行业热点

Industry Hotspots

复合材料应用市场:压力容器(2022新编)

发布时间:2022-11-04  浏览人数:

高压气体储存容器是先进复合材料尤其是纤维缠绕碳纤维复合材料的最大和增长最快的市场之一。尽管它们也用于呼吸装置,并在航空航天飞行器上用于氧气等气体的储存,但主要用途是储存液化石油气(LPG)、压缩天然气(CNG)、可再生天然气(RNG)和氢气(H2)。

       CNG、RNG和H2燃料系统越来越多地用于客车、公共汽车、卡车和其他车辆,或用于散装运输(也称为移动管道),以供应加气站或工业场所。在车辆中,这些燃料储罐是作为汽油、柴油和喷射燃料之清洁替代品的低排放或零排放动力系统的关键组成部分。
压力容器分为五种类型:
·I型:全金属结构,一般为钢结构。
·II型:主要是金属(大多是钢或铝),在环向上有一些纤维缠绕复合材料(玻璃纤维复合材料);金属容器和复合材料分担大约相等的结构载荷。
·III型:金属内衬(通常为铝),全部外包复合材料(碳纤维复合材料);复合材料承担全部结构载荷。
·IV型:全复合材料结构(碳纤维或碳/玻混合纤维复合材料),聚合物内衬(通常为聚酰胺或高密度聚乙烯);复合材料承担全部结构荷载。
·V型:无内衬,全复合材料结构。

       从历史上看,I型占据了90%以上的市场。然而,随着使用复合材料减轻重量和提高压缩气体储存效率的III型和IV型容器的销量增加,这种情况开始改变。V型仍处于萌芽阶段,主要用于航天用途,但随着航天工业的新发展,这是一个值得关注的领域。例如,2020年4月,美国无限复合材料技术公司开发了一种球形V型低温罐,用来在火箭驱动的航天运载器上储存低温液体推进剂。


市场驱动力
       这一市场的压倒性驱动力是全球为减少气候变化的影响,从化石燃料转向可再生、减排燃料(如CNG、RNG和H2),旨在到2050年实现零排放的努力。
例如,美国康涅狄格州、马里兰州、马萨诸塞州、新泽西州、纽约州、俄勒冈州、罗得岛州、佛蒙特州和华盛顿州已承诺到2050年不再销售新的化石燃料乘用车,这些州以及加利福尼亚州、科罗拉多州、夏威夷州、缅因州、北卡罗来纳州、宾夕法尼亚州和哥伦比亚特区将从2050年起禁止销售新的化石燃料中型和重型汽车。据2021年美国一篇专题文章介绍,每年为公共汽车、中型和重型卡车生产50多万台内燃机的美国康明斯公司,已投资开发一种燃料电池8级卡车和氢内燃机。该公司表示,未来的重型运输将由氢、燃料电池或蓄电池作为动力,而不是柴油。

氢是备受关注的绿色燃料。储氢罐的使用不仅在配送系统中增加,而且在汽车、卡车、铁路和海运中也日渐增加。荷兰储罐制造商NPROXX公司的总经理兼销售主管Michael Himmen说:“欧洲生产卡车的一部分将采用氢作为动力。”欧洲立法规定,卡车原始设备制造商必须在2030年前实现其所产车队的二氧化碳排放量平均比2019年减少30%。Himmen估测,多达5%的欧洲卡车将转用H2,每年总计达到15000~20000辆卡车。由于每辆车有五到七个IV型储罐,重型卡车在十年内可能每年需要100000个储罐。


压力容器用复合材料
       用于储存氢气的IV型复合材料压力容器由碳纤维和环氧树脂缠绕在塑料内衬上制成。有多家厂商设计和提供了高度自动化的储氢罐生产线。其中马其顿MIKROSAM公司声称,其客户俄罗斯JSC DPO Plastik已投运世界上最大的CNG和H2储罐生产线,每年能够用纤维缠绕法制造60000个储罐。
       德国Cevotec公司报告,在压力容器封头区域使用纤维贴片铺放(FPP)工艺,可节省20%的材料和周期时间。FPP系统可把碳纤维做成精密的贴片,用来覆盖纤维缠绕工艺有时出现问题的区域。
       虽然大多数储存压缩气体的IV型压力容器使用碳纤维作为结构增强材料,外层用玻璃纤维防止损坏,但挪威Umoe先进复合材料公司(UAC)仅使用玻璃纤维制造其IV型储罐。UAC的目标不是车辆,而是气体运输市场。UAC原本只提供200~350巴的气体运输装备,但在2022年将增产450~500巴的储罐。正如UAC首席执行官?yvind Hamre在美国CW举办的氢技术日会议中所解释的,玻璃纤维增强聚合物(GFRP)储罐的资本支出与钢储罐相同,但重量减少了70%。同时,与碳纤维增强塑料气瓶相比,玻璃纤维增强塑料减少了50%的资本支出,尽管重量更重。
(摘译自美国《复合材料世界》网站资料)