高氫氣氣密性的粘土膜樹脂復合材料
日本產業技術綜合研究所與九州工業大學及津山工業高等職業學校通過層疊粘土膜“Claist”和碳纖維強化樹脂(CFRP),開發出了氫氣氣密性和耐用性出色的儲氫罐復合材料。
此次開發的復合材料是對粘土膜和CFRP進行層疊后在高溫高壓下加工而成的,與原來氣密層采用鋁和高密度樹脂時相比,結構更簡單、可靠性更高。目前,正在積累基礎試驗數據,針對材料形變等實施的耐用性試驗結果也非常之好。
該復合材料可以廣泛用于飛機和火箭的儲氫罐、對存儲容器輕量化要求更高的汽車儲氫罐、燃料電池容器以及移動式的液態氫存儲設備等。由于使用該材料可以減少氫氣存儲部長期儲藏時的氣體泄露,因而有利于節能,還有望確立低環境負荷的工藝。
作為有機高分子材料的樹脂容易使氫氣透過,因此不能直接用作儲氫罐材料。所以,業界一直在嘗試貼敷氣密層等方法。雖然鋁具有氣密性好的優點,但卻存在容易從復合材料界面上脫落以及其他質量問題。而有機類氣密層的氫氣氣密性又很低。
日產綜研以粘土為主原料,少量添加樹脂,開發出了無氣孔、厚度均勻的粘土膜Claist。Claist是通過細密地層疊厚度約1nm的粘土結晶而制成的,是一種柔軟且耐熱性好的氣密材料。
一直利用CFRP來開發儲氫罐的九州工業大學及津山工業高等職業學校已開始著手研究這種氫氣氣密性材料,為開發循環利用型宇宙輸送系統的液體儲氫罐,雙方已開始就該材料與CFRP的復合化展開合作研究。合作研究將在開發使CFRP與粘土膜復合的方法的同時,還將進行氫透過試驗以及耐用性試驗等多種特性試驗。
此次開發的復合材料在CFRP的半固化片(Prepreg)內夾入粘土膜,經加熱、加壓、層壓制成。每側分別層疊三層CFRP半固化片,在其中間夾入粘土膜,通過加熱加壓獲得了厚度約1mm的板狀試驗體。采用0.7MPa氫氣的氣相色譜分析法對該試驗體的氫氣氣密性進行檢測,結果表明其氫氣氣密性是以往公布的材料的100倍以上。這相當于在長5m、直徑1m、壓力5MPa的儲氫罐中,泄漏量每年只有0.01%。
觀察復合材料的橫截面發現,CFRP所含有的環氧樹脂侵入CFRP表面的縫隙內,粘土膜層和CFRP層接合良好。經材料的耐久性試驗證實,即使反復彎折1萬次,或者在-196℃的極低溫度下暴露100次,氫氣氣密性也幾乎不會下降。這一結果表明,該材料還有望在極低溫及高壓力條件下用作儲氫罐材料。
今后,研究人員將進一步實施廣泛的性能評價試驗,同時將制成容器,檢驗其性能,并研究對各種用途的適用性。此次的研究成員包括日本產業技術綜合研究所緊湊化學工藝研究中心材料研究中心研究組長
此次開發的復合材料是對粘土膜和CFRP進行層疊后在高溫高壓下加工而成的,與原來氣密層采用鋁和高密度樹脂時相比,結構更簡單、可靠性更高。目前,正在積累基礎試驗數據,針對材料形變等實施的耐用性試驗結果也非常之好。
該復合材料可以廣泛用于飛機和火箭的儲氫罐、對存儲容器輕量化要求更高的汽車儲氫罐、燃料電池容器以及移動式的液態氫存儲設備等。由于使用該材料可以減少氫氣存儲部長期儲藏時的氣體泄露,因而有利于節能,還有望確立低環境負荷的工藝。
作為有機高分子材料的樹脂容易使氫氣透過,因此不能直接用作儲氫罐材料。所以,業界一直在嘗試貼敷氣密層等方法。雖然鋁具有氣密性好的優點,但卻存在容易從復合材料界面上脫落以及其他質量問題。而有機類氣密層的氫氣氣密性又很低。
日產綜研以粘土為主原料,少量添加樹脂,開發出了無氣孔、厚度均勻的粘土膜Claist。Claist是通過細密地層疊厚度約1nm的粘土結晶而制成的,是一種柔軟且耐熱性好的氣密材料。
一直利用CFRP來開發儲氫罐的九州工業大學及津山工業高等職業學校已開始著手研究這種氫氣氣密性材料,為開發循環利用型宇宙輸送系統的液體儲氫罐,雙方已開始就該材料與CFRP的復合化展開合作研究。合作研究將在開發使CFRP與粘土膜復合的方法的同時,還將進行氫透過試驗以及耐用性試驗等多種特性試驗。
此次開發的復合材料在CFRP的半固化片(Prepreg)內夾入粘土膜,經加熱、加壓、層壓制成。每側分別層疊三層CFRP半固化片,在其中間夾入粘土膜,通過加熱加壓獲得了厚度約1mm的板狀試驗體。采用0.7MPa氫氣的氣相色譜分析法對該試驗體的氫氣氣密性進行檢測,結果表明其氫氣氣密性是以往公布的材料的100倍以上。這相當于在長5m、直徑1m、壓力5MPa的儲氫罐中,泄漏量每年只有0.01%。
觀察復合材料的橫截面發現,CFRP所含有的環氧樹脂侵入CFRP表面的縫隙內,粘土膜層和CFRP層接合良好。經材料的耐久性試驗證實,即使反復彎折1萬次,或者在-196℃的極低溫度下暴露100次,氫氣氣密性也幾乎不會下降。這一結果表明,該材料還有望在極低溫及高壓力條件下用作儲氫罐材料。
今后,研究人員將進一步實施廣泛的性能評價試驗,同時將制成容器,檢驗其性能,并研究對各種用途的適用性。此次的研究成員包括日本產業技術綜合研究所緊湊化學工藝研究中心材料研究中心研究組長










































