия, дальности пробега, развития инфраструктуры и безопасности, номинальное рабочее давление баллонов для хранения водорода под высоким давлением обычно составляет 35-70 МПа. Баллоны для хранения водорода под высоким давлением в основном делятся на четыре типа: полностью металлические баллоны (тип I), баллоны с металлическим вкладышем и кольцевой намоткой волокна (тип II), баллоны с металлическим вкладышем и полной намоткой волокна (тип III), баллоны с неметаллическим вкладышем и полной намоткой волокна (тип IV). Среди них тип I и тип II имеют большое соотношение массы к объему, что затрудняет удовлетворение требований к плотности хранения водорода для автомобилей на водородных топливных элементах. Баллоны типов III и IV, благодаря использованию конструкции с полной намоткой волокна, обладают такими преимуществами, как малое соотношение массы к объему и высокая плотность хранения водорода на единицу массы, и в настоящее время широко используются в автомобилях на водородных топливных элементах.
Водородная энергия как нулевой углеродный источник энергии обладает рядом преимуществ: обилие источников, чистота и экологичность, высокая теплотворная способность, отсутствие загрязнения, возможность хранения и транспортировки. Ее называют наиболее перспективным вторичным источником энергии XXI века. Водородная энергия используется в различных формах. Такие типичные продукты использования водородной энергии, как автомобили на водородных топливных элементах, погрузчики на водородных топливных элементах, электростанции на водородных топливных элементах, резервные источники питания для базовых станций связи, постепенно внедряются, что имеет важное значение для решения энергетических и экологических проблем, стоящих перед миром. Полная цепочка использования водородной энергии включает в себя несколько аспектов: производство, хранение, транспортировку и применение. Ключевым фактором широкого применения водородной энергии является безопасная и надежная технология хранения водорода. Технологии хранения водорода на транспортных средствах включают хранение водорода под высоким давлением в газообразном состоянии, хранение водорода в жидком состоянии при низких температурах, твердое хранение водорода и хранение водорода в органических жидкостях. Хранение под высоким давлением пользуется большим вниманием благодаря простоте конструкции оборудования, низкому энергопотреблению при сжатии водорода, а также высокой скорости заправки и выпуска. В настоящее время это абсолютно доминирующий способ хранения и транспортировки водородной энергии. С учетом энергопотребления при сжатии, пробега, строительства инфраструктуры и безопасности, номинальное рабочее давление баллонов для хранения водорода под высоким давлением обычно составляет 35-70 МПа. Баллоны для хранения водорода под высоким давлением в основном делятся на четыре типа: полностью металлические баллоны (тип I), металлические баллоны с фибровым кольцевым намоткой (тип II), металлические баллоны с фибровым полным намоткой (тип III), баллоны с неметаллической внутренней оболочкой и фибровым полным намоткой (тип IV). Баллоны типов I и II имеют большое массогабаритное отношение и не могут удовлетворить требования к плотности хранения водорода для автомобилей на водородных топливных элементах. Баллоны типов III и IV, благодаря применению конструкции с фибровым полным намоткой, обладают малым массогабаритным отношением, высокой плотностью хранения водорода на единицу массы и т.д.
В настоящее время они широко используются в автомобилях на водородных топливных элементах.
I. Сравнение различных типов баллонов для хранения водорода
В связи с быстрым развитием и промышленным внедрением водородных топливных элементов и электромобилей, проблема хранения и транспортировки водорода становится все более актуальной темой исследований во всем мире. Баллоны для хранения водорода являются одним из важнейших средств хранения и транспортировки. В таблице ниже приведено сравнение характеристик различных баллонов для хранения водорода.
Баллоны для хранения водорода типов Ι-IV
| Тип | I тип | II тип | III тип | IV тип | V тип |
| Материал | Цельностальная Металлический баллон |
Металлическая внутренняя оболочка (сталь кольцевая намотка из волокна намотка |
Металлическая внутренняя оболочка (сталь /алюминий) полная намотка из волокна Полная намотка из волокна |
Пластиковая внутренняя оболочка, полная намотка из волокна Полная намотка из волокна |
Без внутренней оболочки, полная намотка из волокна Полная намотка из волокна |
| Рабочее давление (МПа) |
17,5-20 | 26-30 | 30-70 | 30-70 | Страна Внутренняя Внешняя Исследование Разработка Средняя |
| Совместимость с рабочей средой | Есть водородная хрупкость, Есть коррозия |
Есть водородная хрупкость, Есть коррозия |
Есть водородная хрупкость, Есть коррозия |
Есть водородная хрупкость, Есть коррозия |
|
| Массогабаритные показатели (кг/л) |
0,9-1,3 | 0,6-1,0 | 0,35-1,0 | 0,3-0,8 | |
| Срок службы (лет) | 15 | 15 | 20 | 20 | |
| Стоимость | Низкая | Средняя | Максимальная | Высокая | |
| Возможность использования на автомобиле | Нет | Нет | Да | Да | |
| Применение на рынке | Стационарное хранение водорода на водородных заправках и т.д. | Автомобили на топливных элементах | |||
В связи с быстрым развитием и промышленным внедрением водородных топливных элементов и электромобилей, баллоны для хранения водорода типа IV благодаря легкому весу и высокой усталостной прочности становятся все более актуальной темой исследований во всем мире. В Японии, Южной Корее, США и Норвегии баллоны для хранения водорода типа IV уже серийно выпускаются, а в других странах планируется увеличить объемы исследований баллонов типа IV.
Себестоимость производства баллонов для хранения водорода типа IV составляет 3000-3500 долларов США. Основные затраты включают в себя: композитные материалы, вентили, регуляторы, сборку, проверку и водород. При этом стоимость композитных материалов составляет более 75% от общей стоимости, а стоимость самого водорода составляет около 0,5%. Тенденции развития технологий баллонов для хранения водорода заключаются в снижении веса, повышении давления, увеличении плотности хранения водорода и увеличении срока службы. По сравнению с традиционными металлическими материалами, композитные материалы на основе полимеров позволяют уменьшить толщину стенок резервуара, увеличить объем и эффективность хранения водорода, а также снизить энергозатраты на транспортировку на большие расстояния при сохранении того же уровня прочности. Поэтому характеристики и стоимость композитных материалов являются ключевыми факторами при производстве баллонов для хранения водорода типа IV.
II. Конструкция и материалы баллонов для хранения водорода типа IV
Баллоны для хранения водорода из композитных материалов состоят из следующих слоев (изнутри наружу): внутреннего слоя, переходного слоя, слоя из фибрового намотки, внешнего защитного слоя, амортизирующего слоя. Цикл заправки баллонов для хранения водорода может быть довольно длительным, а водород под высоким давлением обладает высокой проницаемостью, поэтому внутренний слой баллона для хранения водорода должен обладать хорошими барьерными свойствами, чтобы обеспечить хранение большей части газа в баллоне.
Конструкция баллонов для хранения водорода типа IV включает в себя следующие части:
(1) Вкладыш
Общая толщина стенки баллона составляет примерно 20-30 мм, самый внутренний слой, непосредственно контактирующий с водородом, представляет собой газонепроницаемый слой толщиной около 2-3 мм. Материалами являются PA6, PA612, PA11, HDPE и т. д., которые служат для предотвращения проникновения водорода.
(2) Средний слой
Относительно толстый слой, выдерживающий давление. Материалом является углепластик (CFRP), состоящий из углеродного волокна и эпоксидной смолы. При условии обеспечения класса давления, толщина этого слоя максимально уменьшается для повышения эффективности хранения водорода.
(3) Наружный слой
Самый внешний слой - это поверхностный защитный слой толщиной около 2-3 мм. Материалом является стеклопластик (GFRP), состоящий из стекловолокна и эпоксидной смолы.

Сырье и технология формования вкладыша:
Цельнокомпозитный баллон с пластиковым вкладышем (баллон IV типа) использует полимерные материалы для вкладыша и намотку из углеродного волокна в качестве несущего слоя. Соотношение массы хранимого водорода может достигать более 6%, максимум до 7%, что позволяет дополнительно снизить затраты.

(1) Стойкость к проникновению водорода и термостойкость
Молекулы водорода легко проникают через материал корпуса пластикового вкладыша, поэтому при выборе материалов необходимо учитывать барьерные свойства сырья по отношению к водороду. Кроме того, после дросселирования через клапан температура водорода повышается, а затем, когда газ сжимается до рабочего давления баллона, температура также повышается. Сырье для вкладыша должно обладать соответствующей проницаемостью для водорода и термостойкостью.
Смола PA6 обладает выдающимися характеристиками в предотвращении проникновения водорода, а также отличными механическими свойствами, включая долговечность при внезапных изменениях температуры резервуара во время заполнения и сброса водорода, а также ударопрочность в условиях низких температур. Проницаемость материала PA6 может быть модифицирована на уровне сырья, а температура размягчения материала повышена до примерно 180°C, что соответствует требованиям эксплуатации.
(2) Хорошие механические свойства при низких температурах
Чтобы избежать повреждения сырья вкладыша из-за слишком высокой температуры заправки, источник газа обычно охлаждают, как правило, до -40 °C. Когда низкотемпературный водород заполняет баллон, вкладыш при низкой температуре становится твердым и хрупким, легко ломается, поэтому механические свойства сырья вкладыша при низких температурах особенно важны.
(3) Хорошая технологичность Технологии формования пластиковых вкладышей включают литье под давлением, ротационное формование, выдувное формование и т. д. В настоящее время в автомобилях на топливных элементах Toyota, Hyundai и других используются баллоны для хранения водорода IV типа, технология формования вкладышей которых представляет собой литье под давлением. Литье под давлением - это менее затратный и более широко используемый метод формования вкладышей, который также требует последующей сварочной операции для получения готового вкладыша.
2.2 Технология формования вкладыша водородного баллона IV типа
В традиционном проектировании прочности полностью намотанных баллонов с алюминиевым вкладышем обычно не учитывается несущая способность вкладыша; теоретически внутреннее давление баллона полностью воспринимается армирующими волокнами. Однако на самом деле вкладыш баллона всегда находится в состоянии растягивающего напряжения при рабочем давлении, что является ключом к ограничению усталостной долговечности баллона. Для одновременного удовлетворения требований к легкому весу и высокой усталостной стойкости водородного баллона выбор подходящей формы и размера вкладыша имеет большое значение.
Вкладыши баллонов IV типа в основном изготавливаются из PA6, полиэтилена высокой плотности (HDPE) и полиэфирного пластика PET. Соответствующие технологии формования включают литье под давлением, выдувное формование и ротационное формование. Серийно выпускаемые баллоны IV типа от Toyota и Hyundai используют процесс литья под давлением + сварки. Этот метод формования имеет низкую стоимость, широко используется, но имеет более низкий выход годной продукции и должен сопровождаться последующей сварочной операцией.
Технология формования вкладыша водородного баллона
| Пункт | Литье под давлением | Ротационное формование | Выдувное формование |
| Описание процесса | Пластичный материал расплавляется, а затем впрыскивается в полость формы. После охлаждения в форме расплавленный пластик принимает определенную форму в соответствии с полостью формы. | Порошкообразный пластик помещается в форму, затем вращается и одновременно нагревается. Порошок внутри формы постепенно расплавляется и прилипает к полости формы, а после охлаждения и затвердевания получается пластиковое изделие. | Метод обработки, при котором полурасплавленная пластиковая заготовка, полученная экструзией или литьем под давлением, раздувается сжатым воздухом внутри закрытой формы, а затем охлаждается для получения полого изделия. |
| Преимущества | Стабильные размеры изделия, низкая стоимость; свободный дизайн герметичной конструкции, высокая ударопрочность и устойчивость к растрескиванию под воздействием окружающей среды. | Равномерная толщина стенок изделия, простой процесс формования, низкая стоимость процесса, возможность формования крупногабаритных деталей. | Высокая эффективность производства, высокая ударопрочность и устойчивость к растрескиванию под воздействием окружающей среды, низкая стоимость. |
| Недостатки | Требует поддержки сварочного процесса, низкий выход годной продукции, затруднено формование крупногабаритных изделий. | Плохая стабильность размеров, низкая плотность, склонность к дефектам, высокие требования к скорости течения расплава материала, низкая эффективность производства. | Плохая однородность толщины стенок, трудности с формованием вставок, требования к индексу текучести расплава. |
III. Полимерная матрица для водородных баллонов IV типа
Смоляная матрица для углеродных водородных баллонов должна не только соответствовать требованиям к механической прочности и ударной вязкости баллона, но и, поскольку в условиях длительного цикла заполнения и сброса газа матрица склонна к усталостному повреждению, требуется высокопрочная, вязкая и усталостностойкая система смолы для обеспечения срока службы баллона. Смоляная матрица, используемая для мокрой намотки, помимо соответствия соответствующим характеристикам, также должна обладать низкой начальной вязкостью при рабочей температуре и длительным сроком годности при этой температуре. Эпоксидные смолы обладают такими преимуществами, как высокая прочность сцепления, низкая усадка при отверждении, отсутствие летучих низкомолекулярных веществ, хорошая технологичность, термостойкость, хорошая химическая стабильность и низкая стоимость. Кроме того, они имеют большой потенциал для модификации, широко распространены и имеют разумную цену, что делает их подходящими для систем мокрой намотки.
В качестве основной смолы для композитного слоя баллонов для хранения водорода высокого давления типа IV используется эпоксидная смола. Эпоксидные смолы являются одними из наиболее часто используемых термореактивных матриц в композитных материалах на основе смол, обладающих преимуществами высокой прочности склеивания, низкой усадки при отверждении, отсутствием летучих веществ с низкой молекулярной массой, хорошей технологической формоспособностью, термостойкостью, химической стабильностью и низкой стоимостью, что делает их широко используемыми в технологии намотки волокон.
(1) Хорошие механические свойства
Роль смолы в композитных материалах заключается в фиксации волокон и передаче нагрузки через границу раздела между смолой и волокнами, что позволяет максимально использовать прочность волокон. Необходимо, чтобы смола обладала высокой вязкостью и прочностью, но эти два свойства противоречат друг другу, и баланс между ними является ключевой технологической сложностью модификации смолы.
(2) Хорошая термостабильность
Для баллонов для хранения водорода типа IV необходимо, чтобы температура отверждения была ниже температуры размягчения пластиковой внутренней оболочки, защищая таким образом конструкцию внутренней оболочки. Для обеспечения полной безопасности баллона в процессе эксплуатации температура стеклования смолы должна быть выше 105 °C. Как правило, чем ниже температура отверждения, тем ниже температура стеклования после отверждения, что противоречит стабильности конструкции пластиковой внутренней оболочки, поэтому необходимо соответствующим образом модифицировать смолу.
(3) Хорошие технологические свойства
Подходящий срок службы смолы и средняя вязкость являются важными показателями технологических свойств смолы. Толщина композитного слоя баллонов для хранения водорода в автомобилях обычно составляет 20-30 мм, время намотки относительно длительное, а срок службы смолы короткий, что может ухудшить смачиваемость смолы и повлиять на свойства композитного материала. Способ нагрева печи отверждения осуществляется путем конвекции воздуха, тепловое излучение нагревает баллон, обеспечивая его отверждение и формование. Неподходящая вязкость затрудняет удаление пузырьков из смолы, а тепло передается от поверхности к внутренней части, создавая температурный градиент между внутренней и внешней частями, что после отверждения приводит к образованию пузырьков на поверхности и пор внутри, а также к другим дефектам, которые могут серьезно повлиять на свойства продукта.
IV. Технология намотки волокон баллонов для хранения водорода типа IV
Технология намотки углеродных волокон может быть разделена на мокрую и сухую намотку. Мокрая намотка более широко используется благодаря своей низкой стоимости и хорошим технологическим свойствам. Основное оборудование для мокрой намотки включает в себя каркас волокон, устройство контроля натяжения, ванну для пропитки, сопло для подачи волокон и вращающуюся сердцевину. Более совершенная шестимерная технология намотки, используемая в мире, позволяет эффективно контролировать направление волокон, сочетая кольцевую, спиральную и плоскую намотку. В реальном производстве чаще всего используется сочетание спиральной и кольцевой намотки. Кольцевая намотка может устранить кольцевые напряжения, возникающие в баллоне под действием внутреннего давления, а спиральная намотка может обеспечить продольные напряжения, повышая общие характеристики баллона.
При проектировании слоя намотки волокон необходимо учитывать анизотропию волокон. В соответствии с требованиями к конструкции обычно используются теория пластин и теория сеток для расчета распределения напряжений в крышке, подкладке и слое намотки волокон контейнера, чтобы определить выбор натяжения и распределение линий в процессе намотки. Путем чередования кольцевой и спиральной намотки создается многослойная структура, а выбор соответствующей площади укладки волокон, продольного угла намотки и формы спиральной намотки позволяет не только удовлетворить требования к прочности, но и обеспечить разумное покрытие в области крышки.
4.1 Технология сухой намотки
В технологии сухой намотки в качестве сырья используются предварительно пропитанные ленты, которые наматываются на оправку после нагрева и размягчения до текучего состояния на намоточной машине. Ее основные преимущества следующие:
(1) Профессионально производимые предварительно пропитанные нити/ленты позволяют строго контролировать соотношение волокон и смолы (с точностью до 2%), обеспечивая высокое и стабильное качество продукции;
(2) Высокая производительность, скорость намотки может достигать 100-200 м/мин;
(3) Оборудование для намотки и производственная среда чистые и опрятные, удобные для очистки, а срок службы намоточной машины дольше.


4.2 Технология мокрой намотки
Технология мокрой намотки представляет собой метод формования, при котором пучки углеродных волокон пропитываются в специальном устройстве для пропитки, а затем наматываются на оправку под контролем натяжения, после чего отверждаются. Ее основные преимущества следующие:
(1) Низкая себестоимость, примерно на 40% ниже, чем у сухой намотки. Используемое технологическое оборудование относительно простое, капитальные вложения небольшие, а требования к сырью относительно низкие.
(2) Хорошая герметичность продукта. В процессе намотки контроль натяжения позволяет вытеснить излишки клея и заполнить пустоты.
(3) Смола, пропитывающая поверхность углеродных волокон, эффективно снижает износ волокон.
(4) Хорошая параллельность расположения волокон.


4.3 Основные способы намотки
(1) Кольцевая намотка
Кольцевая намотка осуществляется вдоль окружности контейнера. При намотке оправка вращается вокруг своей оси с постоянной скоростью, а головка направляющей нити перемещается в области корпуса, параллельной оси оправки. За один оборот оправки головка направляющей нити перемещается на ширину одного слоя нити. Этот цикл повторяется до тех пор, пока слой нити равномерно не покроет поверхность цилиндрической части оправки.
Особенностью кольцевой намотки является то, что намотка может осуществляться только на цилиндрической части, но не на крышке. Соседние слои нити прилегают друг к другу, не перекрываясь, а угол намотки волокон обычно составляет 85-90°.

(2) Спиральная намотка
Спиральное намотание также называется геодезическим намотанием. При намотке сердечник вращается вокруг своей оси с постоянной скоростью, а головка направляющей проволоки совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси сердечника с определенной скоростью. Таким образом, спиральное намотание осуществляется на корпусе и торце сердечника, угол намотки составляет приблизительно 12°~70°. При спиральном намотании волокна наматываются не только на корпус, но и на торец. Процесс намотки выглядит следующим образом: волокно выходит из поры на окружности одного из концов контейнера, проходит по кривой на поверхности торца, касательной к окружности поры, огибает торец, затем по спиральной траектории огибает цилиндрическую часть, входит в торец с другой стороны, возвращается к цилиндрической части и, наконец, возвращается к торцу, с которого началась намотка. Этот цикл повторяется до тех пор, пока поверхность сердечника не будет равномерно покрыта волокнами. Таким образом, когда волокна равномерно покрывают поверхность сердечника, образуется двухслойный слой волокон. Для обеспечения того, чтобы баллон после намотки удовлетворял требованиям к рабочему давлению, обычно используется комбинированный метод намотки, сочетающий кольцевое и спиральное намотание.


В заключение, технологический процесс производства водородных баллонов IV типа показан на рисунке ниже. Можно видеть, что процесс производства баллонов высокого давления включает в себя:
(1) Обработка подкладки (изготовление внутреннего резервуара из термопластичного олефинового полимера)
(2) Формование методом намотки волокон
(3) Проверка и инспекция

Технологический процесс производства водородных баллонов типа IV

V. Новые вызовы для водородных баллонов типа V
Развитие сосудов и резервуаров для хранения газов под высоким давлением прошло четыре различных этапа. Пятый этап развития сосудов высокого давления — полностью композитные резервуары без внутренней оболочки (тип V) — это сосуды высокого давления, не содержащие никакой внутренней оболочки и полностью изготовленные из композитных материалов. Долгое время сосуды высокого давления типа V считались вершиной достижений в области производства и технологий сосудов высокого давления.
В отличие от трехслойной структуры баллона типа IV, состоящей из внутренней оболочки из полимерной подкладки, промежуточного слоя из углеродного волокна, армированного полимером, и наружного слоя из стекловолокна, армированного полимером, баллон типа V имеет двухслойную структуру без внутренней оболочки, то есть корпус из углеродного композитного материала и защитный слой купола. По сравнению с баллоном типа IV, баллон типа V имеет рабочее давление 70-100 МПа, не подвержен водородной хрупкости, не подвержен коррозии, срок службы составляет более 30 лет, имеет ряд преимуществ в стоимости и т.д., а также может использоваться в аэрокосмической и автомобильной промышленности. Технология баллонов типа V в настоящее время находится на начальном этапе развития на рынке, и все отрасли внимательно следят за развитием и возможностями технологии баллонов типа V.
Сердечник изготавливается методом литья и склеивания из водорастворимого материала в две части, толщина стенки составляет 30 мм. Внутри имеются кольцевые ребра жесткости, которые помогают выдерживать крутящие нагрузки, возникающие в процессе автоматической укладки волокон, и давление, возникающее в процессе отверждения волокон.
Препрег точно нарезается на узкие ленты шириной 6,35 мм, общая длина намотки составляет 22000 м. Процесс намотки управляется специальным программным обеспечением для спиральной и кольцевой намотки. Намотка выполняется в 24 слоя, толщина составляет 5,5 мм.


Заключение
Разработка водородных баллонов типа IV связана не только с композитными материалами, но и тесно связана с технологией переработки пластмасс и конструкцией пластиковых уплотнений. Для Китая соответствующие технологии баллонов типа IV все еще находятся на стадии постоянного развития и совершенствования, необходимо постоянно совершенствовать соответствующие теоретические основы, чтобы заложить прочную основу для разработки баллонов будущих типов.
Баллон для хранения водорода IV типа Оставить запрос
* Примечание: Пожалуйста, заполните информацию точно и поддерживайте связь, мы свяжемся с вами как можно скорее