熱可塑性炭素繊維は将来、水素貯蔵ボトルの製造と加工を改善するでしょうか?
水素エネルギーは、最も環境に優しいエネルギー源の 1 つとして広く認識されています。水素の研究には100年以上の歴史があり、クリーンエネルギー源としての応用は数十年前から研究されてきました。水素の可燃性と爆発性により、その使用シナリオでは温度と圧力に対して高い要件が求められます。したがって、水素エネルギーをより便利に利用できるようにするには、より詳細な研究と実験が必要です。水素貯蔵ボトルは現在、水素エネルギーを利用する比較的成功した方法です。高圧の水素ガスを貯蔵することができ、自動車などの乗り物に使用されています。数十年にわたり、水素貯蔵ボトルはタイプ I からタイプ V に進化し、全金属材料から内部ライナーのない完全に巻かれた複合材料に移行しました。
炭素繊維水素貯蔵ボトルの性能上の利点は大きく、アラミド繊維と同時に使用できます。
最近、インド航空宇宙工学研究所は、S ガラス繊維、T700- グレードの炭素繊維、およびアラミド繊維で強化されたタイプ IV 高圧水素貯蔵ボトルの構造的挙動を比較および分析した研究結果を発表しました。 70 MPa の使用圧力下での複合材料。
結果は、S ガラス繊維 Type IV ボトルの変形は 10.873 mm、T700- グレードの炭素繊維 Type IV ボトルの変形は 1{{1{{12) であることを示しました。 }}}}.176 mm、ケブラー Type IV ボトルの変形は 1.0845 mm でした。 3 つの材料の弾性ひずみは、それぞれ 0.26812、0.25658、0.073177 でした。さらに、S グラスファイバー Type IV ボトルの最大主応力は 1105.9 MPa、カーボンファイバー Type IV ボトルの応力は 1168.2 MPa、ケブラー Type IV ボトルの応力は 1389.4 MPa でした。この研究では、応力とひずみの許容範囲内では、アラミド繊維が水素圧力容器に適した材料であると指摘しました。
要約すると、複合材料の水素貯蔵ボトルの用途では、炭素繊維複合材料はより高い剛性を提供し、一方、アラミド繊維複合材料はより優れた靭性を提供します。もちろん、これら 2 種類の複合材料は相互に排他的ではありません。むしろ、合理的な設計と組み合わせによって、それぞれの利点を活用できます。このアプローチにより、炭素繊維水素貯蔵ボトルの用途において剛性と靱性のバランスをとることができ、安全性を高めながら機械的性能を確保できます。
炭素繊維の水素貯蔵ボトルは「黒い金」の価値下落を逆転させることができるのか？
カーボンファイバーはその価値の高さを反映して「黒い金」として知られており、それに応じて市場価格も高止まりしています。しかし、過去2年間の統計によると、「ブラックゴールド」の価格は下落している。関連業界や炭素繊維の専門家は、この傾向の背後にある理由を理解する必要があります。ローエンドの炭素繊維の生産能力が急増している一方で、下流産業からの需要は飽和状態に達しています。供給過剰の結果、炭素繊維の市場価格は急速に下落します。もちろん、ミッドエンドからハイエンドの炭素繊維および複合材の生産能力の増加はそれほど大きくなく、市場価格もそれほど変化していません。
データによると、2022 年に世界の炭素繊維市場規模は 43 億 8,600 万ドルに達し、前年比 29.0% 増加しました。炭素繊維の世界需要は 135,000 トンで、2021 年の 118,000 トンと比較して 14.4% 増加しました。「デュアルカーボン」政策により、圧力容器市場は急速に成長しました。 2022 年の圧力容器の世界需要は前年比 34.5% 増の 14,800 トンに達し、セグメント市場の 11.0% を占めます。 2030年までに世界の圧力容器需要は80,{23}}トンを超えると予想されており、力強い成長傾向を示しています。
2022 年、中国は約 6,{2} トンの炭素繊維をガスシリンダーに使用し、その半分近くが水素貯蔵ボトルに使用されました。将来的には、圧力容器用炭素繊維の成長点は水素貯蔵ボトル市場に現れる可能性があります。政府が水素燃料電池と自動車の開発を強力に推進していることにより、水素貯蔵ボトル分野には計り知れない可能性があり、この分野での炭素繊維の需要の加速につながっています。データによると、2022 年末までに中国の水素燃料電池自動車の台数は約 12,300 台で、2025 年までに 50 台に達するという目標があります。000、その結果、年間複合成長率はほぼ 60% になります。水素貯蔵ボトル用の炭素繊維の需要が2025年までに50％に増加すると、炭素繊維の需要は1万2700トンに達する可能性がある。
今後数年間で、炭素繊維水素貯蔵ボトルの可能性は非常に大きくなります。ターゲットを絞ったローエンド炭素繊維の生産能力は、「黒い金」の価値の下落を緩和するだけでなく、水素エネルギー産業の急速な発展を促進し、真のWin-Winの状況を実現します。
熱可塑性炭素繊維は将来、水素貯蔵ボトルの製造と加工を改善するでしょうか?
ローエンド炭素繊維の生産能力の解放は、国内の炭素繊維産業が直面する課題の解決に役立つと期待されていますが、これは長期的な解決策ではありません。炭素繊維技術のより包括的な強化、特にミッドエンドからハイエンドの炭素繊維の量産能力の習得は、世界の炭素繊維市場で競争力を獲得するために不可欠です。熱可塑性炭素繊維は、炭素繊維産業の発展にとって次の重要な方向性となる可能性があります。それでは、熱可塑性炭素繊維複合材料は水素エネルギー利用を促進する役割を果たすのでしょうか?
熱可塑性炭素繊維複合材料の利点:
1.高い強度重量比: カーボンファイバーは、強度対重量比が高いことで知られています。炭素繊維と熱可塑性マトリックスを組み合わせることでこの利点が強化され、軽量材料と高強度が重要な航空宇宙産業や自動車産業での用途にとって熱可塑性炭素繊維複合材料が魅力的になります。
2.化学的安定性: 熱可塑性樹脂は通常、熱硬化性樹脂と比較して優れた耐薬品性を示すため、熱可塑性炭素繊維複合材料は、化学処理産業などの攻撃的な化学物質との接触が必要な用途に適しています。
3.耐衝撃性の向上: 熱硬化性樹脂と比較して、熱可塑性樹脂は耐衝撃性と靭性に優れていることが多いため、熱可塑性炭素繊維複合材料は優れた衝撃性能が必要な用途に最適です。
4.迅速な製造: 熱可塑性炭素繊維複合材料は、硬化時間が短いため、熱硬化性炭素繊維複合材料よりも加工速度が速くなります。この特性は、迅速な生産サイクルと高いスループットを要求する業界にメリットをもたらします。
5.溶接性: 熱可塑性炭素繊維複合材料は、超音波溶接や誘導溶接などのさまざまな溶接技術を使用して接合できます。この機能により、組み立てプロセスが容易になり、複雑な構造の製造が可能になります。
6.修理可能性: 熱可塑性炭素繊維複合材は、一般に熱硬化性炭素繊維複合材よりも修理が簡単です。加熱、再形成、パッチ適用が可能なため、材料の全体的な性能を損なうことなく現場での修理が可能になります。
7.再処理可能性: 熱可塑性炭素繊維複合材料は、機械的特性を大幅に低下させることなく、何度でも溶融および再形成することができます。不可逆的な硬化反応を起こす熱硬化性炭素繊維複合材料とは対照的に、この再加工可能性により、熱可塑性複合材料はより環境に優しく、経済的に実行可能になります。
8.リサイクル性: 熱可塑性炭素繊維複合材料はライフサイクルの終わりにリサイクルできるため、環境への影響が軽減され、持続可能な使用に貢献します。
