复合材料压力容器开发制造将材料科学、机械制造工程等相结合,主要包括金属-金属型、金属-非金属型、非金属-非金属型等类型,例如钢带缠绕钢复合结构压力容器、碳纤维缠绕金属内衬复合材料压力容器、碳纤维缠绕非金属内衬复合材料压力容器等。预计2025-2030年,全球压力容器用复合材料市场规模将以7.4%左右的年复合增长率增长。
氢燃料电池汽车是复合材料压力容器的重要下游市场之一,也称作车载高压储氢瓶,用来存储液态氢气,最早应用的是第三代高压储氢瓶,为金属内胆纤维全缠绕气瓶(III型),之后又开发出第四代非金属内胆纤维全缠绕气瓶(IV型)、第五代无内胆纤维全缠绕气瓶(V型)。
III型高压储氢瓶通常以铝合金为内胆,在其外全缠绕碳纤维制造而成,为金属-非金属复合材料压力容器。IV型高压储氢瓶通常以复合塑料(例如高密度聚乙烯HDPE)为内衬,在其外全缠绕碳纤维,属于非金属-非金属复合材料压力容器。现阶段在车载高压储氢瓶领域,III型高压储氢瓶正在逐步替代III型高压储氢瓶。
在航空航天领域,复合材料压力容器主要用在固体火箭发动机壳体制造方面,凭借质量轻、可制造大尺寸容器、内部容积大、性能高等优点,V型无内衬复合材料压力容器具有明显应用优势。V型无内衬复合材料压力容器由碳纤维复合材料制造而成,最早开发就是为了满足航天领域液氧、液氢等低温燃料的存储需求,目前其应用正在向新能源汽车等领域拓展。
新思界
行业分析人士表示,复合材料压力容器具有优良的比强度、比刚度、抗疲劳性,可以存储氢气、天然气、丙烷气等,应用领域还包括加氢站、石油化工、国防军工等方面。近年来,为保护生态环境,碳减排关注度不断提高,采用天然气、氢气替代煤炭、石油作为燃料已经成为趋势,叠加航天领域需求,在低温燃料存储与耐压壳体制造方面,复合材料压力容器拥有广阔市场前景。
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