碳纖維瓶體引領(lǐng)高壓儲(chǔ)運(yùn)裝備升級(jí)浪潮

　　近年來(lái)，隨著全球能源結(jié)構(gòu)加速向清潔低碳轉(zhuǎn)型，氫能、壓縮天然氣(CNG)、高壓氧氣等氣體的高效安全儲(chǔ)存與運(yùn)輸需求迅猛增長(zhǎng)。憑借輕量化、高強(qiáng)度、耐腐蝕和長(zhǎng)壽命等優(yōu)勢(shì)，碳纖維復(fù)合材料瓶體——包括碳纖維氣瓶、碳纖維儲(chǔ)氫罐等產(chǎn)品，正成為高端裝備制造領(lǐng)域的“明星”部件。碳纖維瓶體不僅在航空航天、醫(yī)療呼吸設(shè)備中廣泛應(yīng)用，更在新能源汽車、加氫站、工業(yè)氣體等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。

據(jù)國(guó)際能源署《2023年全球氫能回顧》報(bào)告顯示，截至2023年底，全球已建成加氫站超過(guò)1000座，其中約70%采用III型或IV型高壓儲(chǔ)氫容器，而IV型瓶(全復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，內(nèi)膽為聚合物)因重量比傳統(tǒng)金屬瓶減輕40%以上，已成為主流發(fā)展方向。我國(guó)也在《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021–2035年)》明確提出，要加快高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)攻關(guān)，推動(dòng)IV型儲(chǔ)氫瓶產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

　　傳統(tǒng)金屬氣瓶(如鋼制或鋁制)雖具備良好的承壓能力，但重量大、易腐蝕、疲勞壽命有限。相比之下，碳纖維復(fù)合材料瓶體通過(guò)將高強(qiáng)度碳纖維與環(huán)氧樹脂等基體結(jié)合，固化而成的碳纖維罐體、瓶體，不僅抗拉強(qiáng)度更高，而且密度僅為1.6 g/cm3左右，遠(yuǎn)低于鋼材(7.8 g/cm3)和鋁合金(2.7  g/cm3)。

　　以70MPa IV型儲(chǔ)氫瓶為例，其質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度可達(dá)到5.5 wt%以上(美國(guó)能源部DOE  2023年度技術(shù)目標(biāo)為5.5 wt%)，而同等容量的III型金屬內(nèi)膽復(fù)合瓶?jī)H為4.5 wt%左右。這意味著在相同載重條件下，采用碳纖維瓶體的車輛可攜帶更多氫氣，顯著提升續(xù)航能力。

此外，碳纖維復(fù)合材料具有優(yōu)異的抗疲勞性能和斷裂韌性。國(guó)外有研究表明，在經(jīng)歷15000次壓力循環(huán)后，高質(zhì)量碳纖維儲(chǔ)氫罐仍能保持結(jié)構(gòu)完整性，無(wú)明顯性能衰減。這一特性對(duì)于頻繁充放氣的應(yīng)用場(chǎng)景至關(guān)重要。

除交通領(lǐng)域外，碳纖維瓶體在醫(yī)療、消防、潛水及工業(yè)氣體運(yùn)輸中同樣前景廣闊。例如，在便攜式醫(yī)用氧氣瓶市場(chǎng)，碳纖維復(fù)合氣瓶因重量?jī)H為鋼瓶的1/3，極大提升了患者移動(dòng)便利性；在深海作業(yè)中，其優(yōu)異的耐腐蝕性和抗疲勞性能也備受青睞。

作為國(guó)內(nèi)較早布局高壓復(fù)合氣瓶領(lǐng)域的新材料企業(yè)，威盛新材料攻克技術(shù)難點(diǎn)，自主開發(fā)了高精度纖維張力生產(chǎn)工藝及在線無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。其生產(chǎn)的碳纖維儲(chǔ)氫罐已獲得多家企業(yè)和科研院所的認(rèn)可。

“我們不僅關(guān)注產(chǎn)品的力學(xué)性能，更注重全生命周期的安全可靠性。”威盛新材料技術(shù)負(fù)責(zé)人表示，“例如，在70MPa儲(chǔ)氫罐研發(fā)中，我們優(yōu)化了碳纖維鋪層角度與樹脂材料，使爆破壓力提升至工作壓力的2.5倍以上，遠(yuǎn)超普通瓶體。”

　　可以預(yù)見(jiàn)，在“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，碳纖維瓶體將從“小眾高端”走向“規(guī)?；占?/span>”。威盛新材料也正通過(guò)持續(xù)的技術(shù)積累與產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同，推動(dòng)高壓氣體儲(chǔ)運(yùn)裝備領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)從“跟跑”到“并跑”乃至“領(lǐng)跑”的跨越。