Ⅳ型储氢瓶增强增韧高阻隔内胆材料微纳叠层制备工艺研究
由于质量轻、成本低、耐疲劳且储氢密度大等特点，Ⅳ型储氢瓶正成为未来储氢瓶行业的发展趋势。塑料内胆作为Ⅳ型储氢瓶的核心部件，承担了防止氢气泄漏及承担碳纤维缠绕等作用。高密度聚乙烯(HDPE)作为Ⅳ型储氢瓶内胆最常见的基体材料，具有应用广泛且成本低廉的特点。然而以HDPE为基材的Ⅳ型储氢瓶内胆由于材料力学强度较低常发生屈服塌陷等现象,并且HDPE具有较高的气体渗透系数，氢气极易穿透而发生扩散，制约了Ⅳ型储氢瓶的储氢密度进一步的提升。 本文通过以HDPE为基体材料，以蒙脱土(MMT)、氧化石墨烯(GO)为功能填料，制备出具有优异力学性能和气体阻隔性能的复合材料，用于Ⅳ型储氢瓶内胆成型。并且引入微纳层叠挤出技术这一新型的聚合物加工方法，用于成型Ⅳ型储氢瓶内胆复合材料，并对微纳层叠后的复合材料制品的结构与性能展开研究，最后采用滚塑成型工艺制备了高力学性能高气体阻隔性的Ⅳ型储氢瓶缩比制品。主要工作如下:1.通过采用多种相容剂改善Ⅳ型储氢瓶用HDPE/MMT复合材料的相容性，对其进行微观结构与力学性能对比，以此确定最佳相容剂为KH550,并探究MMT含量对复合材料力学性能的影响，最终确定使材料达到最佳增强增韧效果的MMT含量为2wt％—3wt％。2.对HDPE/MMT复合材料进行微纳层叠工艺模拟仿真研究。搭建了微纳层叠单元的流道模型，分析了流道内压力场，速度场和剪切速率场的分布规律，并探究了流量与黏度对层叠制品性能的影响。3.采用微纳层叠法制备增强增韧型HDPE/MMT复合材料，并与模压成型的复合材料进行了微观结构与性能对比。结果表明:微纳层叠技术能够使聚合物分子链受到拉伸和取向作用，填料更加分散而使得材料的力学强度和韧性得到明显提升，与模压成型的HDPE相比，拉伸强度提升68.75％,断裂伸长率提升62.25％。4.采用微纳层叠法制备了高阻隔性HDPE/MMT/GO三元复合材料，探究了三元复合材料下的填料分散及取向对气体阻隔性的影响规律，最终使三元微层复合材料的氦气透过率与纯HDPE相比，降低了 55.19％。5.采用滚塑成型工艺制备Ⅳ型储氢瓶内胆缩比制品。通过改善工艺参数消除了滚塑制品的典型缺陷,并对微纳层叠成型的复合材料进行磨粉，与纯HDPE相比，增强型复合材料在力学性能等方面得到改善。 综上所述，针对HDPE内胆力学强度低及气体阻隔性弱等缺点,本研究在内胆材料改性和制备工艺改进等方面提供了解决方案，为今后Ⅳ型储氢瓶进一步轻量化、高强度、高阻隔的制备工艺提供了参考。
储氢瓶;高密度聚乙烯;微纳叠层;制备工艺
北京化工大学
硕士
机械
谢鹏程;李勇
2023
中文
TQ325.12
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）