先進復合材料：以預浸絲束（Towpreg）為例--預浸絲束材料的應用

預浸絲束的潛在應用非常多。它們適用于生產用于氫氣儲存、運輸或分配的儲罐、壓力容器、彈簧、軸、管道等動態負載部件、各種體育用品以及能源領域的產品等。

用于氣體和液體存儲的壓力容器

壓力容器（或加壓罐）是設計用于在高壓下存儲氣體或液體的容器。一般來說，當優先考慮低重量時，碳纖維復合材料壓力容器用于在非常高的壓力下存儲液體和氣體，例如在汽車或航空航天應用中。有五種類型的壓力容器，其中三種使用（碳）纖維復合材料：III 型壓力容器有一個金屬內襯，外面纏繞碳纖維以承受壓力，而 IV 型（有聚合物內襯）和 V 型（無內襯）是全復合材料類型的儲罐。由于重量顯著減輕，許多金屬壓力容器已被纖維纏繞復合材料壓力容器（如 IV 型和 V 型）所取代。內襯是壓力容器的核心元件（無內襯的 V 型除外）。內襯作為內容物/流體與外包層之間的物理屏障；它應具有低滲透參數以抑制所存儲內容物的泄漏。因此，應正確選擇內襯材料——為了安全、具有成本效益且在化學上穩定，以便不與內部存儲的流體發生反應。內襯的設計取決于許多參數，例如應用、儲罐的尺寸和質量等。在目前使用的壓力容器中，內襯由金屬（鋼或鋁合金）和塑料（聚酰胺、高密度聚乙烯）制成。一般來說，塑料內襯比金屬內襯的滲透性更強，所以它們在氫氣壓力容器中的使用正受到質疑。

復合材料壓力容器的需求促使更可靠、具有更高工作壓力能力的存儲系統得以發展。目前有許多針對復合材料壓力容器優化的研究和持續努力。通過改變層壓板的堆疊順序，可以設計和優化復合材料氫氣存儲容器的強度變量；因此，制造工藝和所使用的材料對容器的最終性能影響最大。同時，容器的主要要求是降低產品的高成本和重量，并提高爆破強度和承載能力。因此，為氫氣提供更好的輕質且具有成本效益的存儲版本，對未來的科學家來說仍然是一項優勢和主要挑戰。復合材料容器——IV 型容器——已經取得了重大進展，與前幾代存儲容器相比，具有極高的氫氣存儲密度和更輕的重量，但仍需要更好的存儲選擇。此外，如果 V 型容器能夠克服目前氫氣存儲技術面臨的挑戰，那么它們可能是一個更好的選擇。

目前，預浸絲束纖維纏繞（使用預浸漬的纖維束）在氫氣罐的大規模生產中越來越受歡迎，主要是由于清潔加工、提高部件質量、快速纏繞速度、短固化周期等。許多學術和工業合作伙伴正在努力應對制造合適氫氣儲存的挑戰。已經提出并測試了很多概念。材料挑戰已經得到解決，并針對特定類型儲存的嚴格測試和要求進行了測試，不僅從安全角度，而且為了使其具有成本效益，適合以令人滿意的體積 / 質量比儲存適量的氫氣。某些復合容器設計（IV 型）在氫氣儲存容器中表現最佳；它們展現出技術成熟度和客戶滿意度，而 V 型容器需要進一步改進。它們還沒有達到適當的技術準備水平。然而，作者堅信，自動纖維鋪放（AFP）和 V 型壓力容器都將在安全、高效和低成本儲存 / 輸送未來能源載體方面適應氫氣技術的未來解決方案，這種能源載體在解決能源三難困境（安全、可負擔性 / 可及性和可持續性）方面有很大的希望。

 

書籍推薦

熱固性樹脂基復合材料預浸料使用手冊

1.全

內容全面，涵蓋預浸料生產、制作中涉及的增強纖維、樹脂、設備、工藝、生產和檢驗等各方面關鍵點。作者在整理和編著此書的過程中，參考了國外大量的關于熱固性樹脂基復合材料的會議和網絡資料，使本書既包含了國內行業的發展現狀和技術，也包括了國外行業的先進方向和各類制品。

 

2.新

本書在介紹預浸料及其制備工藝的部分中，除常用的幾種預浸料外，重點闡述了行業內最新的產品及工藝，包括碳纖維預浸料、納米預浸料、熱壓罐外固化（OOA）預浸料、薄型和超薄型預浸料、窄帶預浸料、帶Scrim預浸料、模具預浸料、低溫固化預浸料、防彈預浸料、快速固化預浸料、吸波預浸料、長壽命預浸料、阻燃預浸料，資料新，具有很高的參考價值。

 

3.廣

由于本書的內容全、資料新，適合預浸料的相關行業和上下游企業使用，讀者范圍廣。既適合于預浸料研發、制造的科研院所、生產企業作參考，又適合于上游的纖維增強材料和樹脂的生產企業、下游的預浸料制品應用企業中工程師和研發人員使用。

 

作者簡介

作者介紹

張鳳翻

1960年畢業于北京石油學院，研究員，享受國務院政府特殊津貼。1960—2002年在北京航空材料研究院（原621所）工作，歷任先進復合材料研究室主任、副總工程師。現任職于江蘇兆鋆新材料股份有限公司碳纖維復合材料中心總工程師。參加工作以來先后獲得國家發明三等獎、國防科學工業技術委員會二等獎、航空工業總公司一等獎；榮立航空工業總公司一等功、國防科學技術工業委員會一等功。曾負責的主要項目：直九直升機復合材料國產化研究項目負責人、專家組組長，實現直九直升機全機復合材料國產化；“國家863計劃”項目熱塑性樹脂PEEK性能評定和復合工藝研究項目負責人，完成碳纖維織物/PEEK熱塑性樹脂預浸料開發，并將制成的復合材料部件成功用于殲-8戰斗機；聯合國援助中國碳纖維復合材料計劃、復合材料項目具體執行負責人。撰寫和發表論文約70篇；國家發明專利3項，實用新型專利多項；參與16部科技專著、手冊類圖書的編寫和審校工作。

作者介紹

于 華

生于1958年，畢業于北京航空航天大學，1994—1997年獲得英國政府頒發的海外博士研究生獎學金（ORS)以及英國布理斯托爾大學提供的助學金，并完成復合材料與膠粘劑專業的博士及博士后的學習。曾受聘于英國AIM Aviation飛機公司、加拿大蒙特利爾的Newtech Brake Cop公司、美國和加拿大合資（FDC）飛行動力有限公司。1999—2003年，作為加拿大魁北克省政府引進的外國專家，享受魁北克省政府給予的獎勵政策；2003至今，具有中國國家外國專家局頒發的外國專家證，享受外專局給予的外國專家待遇?，F以復合材料高級技術專家、顧問身份供職于重慶國際復合材料股份有限公司，同時為其他復合材料相關企業做咨詢和顧問工作。

作者介紹

張雯婷

生于1979年，畢業于北京工商大學，后在英國謝菲爾德大學聚合物和復合材料學院攻讀碩士和博士學位。曾受聘于丹麥LM風力電能公司、挪威Archer-C6油田平臺技術服務公司，完成了碳纖維可連續5000m復合材料棒材的制備，并負責復合材料無損檢測方法的優化，實現了對連續長度5000m的復合材料檢測。2018年組建了Xlink Composites復合材料公司，負責材料研發和國際貿易，并擔任Capwell新材料研發公司的技術顧問。作為第一申請人獲得3項歐洲專利，中國專利1項，發表論文6篇。

 

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