Zlepší termoplastické uhlíkové vlákno v budúcnosti výrobu a spracovanie fliaš na uskladnenie vodíka?
Vodíková energia je všeobecne uznávaná ako jeden z najekologickejších zdrojov energie. Výskum vodíka má vyše storočnú históriu a jeho aplikácia ako zdroja čistej energie sa skúma už niekoľko desaťročí. Kvôli horľavosti a výbušnosti vodíka sú v scenároch jeho použitia vysoké požiadavky na teplotu a tlak. Preto je potrebný hlbší výskum a experimenty, ktoré umožnia pohodlnejšie využitie vodíkovej energie. Vodíkové zásobníky sú v súčasnosti pomerne úspešnou metódou aplikácie vodíkovej energie; môžu skladovať plynný vodík pod vysokým tlakom a používajú sa vo vozidlách, ako sú autá. V priebehu desaťročí sa fľaše na uskladnenie vodíka vyvinuli z typu I na typ V, pričom prešli z celokovových materiálov na úplne navinuté kompozitné materiály bez vnútornej vložky.
Výkonnostné výhody vodíkových fliaš z uhlíkových vlákien sú významné a môžu sa používať súčasne s aramidovými vláknami.
Indický inštitút leteckého inžinierstva nedávno zverejnil výskumné zistenie, ktoré porovnávalo a analyzovalo štrukturálne správanie vysokotlakových fliaš na skladovanie vodíka typu IV vyrobených zo sklenených vlákien S, uhlíkových vlákien triedy T{2}} a vystužených aramidovými vláknami. kompozitov pod pracovným tlakom 70 MPa.
Výsledky ukázali, že deformácia fľaše typu IV zo sklenených vlákien S bola 10,873 mm, deformácia fľaše typu IV z uhlíkových vlákien triedy T700- bola 1{{1{{12 }}}} 0,176 mm a deformácia kevlarovej fľaše typu IV bola 1,0845 mm. Elastické deformácie pre tieto tri materiály boli 0,26812, 0,25658 a 0,073177. Okrem toho, maximálne hlavné napätie pre fľašu typu IV zo sklenených vlákien S bolo 1105,9 MPa, napätie pre fľašu typu IV s uhlíkovým vláknom bolo 1168,2 MPa a napätie pre fľašu typu IV z kevlaru bolo 1389,4 MPa. Štúdia poukázala na to, že v prijateľnom rozsahu napätia a deformácie sú aramidové vlákna vhodnými materiálmi pre vodíkové tlakové nádoby.
Stručne povedané, pri aplikácii fliaš na skladovanie vodíka z kompozitného materiálu ponúkajú kompozity z uhlíkových vlákien vyššiu tuhosť, zatiaľ čo kompozity z aramidových vlákien poskytujú lepšiu húževnatosť. Samozrejme, tieto dva typy kompozitov sa navzájom nevylučujú; skôr prostredníctvom rozumného dizajnu a kombinácie možno využiť ich príslušné výhody. Tento prístup dokáže vyvážiť tuhosť a húževnatosť v aplikáciách fliaš na uskladnenie vodíka z uhlíkových vlákien, čím sa zabezpečí mechanický výkon a zároveň sa zvýši bezpečnosť.
Môžu fľaše na uskladnenie vodíka z uhlíkových vlákien zvrátiť pokles hodnoty „čierneho zlata“?
Uhlíkové vlákno je známe ako „čierne zlato“, čo odráža jeho vysokú hodnotu, a preto zostali trhové ceny zvýšené. Štatistiky z posledných dvoch rokov však naznačujú, že „čierne zlato“ sa znehodnocuje. Ľudia v príbuzných odvetviach alebo odborníci na uhlíkové vlákna by mali pochopiť dôvody tohto trendu. Došlo k prudkému nárastu kapacity výroby uhlíkových vlákien nižšej kategórie, zatiaľ čo dopyt zo strany nadväzujúcich odvetví dosiahol saturáciu. Dôsledkom nadmernej ponuky je rýchly pokles trhových cien uhlíkových vlákien. Samozrejme, nárast výrobnej kapacity pre uhlíkové vlákna a kompozity strednej a vyššej triedy nebol výrazný a ceny na trhu sa príliš nezmenili.
Údaje ukazujú, že v roku 2022 dosiahol globálny trh s uhlíkovými vláknami 4,386 miliardy USD, čo predstavuje medziročný nárast o 29.0 %. Celosvetový dopyt po uhlíkových vláknach bol 135,{8}} ton, čo predstavuje nárast o 14,4 % v porovnaní so 118,{12}} tonami v roku 2021. Trh s tlakovými nádobami, poháňaný politikou „dvojitého uhlíka“, zaznamenal rýchly rast, s celosvetovým dopytom po tlakových nádobách dosahujúcim v roku 2022 14 800 ton, čo predstavuje nárast o 34,5 % oproti predchádzajúcemu roku, čo predstavuje 11,0 % segmentovaného trhu. Očakáva sa, že do roku 2030 celosvetový dopyt po tlakových nádobách presiahne 80,{23}} ton, čo naznačuje silný rastový trend.
V roku 2022 Čína použila približne 6,000 ton uhlíkových vlákien na plynové fľaše, pričom takmer polovica z toho sa použila na fľaše na uskladnenie vodíka. V budúcnosti sa bod rastu uhlíkových vlákien v tlakových nádobách pravdepodobne objaví na trhu s fľašami na uskladnenie vodíka. Vďaka silnému tlaku vlády na vývoj vodíkových palivových článkov a vozidiel existuje obrovský potenciál v sektore fliaš na uskladnenie vodíka, čo vedie k zrýchlenému dopytu po uhlíkových vláknach v tejto oblasti. Údaje naznačujú, že do konca roka 2022 bol počet vozidiel s vodíkovými palivovými článkami v Číne približne 12 300 s cieľom dosiahnuť 50000 do roku 2025, čo bude mať za následok ročnú mieru rastu zmesi takmer 60 %. Ak sa dopyt po uhlíkových vláknach po fľašiach na uskladnenie vodíka do roku 2025 zvýši na 50 %, dopyt po uhlíkových vláknach by mohol dosiahnuť 12 700 ton.
V nadchádzajúcich rokoch je potenciál pre fľaše na uskladnenie vodíka z uhlíkových vlákien obrovský. Cielená kapacita výroby uhlíkových vlákien nižšej kategórie nielen zmierňuje pokles hodnoty „čierneho zlata“, ale podporuje aj rýchly rozvoj odvetvia vodíkovej energie, čím sa dosiahne situácia, ktorá bude skutočne výhodná pre všetkých.
Zlepší termoplastické uhlíkové vlákno v budúcnosti výrobu a spracovanie fliaš na uskladnenie vodíka?
Očakáva sa, že uvoľnenie kapacít na výrobu nízkokvalitných uhlíkových vlákien pomôže vyriešiť problémy, ktorým čelí domáci priemysel uhlíkových vlákien, ale nejde o dlhodobé riešenie. Komplexnejšie vylepšenie technológie uhlíkových vlákien – konkrétne zvládnutie možností hromadnej výroby uhlíkových vlákien strednej a vyššej triedy – je nevyhnutné na získanie konkurenčnej výhody na globálnom trhu uhlíkových vlákien. Termoplastické uhlíkové vlákna by mohli byť ďalším dôležitým smerom rozvoja priemyslu uhlíkových vlákien. Budú teda termoplastické kompozity z uhlíkových vlákien hrať podpornú úlohu pri využívaní vodíkovej energie?
Výhody kompozitov z termoplastických uhlíkových vlákien:
1. Vysoký pomer pevnosti k hmotnosti: Uhlíkové vlákno je známe pre svoj vysoký pomer pevnosti k hmotnosti. Kombinácia uhlíkových vlákien s termoplastickou matricou túto výhodu zvyšuje, vďaka čomu sú termoplastické kompozity z uhlíkových vlákien atraktívne pre aplikácie v leteckom a automobilovom priemysle, kde sú kritické ľahké materiály a vysoká pevnosť.
2.Chemická stabilita: Termoplastické živice zvyčajne vykazujú lepšiu chemickú odolnosť v porovnaní s termosetovými živicami, vďaka čomu sú kompozity z termoplastických uhlíkových vlákien vhodné pre aplikácie, ktoré vyžadujú kontakt s agresívnymi chemikáliami, ako sú napríklad chemické látky v chemickom spracovateľskom priemysle.
3. Zlepšená odolnosť proti nárazu: V porovnaní s termosetovými živicami majú termoplastické živice často lepšiu odolnosť proti nárazu a húževnatosť, vďaka čomu sú termoplastické kompozity z uhlíkových vlákien ideálne pre aplikácie vyžadujúce vynikajúci výkon pri náraze.
4. Rýchla výroba: Rýchlosť spracovania kompozitov z termoplastických uhlíkových vlákien je rýchlejšia ako pri termosetových kompozitoch z uhlíkových vlákien vďaka kratším časom vytvrdzovania. Táto vlastnosť je výhodná pre odvetvia, ktoré vyžadujú rýchle výrobné cykly a vysokú priepustnosť.
5.Zvárateľnosť: Kompozity z termoplastických uhlíkových vlákien je možné spájať pomocou rôznych zváracích techník, ako je ultrazvukové alebo indukčné zváranie. Táto schopnosť uľahčuje proces montáže a umožňuje výrobu zložitých štruktúr.
6.Opraviteľnosť: Termoplastické kompozity z uhlíkových vlákien sa vo všeobecnosti ľahšie opravujú ako termosetové kompozity z uhlíkových vlákien. Môžu byť vyhrievané, pretvarované alebo záplatované, čo umožňuje opravy na mieste bez toho, aby sa ohrozil celkový výkon materiálu.
7. Opätovná spracovateľnosť: Kompozity z termoplastických uhlíkových vlákien je možné viacnásobne roztaviť a reformovať bez výrazného zhoršenia ich mechanických vlastností. Na rozdiel od termosetových kompozitov z uhlíkových vlákien, ktoré prechádzajú nevratnými vytvrdzovacími reakciami, vďaka tejto možnosti opätovného spracovania sú termoplastické kompozity ekologickejšie a ekonomicky životaschopnejšie.
8.Recyklovateľnosť: Kompozity z termoplastických uhlíkových vlákien možno na konci svojho životného cyklu recyklovať, čím sa zníži dopad na životné prostredie a prispeje sa k trvalo udržateľnému využívaniu.
