Zlepší termoplastické uhlíkové vlákno v budoucnu výrobu a zpracování lahví na skladování vodíku?
Vodíková energie je široce uznávána jako jeden z nejekologičtějších zdrojů energie. Výzkum vodíku má více než sto let dlouhou historii a jeho využití jako čistého zdroje energie se studuje již několik desetiletí. Vzhledem k hořlavosti a výbušnosti vodíku jsou ve scénářích jeho použití vysoké požadavky na teplotu a tlak. Proto je zapotřebí hlubšího výzkumu a experimentů, které umožní pohodlnější využití vodíkové energie. Vodíkové lahve jsou v současnosti poměrně úspěšnou metodou aplikace vodíkové energie; mohou uchovávat vysokotlaký plynný vodík a používají se ve vozidlech, jako jsou automobily. Během desetiletí se vodíkové láhve vyvinuly z typu I na typ V a přešly z celokovových materiálů na zcela vinuté kompozitní materiály bez vnitřní vložky.
Výkonnostní výhody vodíkových lahví z uhlíkových vláken jsou významné a lze je používat současně s aramidovými vlákny.
Nedávno vydal Indian Institute of Aerospace Engineering zjištění výzkumu, který porovnával a analyzoval strukturální chování vysokotlakých vodíkových lahví typu IV vyrobených ze skleněných vláken S, uhlíkových vláken třídy T700- a vyztužených aramidovými vlákny. kompozity pod pracovním tlakem 70 MPa.
Výsledky ukázaly, že deformace láhve typu IV ze skleněných vláken S byla 10,873 mm, deformace láhve typu IV z uhlíkových vláken třídy T700- byla 1{{1{{12 }}}} 0,176 mm a deformace kevlarové láhve typu IV byla 1,0845 mm. Elastické deformace pro tyto tři materiály byly 0,26812, 0,25658 a 0,073177, v daném pořadí. Kromě toho bylo maximální hlavní napětí pro láhev typu IV ze S-skelného vlákna 1105,9 MPa, napětí pro láhev typu IV z uhlíkových vláken bylo 1168,2 MPa a napětí pro láhev typu IV z kevlaru bylo 1389,4 MPa. Studie poukázala na to, že v přijatelném rozsahu napětí a deformace jsou aramidová vlákna vhodnými materiály pro vodíkové tlakové nádoby.
Stručně řečeno, při použití lahví pro skladování vodíku z kompozitního materiálu nabízejí kompozity z uhlíkových vláken vyšší tuhost, zatímco kompozity z aramidových vláken poskytují lepší houževnatost. Tyto dva typy kompozitů se samozřejmě vzájemně nevylučují; spíše prostřednictvím rozumného návrhu a kombinace lze využít jejich příslušných výhod. Tento přístup může vyvážit tuhost a houževnatost v aplikacích lahví na skladování vodíku z uhlíkových vláken, zajistit mechanický výkon a zároveň zvýšit bezpečnost.
Mohou skladovací láhve na vodík z uhlíkových vláken zvrátit pokles hodnoty „černého zlata“?
Uhlíkové vlákno je známé jako „černé zlato“, což odráží jeho vysokou hodnotu, a proto tržní ceny zůstaly zvýšené. Statistiky z posledních dvou let však naznačují, že „černé zlato“ se znehodnocuje. Lidé v příbuzných odvětvích nebo odborníci na uhlíková vlákna by měli pochopit důvody tohoto trendu. Došlo k prudkému nárůstu kapacity výroby uhlíkových vláken nižší třídy, zatímco poptávka z navazujících odvětví dosáhla saturace. Důsledkem nadměrné nabídky je rychlý pokles tržních cen uhlíkových vláken. Nárůst výrobní kapacity pro uhlíková vlákna a kompozity střední a vyšší třídy samozřejmě nebyl významný a tržní ceny se příliš nezměnily.
Údaje ukazují, že v roce 2022 dosáhl celosvětový trh s uhlíkovými vlákny 4,386 miliardy USD, což představuje meziroční nárůst o 29.0 %. Celosvětová poptávka po uhlíkových vláknech činila 135000 tun, což představuje nárůst o 14,4 % ve srovnání se 118000 tunami v roce 2021. Trh s tlakovými nádobami, poháněný politikou „dvojího uhlíku“, zaznamenal rychlý růst, s celosvětovou poptávkou po tlakových nádobách dosahující v roce 2022 14 800 tun, což je nárůst o 34,5 % oproti předchozímu roku, což představuje 11,0 % segmentovaného trhu. Očekává se, že do roku 2030 celosvětová poptávka po tlakových nádobách překročí 80000 tun, což naznačuje silný růstový trend.
V roce 2022 Čína spotřebovala přibližně 6,000 tun uhlíkových vláken na plynové lahve, přičemž téměř polovina z toho byla použita na vodíkové láhve. V budoucnu se růstový bod pro uhlíková vlákna v tlakových nádobách pravděpodobně objeví na trhu s vodíkovými lahvemi. Se silným tlakem vlády na vývoj vodíkových palivových článků a vozidel existuje v sektoru vodíkových lahví obrovský potenciál, což vede ke zrychlené poptávce po uhlíkových vláknech v této oblasti. Údaje naznačují, že na konci roku 2022 byl počet vozidel s vodíkovými palivovými články v Číně přibližně 12 300, s cílem dosáhnout 50000 do roku 2025, což povede k ročnímu tempu růstu směsi téměř 60 %. Pokud se poptávka po uhlíkových vláknech po lahvích na skladování vodíku do roku 2025 zvýší na 50 %, mohla by poptávka po uhlíkových vláknech dosáhnout 12 700 tun.
V nadcházejících letech je potenciál lahví na skladování vodíku z uhlíkových vláken obrovský. Cílená kapacita výroby uhlíkových vláken nižší třídy nejen zmírňuje pokles hodnoty „černého zlata“, ale také podporuje rychlý rozvoj odvětví vodíkové energie a dosahuje tak skutečně oboustranně výhodné situace.
Zlepší termoplastické uhlíkové vlákno v budoucnu výrobu a zpracování lahví na skladování vodíku?
Očekává se, že uvolnění kapacity výroby uhlíkových vláken nižší třídy pomůže vyřešit problémy, kterým čelí domácí průmysl uhlíkových vláken, ale nejde o dlouhodobé řešení. Komplexnější vylepšení technologie uhlíkových vláken – konkrétně zvládnutí schopností hromadné výroby uhlíkových vláken střední až vyšší třídy – je nezbytné pro získání konkurenční výhody na globálním trhu uhlíkových vláken. Termoplastické uhlíkové vlákno by mohlo být dalším důležitým směrem pro rozvoj průmyslu uhlíkových vláken. Budou tedy termoplastické kompozity z uhlíkových vláken hrát podpůrnou roli při využití vodíkové energie?
Výhody termoplastických kompozitů z uhlíkových vláken:
1. Vysoký poměr pevnosti k hmotnosti: Uhlíkové vlákno je známé pro svůj vysoký poměr pevnosti k hmotnosti. Kombinace uhlíkových vláken s termoplastickou matricí tuto výhodu zvyšuje, díky čemuž jsou termoplastické kompozity z uhlíkových vláken atraktivní pro aplikace v leteckém a automobilovém průmyslu, kde jsou kritické lehké materiály a vysoká pevnost.
2.Chemická stabilita: Termoplastické pryskyřice obvykle vykazují lepší chemickou odolnost ve srovnání s termosetovými pryskyřicemi, díky čemuž jsou termoplastické kompozity s uhlíkovými vlákny vhodné pro aplikace, které vyžadují kontakt s agresivními chemikáliemi, jako jsou chemické zpracovatelský průmysl.
3. Zlepšená odolnost proti nárazu: Ve srovnání s termosetovými pryskyřicemi mají termoplastické pryskyřice často lepší odolnost proti nárazu a houževnatost, díky čemuž jsou termoplastické kompozity z uhlíkových vláken ideální pro aplikace vyžadující vynikající rázové vlastnosti.
4. Rychlá výroba: Rychlost zpracování termoplastických kompozitů z uhlíkových vláken je rychlejší než u termosetových kompozitů z uhlíkových vláken díky kratší době vytvrzování. Tato vlastnost je výhodná pro průmyslová odvětví, která vyžadují rychlé výrobní cykly a vysokou propustnost.
5.Svařitelnost: Kompozity termoplastických uhlíkových vláken lze spojovat pomocí různých svařovacích technik, jako je ultrazvukové nebo indukční svařování. Tato schopnost usnadňuje montážní proces a umožňuje výrobu složitých konstrukcí.
6. Opravitelnost: Termoplastické kompozity z uhlíkových vláken se obecně snáze opravují než termosetové kompozity z uhlíkových vláken. Lze je zahřívat, přetvářet nebo záplatovat, což umožňuje opravy na místě, aniž by došlo ke snížení celkového výkonu materiálu.
7. Znovuzpracovatelnost: Kompozity z termoplastických uhlíkových vláken lze tavit a reformovat vícekrát, aniž by došlo k výraznému zhoršení jejich mechanických vlastností. Na rozdíl od termosetových kompozitů z uhlíkových vláken, které procházejí nevratnými vytvrzovacími reakcemi, činí tato znovuzpracovatelnost termoplastické kompozity šetrnější k životnímu prostředí a ekonomicky životaschopné.
8. Recyklovatelnost: Kompozity z termoplastických uhlíkových vláken lze na konci svého životního cyklu recyklovat, což snižuje dopad na životní prostředí a přispívá k udržitelnému používání.
