未來熱塑性碳纖維是否可以改善儲氫瓶產(chǎn)品的生產(chǎn)和加工？
氫能是公認(rèn)最環(huán)保的能源之一，對于氫元素的研究已經(jīng)有上百年的歷史，而將之作為潔凈能源的應(yīng)用研究也已經(jīng)有幾十年的時間。由于氫能易燃易爆，對使用場景的溫度和壓力有較高的要求，所以想要更便捷的使用氫能還需要更深入的研究和實(shí)驗(yàn)。儲氫瓶是目前氫能應(yīng)用的一種較為成功的方式，儲氫瓶可以儲存高壓氫氣，應(yīng)用于汽車等交通工具當(dāng)中。儲氫瓶歷經(jīng)幾十年，已經(jīng)從I型發(fā)展到Ⅴ型，從全金屬材質(zhì)到無內(nèi)膽復(fù)合材料全纏繞制成。
碳纖維儲氫瓶性能優(yōu)勢明顯，且可與芳綸纖維同時使用
印度航空工程研究所近期公布了一項(xiàng)研究成果，在該項(xiàng)研究中對比分析了采用S-玻璃纖維、T700級碳纖維、芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的IV型高壓儲氫瓶在70MPa工作壓力下的結(jié)構(gòu)行為。
結(jié)果顯示：S玻璃纖維IV型瓶變形量為10.873mm,T700級碳纖維IV型瓶變形量為10.176mm，KevlarIV型瓶變形量為1.0845mm；三者的彈性應(yīng)變分別為0.26812、0.25658和0.073177。此外，S玻璃纖維IV型瓶的最大主應(yīng)力為1105.9MPa，碳纖維IV型瓶的應(yīng)力為1168.2 MPa， Kevlar IV型瓶的應(yīng)力是1389.4MPa。研究指出，在應(yīng)力和應(yīng)變可接受的范圍內(nèi)，芳綸纖維是一種適用于氫氣壓力容器的材料。
總結(jié)起來就是，在復(fù)合材料儲氫瓶應(yīng)用中，碳纖維復(fù)合材料的剛度更高，而芳綸纖維復(fù)合材料的韌性更好。當(dāng)然這兩種復(fù)合材料并不是水火不容的，反之可以通過合理的設(shè)計(jì)和組合，發(fā)揮出各自的優(yōu)勢，在碳纖維儲氫瓶應(yīng)用中兼顧剛度和韌性，既保障機(jī)械性能，又提升安全性能。
碳纖維儲氫瓶能夠挽回“黑色黃金”跌價的頹勢嗎？
碳纖維被譽(yù)為“黑色黃金”，可見其價值很高，同樣對應(yīng)的市場價格也處于高位，但是過去2年各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，“黑色黃金”正在貶值。這個問題，相信相關(guān)行業(yè)或碳纖維從業(yè)人員應(yīng)該明白其中緣由。低端碳纖維產(chǎn)能井噴，而下游產(chǎn)業(yè)需求飽和，供大于求帶來的后果就是碳纖維市場價格極速下降。當(dāng)然，中高端碳纖維及復(fù)合材料的產(chǎn)能提升并不明顯，市場價格并未有太大變化。
數(shù)據(jù)顯示，2022年全球碳纖維市場規(guī)模達(dá)到43.86億美元，同比增長29.0%，全球碳纖維需求為13.5萬噸，相比2021的11.8萬噸增長14.4%。在“雙碳”政策驅(qū)動下，壓力容器市場增長迅速，2022年全球壓力容器需求達(dá)到1.48萬噸，較去年增長34.5%，細(xì)分市場中占比11.0%，預(yù)計(jì)到2030年，全球壓力容器需求將超過8萬噸，增長趨勢強(qiáng)勁。
2022年，中國氣瓶碳纖維用量約0.6萬噸，其中儲氫瓶占比接近一半，未來壓力容器用碳纖維的增長點(diǎn)也將出現(xiàn)在儲氫瓶市場。隨著國家大力推動氫燃料電池和汽車的發(fā)展，儲氫瓶領(lǐng)域潛力巨大，碳纖維在該領(lǐng)域的需求加速上漲。數(shù)據(jù)顯示，截止到2022年底我國氫燃料電池車保有量約為1.23萬輛，根據(jù)規(guī)劃2025年目標(biāo)達(dá)到5萬輛，年復(fù)合增長率接近60%。預(yù)計(jì)到2025年，若儲氫氣瓶碳纖維需求量占比增至50%，則碳纖維需求量有望達(dá)1.27萬噸。
未來幾年，碳纖維儲氫瓶的潛力巨大，低端碳纖維產(chǎn)能有的放矢，既緩和了“黑色黃金”的跌價頹勢，又能促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)的極速發(fā)展，真正的實(shí)現(xiàn)雙贏。
未來熱塑性碳纖維是否可以改善儲氫瓶產(chǎn)品的生產(chǎn)和加工？
低端碳纖維產(chǎn)能的釋放有望解決國內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)的困境，但這并不是長久之計(jì)，只有更全面的提升碳纖維技術(shù)，將中高端碳纖維的批量生產(chǎn)能力掌握在自己手里，才能在全球碳纖維市場占得先機(jī)。熱塑性碳纖維可能是未來碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展的下一個重要方向，那熱塑性碳纖維復(fù)合材料對于氫能利用是否會起到促進(jìn)作用呢？
熱塑性碳纖維復(fù)合材料具備的性能優(yōu)勢：
1、高強(qiáng)度重量比：碳纖維本身以其高強(qiáng)度重量比而聞名，將碳纖維與熱塑性基體相結(jié)合增強(qiáng)了這一優(yōu)勢，使熱塑性碳纖維復(fù)合材料對于航空航天和汽車工業(yè)等輕質(zhì)材料和高強(qiáng)度至關(guān)重要的應(yīng)用具有吸引力。
2、化學(xué)穩(wěn)定性：熱塑性樹脂通常比熱固性樹脂表現(xiàn)出更好的耐化學(xué)品性，這使得熱塑性碳纖維復(fù)合材料適用于需要接觸刺激性化學(xué)品的應(yīng)用，例如化學(xué)加工行業(yè)。
3、提高抗沖擊性：與熱固性樹脂相比，熱塑性樹脂往往具有更好的抗沖擊性和韌性，這使得熱塑性碳纖維復(fù)合材料適用于抗沖擊性至關(guān)重要的應(yīng)用。
4、快速制造：熱塑性碳纖維復(fù)合材料的加工速度比熱固性碳纖維復(fù)合材料更快，因?yàn)楣袒瘯r間比后者更短，這一特性有利于需要快速生產(chǎn)周期和高吞吐量的行業(yè)。
5、可焊接性：熱塑性碳纖維復(fù)合材料可以使用各種焊接技術(shù)連接，例如超聲波焊接或感應(yīng)焊接，這種能力促進(jìn)了組裝過程并允許生產(chǎn)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
6、可修復(fù)性：熱塑性碳纖維復(fù)合材料通常比熱固性碳纖維復(fù)合材料更容易修復(fù)，可以被加熱、重塑或修補(bǔ)，從而可以在不影響材料整體性能的情況下進(jìn)行現(xiàn)場修復(fù)。
7、可再加工性：熱塑性碳纖維復(fù)合材料可以多次熔化和重整，而不會顯著降低其機(jī)械性能，與通常發(fā)生不可逆固化反應(yīng)的熱固性碳纖維復(fù)合材料相比，這種可再加工性使它們更加環(huán)保且經(jīng)濟(jì)可行。
8、可回收性：熱塑性碳纖維復(fù)合材料可以在其生命周期結(jié)束時回收，減少對環(huán)境的影響并有助于可持續(xù)使用。
熱塑性碳纖維復(fù)合材料技術(shù)一旦成熟，可大批量制備，隨之而來就是下游產(chǎn)業(yè)中對應(yīng)的熱塑性碳纖維零部件生產(chǎn)和加工技術(shù)的提升，這樣才能拉動碳纖維回收產(chǎn)業(yè)的形成和成熟。這一套閉環(huán)形成后，很多原先的碳纖維產(chǎn)品將會得到一次質(zhì)的提升，自然也包括碳纖維儲氫瓶行業(yè)。不過以上閉環(huán)想要真正實(shí)現(xiàn)，得先解決熱塑性碳纖維復(fù)合材料的瓶頸問題，智上新材料認(rèn)為，千里之行，始于足下。智上新材料作為國內(nèi)僅有的幾家可獨(dú)立完成熱塑性碳纖維單向帶制備的企業(yè)，我們的力量有限，想要推動國內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)的升級，還需要更多的企業(yè)和組織加入進(jìn)來。
