Մյունխենի տեխնիկական համալսարանը զարգացնում է կոնֆորմալ խորանարդ տանկեր `օգտագործելով ածխածնի մանրաթելային կոմպոզիտներ` ջրածնի պահեստավորման համար | կոմպոզիտների աշխարհը

Bevs- ի եւ FCEV- ի համար ստանդարտ հարթակ տանկեր Օգտագործեք ջերմապլաստիկ եւ ջերմամսյակային կոմպոզիտներ կմախքի շինարարությամբ, որոնք ապահովում են 25% ավելի H2 պահեստ: #hydrogen #trends
BMW- ի հետ համագործակցությունից հետո ցույց տվեց, որ խորանարդ բաքը կարող է ավելի բարձր ծավալային արդյունավետություն տրամադրել, քան բազմակի փոքր բալոններ, Մյունխենի տեխնիկական համալսարանը ձեռնամուխ եղավ կոմպոզիտորական կառուցվածք եւ սերիական արտադրության մասշտաբային արտադրության գործընթաց: Պատկերի վարկ. Տու Դրեզդենը (վերեւ) Ձախ), Մյունխենի տեխնիկական համալսարան, ածխածնի կոմպոզիտների ֆակուլտետ (LCC)
Զրոյական արտանետման միջոցով սնուցվող վառելիքի բջջային էլեկտրական տրանսպորտային միջոցներ (FCEVS) Hydroven- ը լրացուցիչ միջոցներ է տալիս շրջակա միջավայրի զրոյական նպատակների հասնելու համար: H2 շարժիչով վառելիքի բջջային ավտոմեքենան կարող է լրացվել 5-7 րոպե եւ ունի 500 կմ հեռավորության վրա, բայց ներկայումս ավելի թանկ է արտադրության ցածր ծավալների պատճառով: Գնագործությունների նվազեցման միջոցներից մեկը Bev- ի եւ FCEV մոդելների ստանդարտ պլատֆորմի օգտագործումն է: Սա ներկայումս հնարավոր չէ, քանի որ FCEV- ների 700 բարում 700 բարում օգտագործվող 4 գլան տանկային տանկերը հարմար չեն մարտկոցի համար նախատեսված մարտկոցների համար, որոնք խնամքով նախագծված են էլեկտրական տրանսպորտային միջոցների համար: Այնուամենայնիվ, ճնշման անոթները բարձի եւ խորանարդի տեսքով կարող են տեղավորվել այս հարթ փաթեթավորման տարածության մեջ:
Արտոնագրով US5577630A «Կոմպոզիտային կոնֆեդորմային ճնշման նավի» համար, որը ներկայացվել է Thiokol Corp. 1995-ին (ձախ) եւ ուղղանկյուն ճնշման նավը, որը արտոնագրված է BMW- ի կողմից 2009 թ.
Այս հայեցակարգը զարգացնելու համար Մյունխենի (Թում, Մյունխեն, Գերմանիա) ներգրավված է Մյունխենի տեխնիկական համալսարանի (Թում, Մյունխեն, Գերմանիա) ածխածնի կոմպոզիտների (LCC) բաժինը: Առաջինը պոլիմեր4hydrogen (P4H), որը ղեկավարում է Լեոբեն Պոլիմերային իրավասության կենտրոնը (PCCl, Լեոբեն, Ավստրիա): LCC աշխատանքային փաթեթը ղեկավարում է Եղիսաբեթ Գազդ:
Երկրորդ նախագիծը ջրածնի ցուցահանդեսի եւ զարգացման միջավայրն է (Hydden), որտեղ LCC- ն ղեկավարում է հետազոտող քրիստոնյա Ja ահերգը: Երկուսն էլ նպատակ ունեն ստեղծել արտադրական գործընթացի լայնածավալ ցուցադրություն `ածխածնի մանրաթելային կոմպոզիտներ օգտագործելու համար հարմար CGH2 բաք:
Կա սահմանափակ ծավալային արդյունավետություն, երբ փոքր տրամագծով բալոններ տեղադրվում են հարթ մարտկոցի բջիջներում (ձախ) եւ խորանարդի տիպի 2 ճնշման անոթներ, որոնք պատրաստված են պողպատե ծածկոցներից եւ ածխածնային մանրաթելից / էպոքսիկ կոմպոզիտային արտաքին կեղեւից (աջ): Պատկերի աղբյուրը.
P4H- ն սարքել է փորագրված խորանարդի տանկ, որն օգտագործում է ջերմապլաստիկ շրջանակ `կոմպոզիտային լարվածության ժապավեններով / ածխածնային մանրաթելով ամրացված էպոքսիդով փաթաթված: Hydden- ը կօգտագործի նման ձեւավորում, բայց կօգտագործի ավտոմատ մանրաթելային կույտ (AFP) `բոլոր ջերմապլաստիկ կոմպոզիտային տանկերը արտադրելու համար:
1995-ին «Կոմպոզիտային կոնֆեդերային ճնշման անոթ» արտոնագրային դիմումից մինչեւ 1997 թ. Տարրերը օգտագործվում են այնպես, որ նրանք կարողանան դիմակայել գազի ընդլայնման ուժին:
2006 թ. Լոուրենս Լիվերա Ազգային լաբորատորիայի (LLNL) թուղթը նկարագրում է երեք մոտեցում. Զգուշացված վերքի կոնֆորմալ ճնշման նավը, միկրոլտացված ճնշման անոթ, որը պարունակում է ներքին օրթորխալ վանդակավոր վանդակավոր կառուցվածք (2 սմ կամ ավելի քիչ) բարակ արտաքին կեղեւի մաշկի մի կազմ: Կրկնօրինակ տարաները հարմարավետ են ավելի մեծ տարաների համար, որտեղ ավանդական մեթոդները կարող են դժվար լինել:
Volkswagen- ի կողմից ներկայացված Patent De102009057170A- ն նկարագրում է տրանսպորտային միջոցների վրա տեղադրված ճնշման նավը, որը կապահովի բարձր քաշի արդյունավետություն `միաժամանակ բարելավելով տիեզերական օգտագործումը: Ուղղանկյուն տանկերը օգտագործում են լարվածության միակցիչներ երկու ուղղանկյուն հակառակ պատերի միջեւ, իսկ անկյունները կլորացվում են:
Վերոնշյալներն ու այլ հասկացություններ են վկայակոչվում «Գեղարվեստական ​​ճնշման նավերի համար» խորանարդի բարերով թերթում «Գործընթացների զարգացում» խորանարդի ձողերով »թերթում: eccm20- ում (2022 թ. Հունիսի 26-30, 2022, Լոզան, Շվեյցարիա): Այս հոդվածում նա մեջբերում է Michael տանիքի եւ Sven Zaremba- ի հրապարակած TUM- ի ուսումնասիրությունը, որը գտել է, որ ուղղանկյուն կողմերը միացնող լարվածության սթրոցներով խորանարդի անոթը ավելի արդյունավետ է, որոնք տեղավորվում են հարթ մարտկոցի տարածության մեջ: Պահեստային տարածք:
Ըստ Gleiss- ի, մեծ թվով փոքր տիպի 4 բալոններ տեղադրելու խնդիրն այն է, որ «բալոնների միջեւ եղած ծավալը մեծապես կրճատվում է, եւ համակարգը ունի նաեւ շատ մեծ H2 գազի թույլտվության մակերես: Ընդհանուր առմամբ, համակարգը ունի ավելի քիչ պահեստային բանկաներ»:
Այնուամենայնիվ, տանկի խորանարդ դիզայնի հետ կան այլ խնդիրներ: «Ակնհայտ է, որ սեղմված գազի պատճառով հարկավոր է հակադարձել ճկման ուժերը հարթ պատերին», - ասաց Գլեյսը: «Դրա համար ձեզ հարկավոր է երկաթբետոնե կառույց, որը ներքին կապում է տանկի պատերին: Բայց դա դժվար է անել կոմպոզիտների հետ»:
Glace- ը եւ նրա թիմը փորձեցին ընդգծել լարվածության սաղմերը ճնշման նավի մեջ, այնպես որ հարմար կլինեն թելիկների ոլորուն գործընթացների համար: «Սա կարեւոր է բարձր ծավալի արտադրության համար.« Նա բացատրում է.
P4H նախագծի համար փորձաշրջանի խորանարդ կոմպոզիտային բաք պատրաստելու չորս քայլ: Image Credit:
Շղթայի հասնելու համար թիմը մշակել է նոր հայեցակարգ, որը բաղկացած է չորս հիմնական քայլերից, ինչպես ցույց է տրված վերեւում: Քարսի լարվածության սթրոցները, որոնք ցուցադրվում են սեւերով, հավաքովի շրջանակային կառուցվածքի կառուցվածքով, որը պատրաստված է Mai Skelett նախագծից վերցված մեթոդների օգտագործմամբ: Այս նախագծի համար BMW- ն մշակել է հողմապակի շրջանակ «շրջանակ», օգտագործելով չորս մանրաթելային ամրացված փխրուն ձողեր, որոնք այնուհետեւ ձուլվել են պլաստիկ շրջանակի մեջ:
Փորձարարական խորանարդ բաքի շրջանակը: Վեցանկյուն կմախքի հատվածներ Պատկեր վարկ. Մյունխենի LCC- ի տեխնիկական համալսարան:
«Գաղափարն այն է, որ դուք կարող եք կառուցել խորանարդ բաքի շրջանակը որպես մոդուլային կառուցվածք», - ասաց Գայլը: «Այս մոդուլները այնուհետեւ տեղադրվում են ձուլման գործիքի մեջ, լարվածության սթրոցները տեղադրվում են շրջանակի մոդուլներում, եւ այնուհետեւ Մայ Սքելետի մեթոդը օգտագործվում է շրջանակի մասերի հետ: Զանգվածային արտադրության մեթոդ, որի արդյունքում կառուցվածքը, որն այնուհետեւ օգտագործվում է որպես մանդար կամ միջուկ, պահեստավորման բաքի կոմպոզիտային կեղեւը փաթաթելու համար:
Tum- ը նախագծեց բաքի շրջանակը որպես խորանարդ «բարձ» պինդ կողմերով, կլորացված անկյուններով եւ վեցանկյուն օրինակով վերեւում եւ ներքեւում, որի միջոցով կապերը կարող են տեղադրվել եւ կցվել: Այս դարակաշարերի անցքերը նույնպես տպագիր էին: «Մեր նախնական փորձարարական բաքի համար մենք 3D տպագիր վեցանկյուն շրջանակի բաժիններ, օգտագործելով պոլիլակտիկական թթու [պլա, բիո վրա հիմնված ջերմապլաստիկ], քանի որ այն հեշտ էր եւ էժան», - ասաց Գայլը:
Թիմը գնեց 68 դրամական ածխածնի մանրաթելային օդորակող 6 (PA6) ձողեր SGL ածխածնի (Meatingen, Germany), որպես կապի համար: «Հայեցակարգը ստուգելու համար մենք որեւէ ձեւավորում չենք արել. Նա նշում է, որ չնայած այս ձողերը համեմատաբար հեշտ են քամին, կան մի քանի նշանակալի խնդիրներ, որոնք նկարագրվելու են ավելի ուշ:
«Առաջին փուլում մեր նպատակն էր ցուցադրել դիզայնի արտադրության արտադրությունը եւ խնդիրները նույնականացնել արտադրության հայեցակարգում», - բացատրեց Գլիսը: «Այսպիսով, լարվածության սթրոցները դուրս են հանում կմախքի կառուցվածքի արտաքին մակերեւույթից, եւ մենք ածխածնային մանրաթելերը կցում ենք այս միջուկի վրա, օգտագործելով թաց թելերի գավազանով: տանկի ներսում: Լամինատ պատերին:
Spacer Cap- ը `ոլորուն: TUM- ն օգտագործում է պլաստիկ կափարիչներ լարվածության ձողերի ծայրերում `կանխելու համար մանրաթելերը խճճվելով թելերի ժամանակ: Պատկեր վարկ. Մյունխենի LCC- ի տեխնիկական համալսարան:
Գայլը կրկնեց, որ այս առաջին բաքը հայեցակարգի ապացույցն էր: «3D տպագրության եւ սոսինձի օգտագործումը միայն նախնական փորձարկման համար էր եւ մեզ գաղափար տվեց մեր առջեւ ծառացած մի քանի խնդիրների մասին: Պատրաստված, մենք հանեցինք այս պաշտպանիչ գլխարկները եւ վերափոխեցինք բեւեռների ծայրերը մինչեւ վերջնական փաթաթումը »:
Թիմը փորձեց վերակառուցման տարբեր սցենարներով: «Նրանք, ովքեր ամենալավն են նայում իրենց շուրջը», - ասում է շնորհքը: «Նաեւ նախատիպային փուլում մենք օգտագործում էինք փոփոխված եռակցման գործիք, ջերմային գավազանով ավարտվելու համար:
Դրոշի գլուխները վերափոխվեցին: Tum- ը փորձեց տարբեր հասկացություններով եւ փոփոխեց զոդերը `համադրելու համար կոմպոզիտային կապերի ծայրերը` տանկի պատի լամինատին կցելու համար: Image Credit:
Այսպիսով, լամինատը բուժվում է առաջին ոլորուն քայլից հետո, գրառումները վերաձեւակերպվում են, այն լրացնում է թելիկների երկրորդ ոլորունը, այնուհետեւ արտաքին տանկի պատի լամինատը բուժվում է երկրորդ անգամ: Խնդրում ենք նկատի ունենալ, որ սա 5-րդ տիպի դիզայն է, ինչը նշանակում է, որ այն չունի պլաստիկ ինքնաթիռ, որպես գազի արգելք: Տեսեք քննարկումը հաջորդ քայլերի բաժնում ստորեւ:
«Մենք առաջին ցուցադրությունը կտրում ենք խաչմերուկների մեջ եւ քարտեզագրեցինք միացված տարածքը», - ասաց Գայլը: «Մոտեցումը ցույց է տալիս, որ լամինատի հետ մենք ունեինք որակի խնդիրներ, որի հետ կանգնած են շերտի գլուխները, որոնք հարթ չեն դնում ինտերիերի լամինատին»:
Տանկի ներքին եւ արտաքին պատերի լամինատեի միջեւ առկա խնդիրների լուծում: Փոփոխված փողկապի գլուխը փորձ է ստեղծում փորձնական բաքի առաջին եւ երկրորդ շրջադարձերի միջեւ: Պատկեր վարկ. Մյունխենի LCC- ի տեխնիկական համալսարան:
Այս սկզբնական 450 x 290 x 80 մմ բաքը ավարտվեց անցած ամառ: «Այդ ժամանակվանից մենք շատ առաջընթաց ենք ապրել, բայց մենք դեռ ունենք բացը ներքին եւ արտաքին լամինատե միջեւ», - ասաց Գայլը: «Այսպիսով, մենք փորձեցինք լրացնել այդ բացերը մաքուր, բարձր մածուցիկությամբ խեժով: Սա իրականում բարելավում է գամասեղների եւ լամինատի միջեւ կապը, ինչը մեծապես մեծացնում է մեխանիկական սթրեսը»:
Թիմը շարունակում էր զարգացնել տանկի ձեւավորումն ու գործընթացը, ներառյալ լուծումները ցանկալի ոլորուն օրինաչափության համար: «Թեստային բաքի կողմերը լիովին գանգրացված չէին, քանի որ այս երկրաչափության համար դժվար էր ոլորուն ուղի ստեղծել», - բացատրեց Գայլը: «Մեր սկզբնական ոլորուն անկյունը 75 ° էր, բայց մենք գիտեինք, որ այս ճնշման նավի բեռը բավարարելու համար անհրաժեշտ են բազմաթիվ սխեմաներ: Մենք դեռեւս հեշտ չէ լուծում: Այն կարող է դառնալ հետեւյալ ծրագրաշար:
«Մենք ցուցադրել ենք այս արտադրական հայեցակարգի իրագործելիությունը», - ասում է Գլիսը. «Բայց մենք պետք է ավելի լավ աշխատենք լամինատի միջեւ կապը բարելավելու համար: Դուք տարածիչներից դուրս եք քաշում լամինատից եւ ստուգում մեխանիկական բեռները, որոնք այդ հոդերը կարող են դիմակայել »:
Պոլիմեր4hydrogen նախագծի այս մասը կավարտվի 2023-ի վերջին, որի ժամանակ Գլեյը հույս ունի լրացնել երկրորդ ցուցադրման բաքը: Հետաքրքիր է, որ նախագծումն այսօր օգտագործում է կոկիկ երկաթբետոնե ջերմապլաստիկա շրջանակի եւ ջերմամուսնայի կոմպոզիտներում տանկի պատերի մեջ: Արդյոք այս հիբրիդային մոտեցումը կօգտագործվի վերջնական ցուցադրման բաքում: «Այո», - ասաց շնորհը: «Polymers4hydrogen նախագծի մեր գործընկերները զարգացնում են էպոքսիդային խեժեր եւ այլ կոմպոզիտային մատրիցային նյութեր` ավելի լավ ջրածնի պատնեշի հատկություններով »: Նա թվարկում է այս աշխատանքի վրա աշխատող երկու գործընկերներ, PCCL եւ Tampere համալսարանի (Տամպեր, Ֆինլանդիա):
Gleiss- ը եւ նրա թիմը նաեւ տեղեկատվություն են փոխանակել եւ LCC- ի կոնֆորմալ կոմպոզիտային տանկի երկրորդ հիդդեն նախագծի վերաբերյալ Jaeger- ի վերաբերյալ գաղափարներ են քննարկել:
«Մենք պատրաստելու ենք կոնֆորմալ կոմպոզիտային ճնշման անոթ, հետազոտական ​​անօդաչու թռչող սարքերի համար», - ասում է Jaeger- ը: «Սա համագործակցությունն է« Տ.Գ. - LCC »- LCC- ի եւ ուղղաթիռի տեխնոլոգիայի բաժանմունքի երկու գերատեսչության միջեւ (HT): Ծրագիրը կավարտվի մինչեւ 2024-ի վերջը:
«Ամբողջ գաղափարը հիբրիդ վառելիքի բջիջների եւ մարտկոցային շարժիչ համակարգով հետախուզական անօդաչու սարք է», - շարունակեց նա: Այն մարտկոցը կօգտագործի բարձր էներգիայի բեռների ժամանակ (այսինքն `դուրս գալ եւ վայրէջք) «HT թիմն արդեն ուներ հետազոտական ​​անօդաչու թռչող եւ վերափոխել էլեկտրաշարժիչները, օգտագործելու ինչպես մարտկոցներն ու վառելիքը», - ասաց յարգավորը: «Այս փոխանցումը ստուգելու համար նրանք նույնպես գնել են CGH2 բաք»:
«Իմ թիմին հանձնարարված էր կառուցել ճնշման բաքի նախատիպ, որը տեղավորվում էր, բայց ոչ այն պատճառով, որ գլանաձեւ բաքը կստեղծի. «Հարդար տանկը չի առաջարկում այնքան քամու դիմադրություն: Այսպիսով, դուք ստանում եք ավելի լավ թռիչքի կատարում»: Տանկի չափերը մոտավորապես: 830 x 350 x 173 մմ:
Լիովին ջերմապլաստիկ AFP- ի համապատասխան տանկ: Հիդդենի նախագծի համար Թումում LCC- ի թիմը սկզբում ուսումնասիրեց նման մոտեցում, որը օգտագործվում էր փայլի (վերեւում), բայց հետո տեղափոխվեց մոտեցման, որոնք այնուհետեւ գերակշռում էին, օգտագործելով AFP (ներքեւում): Պատկեր վարկ. Մյունխենի LCC- ի տեխնիկական համալսարան:
«Մեկ գաղափարը նման է Եղիսաբեթ [Գլեյսի] մոտեցմանը. AFP ոլորուն »:
«Մենք փորձում ենք վերջնականացնել այդպիսի հայեցակարգը. ճնշման անոթը »:
Տանկը ամբողջությամբ պատրաստված կլինի ջերմապլաստիկից, եւ շերտերը մատակարարվելու են Teijin Carbon Europe GmbH- ի կողմից (Wuppertal, Գերմանիա): «Մենք կօգտագործենք նրանց PPS- ն [Polyphenylene Sulfide], հայացք [Polyeter Ketone] եւ LM Paek [Low Melting Polyiare Cetone] նյութեր», - ասաց Յագերը: «Այն ժամանակ համեմատություններ են արվում, տեսնելու, թե որն է լավագույնը ներթափանցման պաշտպանության եւ մասերի արտադրության համար ավելի լավ կատարմամբ»: Նա հույս ունի հաջորդ տարվա ընթացքում լրացնել թեստավորման, կառուցվածքային եւ գործընթացների մոդելավորումը եւ առաջին ցույցերը:
Հետազոտական ​​աշխատանքներն իրականացվել են «Պոլիմեր4hydrogen» (ID 21647053) Comet Module (ID 21647053), կլիմայի փոփոխության, շրջակա միջավայրի, էներգետիկայի, շարժունության, նորարարության եւ տեխնոլոգիայի եւ Դաշնային նախարարության համար: Մի շարք Հեղինակներ Շնորհակալություն մասնակցող գործընկերների պոլիմերային իրավասության կենտրոն Լեոբեն GMBH (PCCl, Ավստրիա), Մոնթանունիտաեթ Լեոբեն (Պոլիմերային ինժեներական եւ գիտության ֆակուլտետ, պոլիմերային նյութերի քիմիայի ֆակուլտետ, Գիտության եւ պոլիմերների ֆակուլտետ), Տամպերի համալսարան (Ինժեներական նյութերի ֆակուլտետ): Գիտություն), գագաթնակետային տեխնոլոգիան եւ Faurecia- ն նպաստեցին այս հետազոտական ​​աշխատանքներին: Գիսաստղ-մոդուլը ֆինանսավորվում է Ավստրիայի կառավարության եւ Ստիրիայի նահանգի կառավարության կողմից:
Բեռի կրող կառույցների նախնական երկաթուղային թերթերը պարունակում են շարունակական մանրաթելեր `ոչ միայն ապակուց, այլեւ ածխածինից եւ Արամիդից:
Կոմպոզիտային մասեր պատրաստելու շատ եղանակներ կան: Հետեւաբար, որոշակի մասի համար մեթոդի ընտրությունը կախված կլինի նյութի, մասի ձեւավորումից եւ վերջնական օգտագործման կամ կիրառման համար: Ահա ընտրության ուղեցույցը:
Shocker Composites- ը եւ R & M International- ը մշակում են վերամշակված ածխածնի մանրաթելային ցանցի ցանց, որն ապահովում է զրոյական սպանդ, ավելի ցածր գին, քան կույս մանրաթելից եւ, ի վերջո, կառույցի մանրաթելերի մոտենում է: