Kas termoplastne süsinikkiud parandab tulevikus vesinikupudelite tootmist ja töötlemist?
Vesinikenergia on laialdaselt tunnustatud kui üks keskkonnasõbralikumaid energiaallikaid. Vesiniku uurimise ajalugu on üle saja aasta ja selle kasutamist puhta energiaallikana on uuritud mitu aastakümmet. Vesiniku süttivuse ja plahvatusohtlikkuse tõttu on selle kasutamise stsenaariumides kõrged nõuded temperatuurile ja rõhule. Seetõttu on vesinikuenergia mugavamaks kasutamiseks vaja teha põhjalikumaid uuringuid ja katseid. Vesinikuhoidla pudelid on praegu suhteliselt edukas meetod vesinikuenergia rakendamiseks; need võivad säilitada kõrgsurvega vesinikgaasi ja neid kasutatakse sõidukites, näiteks autodes. Aastakümnete jooksul on vesiniku säilituspudelid arenenud tüübist I tüübiks V, üleminekul täismetallist materjalidelt täielikult keritud komposiitmaterjalidele, millel puudub sisevooder.
Süsinikkiust vesiniku säilituspudelite jõudluse eelised on märkimisväärsed ja neid saab kasutada samaaegselt aramiidkiududega.
Hiljuti avaldas India Lennundustehnika Instituut uurimistulemuse, milles võrreldi ja analüüsiti S-klaaskiust, T700--klassi süsinikkiust ja aramiidkiuga tugevdatud IV tüüpi kõrgsurve vesinikupudelite ehituslikku käitumist. komposiidid töörõhul 70 MPa.
Tulemused näitasid, et S-klaaskiust IV tüüpi pudeli deformatsioon oli 10,873 mm, T700--klassi süsinikkiust IV tüüpi pudeli deformatsioon oli 1{{1{{12 }}}},176 mm ja Kevlar Type IV pudeli deformatsioon oli 1,0845 mm. Kolme materjali elastsed pinged olid vastavalt 0,26812, 0,25658 ja 0,073177. Lisaks oli S-klaaskiust IV tüüpi pudeli maksimaalne põhipinge 1105,9 MPa, süsinikkiust IV tüüpi pudeli pinge 1168,2 MPa ja IV tüüpi Kevlari pudeli pinge 1389,4 MPa. Uuring tõi välja, et vastuvõetavate pinge- ja deformatsioonivahemike piires on aramiidkiud sobivad materjalid vesiniku surveanumate jaoks.
Kokkuvõtteks võib öelda, et komposiitmaterjalist vesinikuhoidlate pudelite kasutamisel pakuvad süsinikkiust komposiidid suuremat jäikust, samas kui aramiidkiudkomposiidid pakuvad paremat sitkust. Loomulikult ei välista need kahte tüüpi komposiite üksteist; pigem saab mõistliku disaini ja kombineerimise kaudu nende vastavaid eeliseid ära kasutada. See lähenemisviis võib tasakaalustada jäikust ja sitkust süsinikkiust vesinikupudelites, tagades mehaanilise jõudluse ja suurendades samal ajal ohutust.
Kas süsinikkiust vesiniku säilituspudelid suudavad "musta kulla" väärtuse langust tagasi pöörata?
Süsinikkiudu nimetatakse "mustaks kullaks", mis peegeldab selle kõrget väärtust ja vastavalt on turuhinnad püsinud kõrgel. Viimase kahe aasta statistika näitab aga, et "must kuld" odavneb. Seotud tööstusharudes või süsinikkiust spetsialistid peaksid mõistma selle suundumuse põhjuseid. Madala kvaliteediga süsinikkiu tootmisvõimsus on kasvanud, samas kui nõudlus järgtööstuses on küllastunud. Ülepakkumise tagajärjeks on süsinikkiu turuhindade kiire langus. Loomulikult ei ole keskmise ja kalli süsinikkiudude ja komposiitide tootmisvõimsuse kasv olnud märkimisväärne ning turuhinnad pole palju muutunud.
Andmed näitavad, et 2022. aastal ulatus ülemaailmne süsinikkiu turu suurus 4,386 miljardi dollarini, mis on 29.0% rohkem kui aasta varem. Ülemaailmne nõudlus süsinikkiu järele oli 135,{8}} tonni, kasvades 14,4% võrreldes 118,{12}} tonniga 2021. aastal. Kahekordse süsiniku poliitika tõttu on surveanumaturg kiiresti kasvanud, kui ülemaailmne nõudlus surveanumate järele ulatub 2022. aastal 14 800 tonnini, mis on 34,5% kasv võrreldes eelmise aastaga, moodustades 11,0% segmenteeritud turust. Eeldatakse, et 2030. aastaks ületab ülemaailmne nõudlus surveanumate järele 80 000 tonni, mis näitab tugevat kasvutendentsi.
2022. aastal kasutas Hiina gaasiballoonide jaoks umbes 6,000 tonni süsinikkiudu, millest peaaegu pool vesinikupudelite jaoks. Tulevikus kerkib vesinikupudelite turult tõenäoliselt esile süsinikkiu kasvupunkt surveanumates. Kuna valitsus on tugevalt püüdnud arendada vesinikkütuseelemente ja -sõidukeid, on vesinikupudelite sektoris tohutu potentsiaal, mis toob kaasa kiirenenud nõudluse süsinikkiu järele selles valdkonnas. Andmed näitavad, et 2022. aasta lõpuks oli Hiinas vesinikkütuseelemendiga sõidukite arv ligikaudu 12 300, eesmärgiga jõuda 2025. aastaks 50,000 sõidukini, mille tulemuseks on aastane liitkasvumäär peaaegu 60%. Kui süsinikkiu nõudlus vesiniku säilituspudelite järele tõuseb 2025. aastaks 50%-ni, võib nõudlus süsinikkiu järele ulatuda 12 700 tonnini.
Lähiaastatel on süsinikkiust vesinikupudelite potentsiaal tohutu. Sihtotstarbeline madala kvaliteediga süsinikkiu tootmisvõimsus mitte ainult ei leevenda "musta kulla" väärtuse langust, vaid soodustab ka vesinikuenergia tööstuse kiiret arengut, saavutades tõelise olukorra, millest võidavad kõik.
Kas termoplastne süsinikkiud parandab tulevikus vesinikupudelite tootmist ja töötlemist?
Oodatakse, et madala kvaliteediga süsinikkiu tootmisvõimsuse vabastamine aitab lahendada kodumaise süsinikkiutööstuse ees seisvaid probleeme, kuid see ei ole pikaajaline lahendus. Süsinikkiudude tehnoloogia põhjalikum täiustamine – konkreetselt keskmise ja kõrgekvaliteediliste süsinikkiudude masstootmisvõimaluste valdamine – on ülemaailmsel süsinikkiudude turul konkurentsieelise saavutamiseks hädavajalik. Termoplastne süsinikkiud võib olla süsinikkiutööstuse arengu järgmine oluline suund. Niisiis, kas termoplastilised süsinikkiust komposiidid mängivad vesinikuenergia kasutamisel edendavat rolli?
Termoplastiliste süsinikkiust komposiitide eelised:
1. Kõrge tugevuse ja kaalu suhe: Süsinikkiud on tuntud oma kõrge tugevuse ja kaalu suhte poolest. Süsinikkiu kombineerimine termoplastilise maatriksiga suurendab seda eelist, muutes termoplastsed süsinikkiust komposiidid atraktiivseks kasutamiseks kosmose- ja autotööstuses, kus kerged materjalid ja kõrge tugevus on kriitilise tähtsusega.
2.Keemiline stabiilsus: Termoplastsed vaigud omavad tavaliselt paremat keemilist vastupidavust kui termoreaktiivsed vaigud, mistõttu termoplastsed süsinikkiust komposiidid sobivad rakendusteks, mis nõuavad kokkupuudet agressiivsete kemikaalidega, näiteks keemiatööstuses.
3. Parem löögikindlus: Võrreldes termoreaktiivsete vaikudega, on termoplastsetel vaikudel sageli parem löögikindlus ja sitkus, mistõttu on termoplastsed süsinikkiust komposiidid ideaalsed rakenduste jaoks, mis nõuavad suurepärast löögivõimet.
4.Kiire tootmine: Termoplastiliste süsinikkiudkomposiitide töötlemiskiirus on lühema kõvenemisaja tõttu kiirem kui termoreaktiivsetel süsinikkiudkomposiitide omal. See omadus on kasulik tööstusharudele, mis nõuavad kiireid tootmistsükleid ja suurt läbilaskevõimet.
5.Keevitatavus: Termoplastilisi süsinikkiudkomposiite saab ühendada erinevate keevitustehnikate abil, näiteks ultrahelikeevitus või induktsioonkeevitus. See võimalus hõlbustab monteerimisprotsessi ja võimaldab toota keerulisi struktuure.
6.Remondivõime: termoplastilisi süsinikkiudkomposiite on üldiselt lihtsam parandada kui termoreaktiivseid süsinikkiudkomposiite. Neid saab soojendada, ümber kujundada või lappida, mis võimaldab kohapeal remonti teha, ilma et see kahjustaks materjali üldist jõudlust.
7.Ümbertöödeldavus: Termoplastilisi süsinikkiudkomposiite saab mitu korda sulatada ja reformida, ilma et nende mehaanilised omadused oluliselt halveneksid. Vastupidiselt termoreaktiivsetele süsinikkiudkomposiitidele, mis läbivad pöördumatuid kõvenemisreaktsioone, muudab see ümbertöötletavus termoplastsed komposiidid keskkonnasõbralikumaks ja majanduslikult elujõulisemaks.
8. Taaskasutatavus: Termoplastilisi süsinikkiudkomposiite saab nende elutsükli lõpus taaskasutada, vähendades keskkonnamõju ja aidates kaasa säästvale kasutamisele.
