มหาวิทยาลัยเทคนิคมิวนิกพัฒนาถังทรงลูกบาศก์โดยใช้วัสดุผสมคาร์บอนไฟเบอร์เพื่อเพิ่มการกักเก็บไฮโดรเจน โลกแห่งคอมโพสิต

ถังแบบพื้นเรียบมาตรฐานสำหรับ BEV และ FCEV ใช้เทอร์โมพลาสติกและเทอร์โมเซ็ตคอมโพสิตที่มีโครงสร้างโครงกระดูกที่ให้พื้นที่จัดเก็บ H2 เพิ่มขึ้น 25% #ไฮโดรเจน #เทรนด์
หลังจากการร่วมมือกับ BMW แสดงให้เห็นว่าถังลูกบาศก์สามารถให้ประสิทธิภาพเชิงปริมาตรที่สูงกว่ากระบอกสูบขนาดเล็กหลายกระบอก มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งมิวนิกได้เริ่มดำเนินโครงการเพื่อพัฒนาโครงสร้างคอมโพสิตและกระบวนการผลิตที่ปรับขนาดได้สำหรับการผลิตแบบอนุกรม เครดิตภาพ: TU Dresden (บนสุด) ซ้าย), มหาวิทยาลัยเทคนิคมิวนิก, ภาควิชาคาร์บอนคอมโพสิต (LCC)
รถยนต์ไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิง (FCEV) ที่ขับเคลื่อนโดยไฮโดรเจนที่ปล่อยก๊าซเป็นศูนย์ (H2) มอบวิธีการเพิ่มเติมในการบรรลุเป้าหมายด้านสิ่งแวดล้อมเป็นศูนย์ รถยนต์นั่งเซลล์เชื้อเพลิงที่ใช้เครื่องยนต์ H2 สามารถเติมได้ภายใน 5-7 นาที และมีระยะทาง 500 กม. แต่ปัจจุบันมีราคาแพงกว่าเนื่องจากมีปริมาณการผลิตต่ำ วิธีหนึ่งในการลดต้นทุนคือการใช้แพลตฟอร์มมาตรฐานสำหรับรุ่น BEV และ FCEV ขณะนี้ไม่สามารถทำได้เนื่องจากถังทรงกระบอกประเภท 4 ที่ใช้ในการจัดเก็บก๊าซ H2 อัด (CGH2) ที่ 700 บาร์ใน FCEV ไม่เหมาะสำหรับช่องแบตเตอรี่ใต้ท้องรถที่ได้รับการออกแบบอย่างระมัดระวังสำหรับยานพาหนะไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม ภาชนะรับความดันในรูปแบบของหมอนและลูกบาศก์สามารถใส่ลงในพื้นที่บรรจุภัณฑ์แบบเรียบนี้ได้
สิทธิบัตร US5577630A สำหรับ "ภาชนะรับความดันแบบคอมโพสิต" ซึ่งยื่นโดย Thiokol Corp. ในปี 1995 (ซ้าย) และภาชนะรับความดันทรงสี่เหลี่ยมที่ได้รับการจดสิทธิบัตรโดย BMW ในปี 2009 (ขวา)
ภาควิชาคาร์บอนคอมโพสิต (LCC) ของมหาวิทยาลัยเทคนิคมิวนิก (TUM, มิวนิก, เยอรมนี) มีส่วนร่วมในสองโครงการเพื่อพัฒนาแนวคิดนี้ กลุ่มแรกคือ Polymers4Hydrogen (P4H) นำโดย Leoben Polymer Competence Center (PCCL, Leoben, ออสเตรีย) ชุดงาน LCC นำโดย Fellow Elizabeth Glace
โครงการที่สองคือสภาพแวดล้อมการสาธิตและการพัฒนาไฮโดรเจน (HyDDen) ซึ่ง LCC นำโดยนักวิจัย Christian Jaeger ทั้งสองมีเป้าหมายเพื่อสร้างการสาธิตกระบวนการผลิตขนาดใหญ่สำหรับการสร้างถัง CGH2 ที่เหมาะสมโดยใช้วัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์
ประสิทธิภาพเชิงปริมาตรมีจำกัดเมื่อติดตั้งกระบอกสูบเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดเล็กในเซลล์แบตเตอรี่แบบแบน (ซ้าย) และภาชนะรับแรงดันทรงลูกบาศก์ประเภท 2 ที่ทำจากซับเหล็กและเปลือกนอกคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์/อีพอกซี (ขวา) แหล่งที่มาของรูปภาพ: รูปที่ 3 และ 6 มาจาก "วิธีการออกแบบเชิงตัวเลขสำหรับเรือกล่องแรงดัน Type II พร้อมขารับแรงดึงภายใน" โดย Ruf และ Zaremba et al.
P4H ได้ประดิษฐ์ถังทรงลูกบาศก์ทดลองซึ่งใช้โครงเทอร์โมพลาสติกที่มีสายรัด/สตรัทปรับความตึงแบบคอมโพสิต ห่อด้วยอีพอกซีเสริมคาร์บอนไฟเบอร์ HyDDen จะใช้การออกแบบที่คล้ายกัน แต่จะใช้การวางเส้นใยอัตโนมัติ (AFP) เพื่อผลิตถังคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกทั้งหมด
จากการยื่นขอรับสิทธิบัตรโดย Thiokol Corp. ไปจนถึง “Composite Conformal Pressure Vessel” ในปี 1995 ไปจนถึงสิทธิบัตรเยอรมัน DE19749950C2 ในปี 1997 ถังก๊าซอัด “อาจมีโครงร่างทางเรขาคณิตใดๆ ก็ตาม” โดยเฉพาะอย่างยิ่งรูปร่างที่แบนและไม่สม่ำเสมอ ในช่องที่เชื่อมต่อกับส่วนรองรับเปลือก . ใช้องค์ประกอบเพื่อให้สามารถทนต่อแรงขยายตัวของก๊าซได้
บทความจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Lawrence Livermore (LLNL) ปี 2006 อธิบายวิธีการสามวิธี: ถังแรงดันที่มีรูปร่างเป็นแผลแบบเส้นใย, ถังความดันไมโครแลตทิซที่มีโครงสร้างตาข่ายออร์โธฮอร์ฮอมบิกภายใน (เซลล์ขนาดเล็ก 2 ซม. หรือน้อยกว่า) ล้อมรอบด้วยภาชนะ H2 ที่มีผนังบาง และภาชนะจำลองที่ประกอบด้วยโครงสร้างภายในประกอบด้วยชิ้นส่วนเล็กๆ ที่ติดกาว (เช่น วงแหวนพลาสติกหกเหลี่ยม) และส่วนประกอบของเปลือกนอกบางๆ คอนเทนเนอร์ที่ซ้ำกันเหมาะที่สุดสำหรับคอนเทนเนอร์ขนาดใหญ่ซึ่งวิธีการแบบเดิมอาจใช้ยาก
สิทธิบัตร DE102009057170A ที่โฟล์คสวาเกนยื่นในปี 2552 อธิบายถึงภาชนะรับความดันที่ติดตั้งกับยานพาหนะ ซึ่งจะให้ประสิทธิภาพในการรับน้ำหนักสูงในขณะที่ปรับปรุงการใช้พื้นที่ ถังสี่เหลี่ยมใช้ตัวเชื่อมแรงดึงระหว่างผนังสี่เหลี่ยมที่อยู่ตรงข้ามกันสองอัน และมุมจะโค้งมน
แนวคิดข้างต้นและแนวคิดอื่นๆ อ้างอิงโดย Gleiss ในรายงาน “การพัฒนากระบวนการสำหรับภาชนะรับแรงดันแบบลูกบาศก์พร้อมแท่งยืด” โดย Gleiss และคณะ ที่ ECCM20 (26-30 มิถุนายน 2565 เมืองโลซาน ประเทศสวิตเซอร์แลนด์) ในบทความนี้ เธออ้างอิงถึงการศึกษาของ TUM ที่ตีพิมพ์โดย Michael Roof และ Sven Zaremba ซึ่งพบว่าภาชนะรับแรงดันแบบลูกบาศก์ที่มีสตรัทรับแรงตึงซึ่งเชื่อมต่อด้านสี่เหลี่ยมนั้นมีประสิทธิภาพมากกว่ากระบอกสูบขนาดเล็กหลายอันที่ใส่ลงในช่องว่างของแบตเตอรี่แบบแบน โดยให้ความจุประมาณ 25 % มากกว่า. พื้นที่เก็บข้อมูล
จากข้อมูลของ Gleiss ปัญหาในการติดตั้งกระบอกสูบประเภท 4 ขนาดเล็กจำนวนมากในกล่องแบนก็คือ “ปริมาตรระหว่างกระบอกสูบลดลงอย่างมาก และระบบยังมีพื้นผิวการซึมผ่านของก๊าซ H2 ที่มีขนาดใหญ่มากด้วย โดยรวมแล้วระบบมีความจุน้อยกว่าขวดโหล”
อย่างไรก็ตาม ยังมีปัญหาอื่นๆ เกี่ยวกับการออกแบบลูกบาศก์ของถังอีกด้วย “เห็นได้ชัดว่า เนื่องจากก๊าซอัด คุณจึงต้องตอบโต้แรงดัดงอบนผนังเรียบ” Gleiss กล่าว “สำหรับสิ่งนี้ คุณต้องมีโครงสร้างเสริมที่เชื่อมต่อภายในกับผนังถัง แต่นั่นเป็นเรื่องยากที่จะทำกับวัสดุคอมโพสิต”
เกลซและทีมงานของเธอพยายามที่จะรวมแถบแรงดึงเสริมเข้ากับภาชนะรับความดันในลักษณะที่เหมาะสมสำหรับกระบวนการม้วนเส้นใย “นี่เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการผลิตในปริมาณมาก” เธออธิบาย “และยังช่วยให้เราสามารถออกแบบรูปแบบการคดเคี้ยวของผนังคอนเทนเนอร์เพื่อปรับการวางแนวของเส้นใยให้เหมาะสมสำหรับแต่ละโหลดในโซน”
สี่ขั้นตอนในการสร้างถังคอมโพสิตลูกบาศก์ทดลองสำหรับโครงการ P4H เครดิตรูปภาพ: “การพัฒนากระบวนการผลิตสำหรับภาชนะรับความดันแบบลูกบาศก์พร้อมเหล็กค้ำยัน”, มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งมิวนิก, โครงการ Polymers4Hydrogen, ECCM20, มิถุนายน 2022
เพื่อให้บรรลุถึงระบบออนไลน์ ทีมงานได้พัฒนาแนวคิดใหม่ซึ่งประกอบด้วยสี่ขั้นตอนหลักดังที่แสดงไว้ข้างต้น สตรัทปรับความตึงซึ่งแสดงเป็นสีดำบนขั้นบันไดเป็นโครงสร้างเฟรมสำเร็จรูปที่ประดิษฐ์ขึ้นโดยใช้วิธีการที่นำมาจากโครงการ MAI Skelett สำหรับโปรเจ็กต์นี้ BMW ได้พัฒนา “โครง” ของเฟรมกระจกบังลมโดยใช้แท่ง pultrusion เสริมใยสี่อัน จากนั้นจึงหล่อเป็นโครงพลาสติก
โครงถังทดลองทรงลูกบาศก์ ส่วนโครงกระดูกหกเหลี่ยมพิมพ์ 3 มิติโดย TUM โดยใช้ฟิลาเมนต์ PLA ที่ไม่เสริมแรง (ด้านบน) โดยใส่แท่งพัลทรูชั่น CF/PA6 เป็นตัวค้ำแรงดึง (ตรงกลาง) จากนั้นจึงพันฟิลาเมนต์รอบเหล็กจัดฟัน (ด้านล่าง) เครดิตรูปภาพ: มหาวิทยาลัยเทคนิคมิวนิก LCC
“แนวคิดก็คือคุณสามารถสร้างโครงของถังลูกบาศก์ลูกบาศก์เป็นโครงสร้างโมดูลาร์ได้” Glace กล่าว “โมดูลเหล่านี้จะถูกวางไว้ในเครื่องมือขึ้นรูป สตรัทแรงดึงจะถูกวางไว้ในโมดูลเฟรม จากนั้นจึงใช้วิธีการของ MAI Skelett รอบๆ สตรัทเพื่อรวมเข้ากับชิ้นส่วนของเฟรม” วิธีการผลิตจำนวนมากส่งผลให้มีโครงสร้างที่ใช้เป็นแมนเดรลหรือแกนในการห่อเปลือกคอมโพสิตของถังเก็บ
TUM ออกแบบโครงตัวถังให้เป็น "เบาะ" ทรงลูกบาศก์ โดยมีด้านทึบ มุมโค้งมน และมีรูปแบบหกเหลี่ยมที่ด้านบนและด้านล่าง ซึ่งสามารถสอดและยึดสายรัดได้ รูสำหรับชั้นวางเหล่านี้ก็ถูกพิมพ์แบบ 3 มิติเช่นกัน “สำหรับถังทดลองเริ่มแรกของเรา เราใช้การพิมพ์ 3 มิติส่วนเฟรมหกเหลี่ยมโดยใช้กรดโพลีแลกติก (PLA ซึ่งเป็นเทอร์โมพลาสติกชีวภาพ) เนื่องจากง่ายและราคาถูก” Glace กล่าว
ทีมงานได้ซื้อแท่งโพลีเอไมด์ 6 (PA6) เสริมคาร์บอนไฟเบอร์แบบพัลทรูด 68 เส้นจาก SGL Carbon (เมืองไมตินเกน ประเทศเยอรมนี) เพื่อใช้เป็นสายรัด “เพื่อทดสอบแนวคิดนี้ เราไม่ได้ทำการขึ้นรูปใดๆ เลย” Gleiss กล่าว “แต่เพียงใส่สเปเซอร์เข้าไปในเฟรมแกนรังผึ้งที่พิมพ์แบบ 3 มิติ แล้วติดกาวด้วยกาวอีพอกซี นี่เป็นการจัดเตรียมแมนเดรลสำหรับพันถัง” เธอตั้งข้อสังเกตว่าแม้ว่าแท่งเหล่านี้จะพันได้ง่าย แต่ก็ยังมีปัญหาสำคัญบางประการที่จะอธิบายในภายหลัง
“ในขั้นตอนแรก เป้าหมายของเราคือการแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการผลิตของการออกแบบและระบุปัญหาในแนวคิดการผลิต” Gleiss อธิบาย “แรงดึงสตรัทจึงยื่นออกมาจากพื้นผิวด้านนอกของโครงสร้างโครงกระดูก และเราจะติดคาร์บอนไฟเบอร์เข้ากับแกนกลางนี้โดยใช้การพันเส้นใยแบบเปียก หลังจากนั้นในขั้นตอนที่สาม เรางอหัวของคันผูกแต่ละอัน เทอร์โมพลาสติก ดังนั้นเราจึงใช้ความร้อนเพื่อปรับรูปร่างส่วนหัวให้แบนและล็อคเข้ากับชั้นแรกของการห่อ จากนั้นเราจึงทำการพันโครงสร้างอีกครั้งเพื่อให้หัวแทงแบบแบนปิดล้อมไว้ภายในถังทางเรขาคณิต ลามิเนตบนผนัง
ฝาครอบสเปเซอร์สำหรับการม้วน TUM ใช้ฝาพลาสติกที่ปลายของแกนปรับความตึงเพื่อป้องกันไม่ให้เส้นใยพันกันระหว่างการพันเส้นใย เครดิตรูปภาพ: มหาวิทยาลัยเทคนิคมิวนิก LCC
Glace ย้ำว่ารถถังคันแรกนี้เป็นการพิสูจน์แนวคิด “การใช้การพิมพ์ 3 มิติและกาวเป็นเพียงการทดสอบเบื้องต้นเท่านั้น และทำให้เราทราบถึงปัญหาบางประการที่เราพบ ตัวอย่างเช่น ในระหว่างการพันเส้นใย เส้นใยติดอยู่ที่ปลายของแกนดึง ส่งผลให้เส้นใยแตกหัก เส้นใยเสียหาย และลดปริมาณเส้นใยเพื่อตอบโต้สิ่งนี้ เราใช้ฝาพลาสติกสองสามอันเป็นตัวช่วยในการผลิตโดยติดไว้บนเสาก่อนขั้นตอนการม้วนขั้นแรก จากนั้น เมื่อทำลามิเนตภายใน เราก็ถอดฝาครอบป้องกันออกและปรับรูปทรงปลายของเสาใหม่ก่อนห่อขั้นสุดท้าย”
ทีมงานทดลองกับสถานการณ์จำลองต่างๆ “คนที่มองไปรอบ ๆ ทำงานได้ดีที่สุด” เกรซกล่าว “นอกจากนี้ ในระหว่างขั้นตอนการสร้างต้นแบบ เราใช้เครื่องมือเชื่อมที่ได้รับการดัดแปลงเพื่อให้ความร้อนและปรับรูปร่างปลายคันชักใหม่ ในแนวคิดการผลิตจำนวนมาก คุณจะมีเครื่องมือขนาดใหญ่กว่าหนึ่งชิ้นที่สามารถจัดรูปทรงและประกอบปลายทั้งหมดของสตรัทให้เป็นลามิเนตเคลือบภายในได้ในเวลาเดียวกัน - -
หัวคานบังคับเปลี่ยนรูปทรงใหม่ TUM ทดลองใช้แนวคิดที่แตกต่างและปรับเปลี่ยนการเชื่อมเพื่อจัดตำแหน่งปลายของความสัมพันธ์คอมโพสิตเพื่อติดกับผนังลามิเนตถัง เครดิตรูปภาพ: “การพัฒนากระบวนการผลิตสำหรับภาชนะรับความดันแบบลูกบาศก์พร้อมเหล็กค้ำยัน”, มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งมิวนิก, โครงการ Polymers4Hydrogen, ECCM20, มิถุนายน 2022
ดังนั้น ลามิเนตจะถูกบ่มหลังจากขั้นตอนการม้วนแรก เสาจะถูกเปลี่ยนรูปร่าง TUM ทำการม้วนเส้นใยครั้งที่สองให้เสร็จสิ้น จากนั้นลามิเนตที่ผนังถังด้านนอกจะถูกบ่มเป็นครั้งที่สอง โปรดทราบว่านี่คือการออกแบบถังประเภท 5 ซึ่งหมายความว่าไม่มีซับพลาสติกเป็นตัวกั้นก๊าซ ดูการสนทนาในส่วนขั้นตอนถัดไปด้านล่าง
“เราตัดการสาธิตครั้งแรกออกเป็นภาพตัดขวางและจัดทำแผนที่พื้นที่เชื่อมต่อ” Glace กล่าว “ภาพระยะใกล้แสดงให้เห็นว่าเรามีปัญหาด้านคุณภาพกับลามิเนต โดยที่หัวสตรัทไม่แบนราบกับลามิเนตภายใน”
แก้ไขปัญหาช่องว่างระหว่างลามิเนตของผนังด้านในและด้านนอกของถัง หัวคันชักที่ได้รับการดัดแปลงจะสร้างช่องว่างระหว่างรอบที่หนึ่งและรอบที่สองของถังทดลอง เครดิตรูปภาพ: มหาวิทยาลัยเทคนิคมิวนิก LCC
รถถังเริ่มต้นขนาด 450 x 290 x 80 มม. นี้สร้างเสร็จเมื่อฤดูร้อนที่แล้ว “เรามีความก้าวหน้าไปมากตั้งแต่นั้นมา แต่เรายังคงมีช่องว่างระหว่างลามิเนตภายในและภายนอก” Glace กล่าว “ดังนั้นเราจึงพยายามเติมช่องว่างเหล่านั้นด้วยเรซินที่สะอาดและมีความหนืดสูง ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการเชื่อมต่อระหว่างสตั๊ดกับลามิเนต ซึ่งช่วยเพิ่มความเครียดทางกลได้อย่างมาก”
ทีมงานยังคงพัฒนาการออกแบบและกระบวนการของถังอย่างต่อเนื่อง รวมถึงโซลูชันสำหรับรูปแบบการพันขดลวดที่ต้องการ “ด้านข้างของถังทดสอบไม่ได้โค้งงอจนสุด เนื่องจากเป็นเรื่องยากสำหรับรูปทรงเรขาคณิตนี้ในการสร้างเส้นทางที่คดเคี้ยว” Glace อธิบาย “มุมการพันเริ่มต้นของเราคือ 75° แต่เรารู้ว่าต้องใช้วงจรหลายวงจรเพื่อรองรับโหลดในภาชนะรับความดันนี้ เรายังคงมองหาวิธีแก้ไขปัญหานี้ แต่ไม่ใช่เรื่องง่ายสำหรับซอฟต์แวร์ที่มีอยู่ในตลาดปัจจุบัน มันอาจจะกลายเป็นโครงการติดตามผล
“เราได้แสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของแนวคิดการผลิตนี้” Gleiss กล่าว “แต่เราจำเป็นต้องทำงานเพิ่มเติมเพื่อปรับปรุงการเชื่อมต่อระหว่างลามิเนตและปรับรูปร่างของราวยึด “การทดสอบภายนอกกับเครื่องทดสอบ คุณดึงสเปเซอร์ออกจากลามิเนตและทดสอบแรงทางกลที่ข้อต่อเหล่านั้นสามารถรับได้”
ส่วนนี้ของโครงการ Polymers4Hydrogen จะแล้วเสร็จในปลายปี 2566 ซึ่งเป็นเวลาที่ Gleis หวังว่าจะสร้างรถถังสาธิตถังที่สองให้เสร็จสมบูรณ์ สิ่งที่น่าสนใจคือ การออกแบบในปัจจุบันใช้เทอร์โมพลาสติกเสริมแรงอย่างดีในเฟรม และเทอร์โมเซ็ตคอมโพสิตในผนังถัง วิธีการผสมนี้จะถูกนำมาใช้ในรถถังสาธิตขั้นสุดท้ายหรือไม่? “ค่ะ” เกรซพูด “พันธมิตรของเราในโครงการ Polymers4Hydrogen กำลังพัฒนาอีพอกซีเรซินและวัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์อื่นๆ ที่มีคุณสมบัติกั้นไฮโดรเจนที่ดีกว่า” เธอแสดงรายชื่อพันธมิตรสองคนที่ทำงานในงานนี้ ได้แก่ PCCL และมหาวิทยาลัย Tampere (ตัมเปเร ประเทศฟินแลนด์)
Gleiss และทีมงานของเธอยังได้แลกเปลี่ยนข้อมูลและหารือเกี่ยวกับแนวคิดกับ Jaeger ในโครงการ HyDDen ที่สองจากถังคอมโพสิต LCC
“เราจะผลิตภาชนะรับความดันแบบคอมโพสิตสำหรับโดรนวิจัย” Jaeger กล่าว “นี่เป็นความร่วมมือระหว่างสองแผนกของแผนกการบินและอวกาศและภูมิศาสตร์ของ TUM – LCC และแผนกเทคโนโลยีเฮลิคอปเตอร์ (HT) โครงการนี้จะแล้วเสร็จภายในสิ้นปี 2567 และขณะนี้เรากำลังดำเนินการสร้างภาชนะรับความดันแล้วเสร็จ การออกแบบที่เป็นแนวทางด้านการบินและอวกาศและยานยนต์มากกว่า หลังจากขั้นตอนแนวคิดเบื้องต้นนี้ ขั้นตอนต่อไปคือการสร้างแบบจำลองโครงสร้างโดยละเอียด และคาดการณ์ประสิทธิภาพของสิ่งกีดขวางของโครงสร้างผนัง”
“แนวคิดทั้งหมดคือการพัฒนาโดรนสำรวจด้วยเซลล์เชื้อเพลิงไฮบริดและระบบขับเคลื่อนแบตเตอรี่” เขากล่าวต่อ โดยจะใช้แบตเตอรี่ในระหว่างการบรรทุกพลังงานสูง (เช่น การบินขึ้นและลงจอด) จากนั้นจึงสลับไปใช้เซลล์เชื้อเพลิงในระหว่างการล่องเรือแบบบรรทุกเบา “ทีมงาน HT มีโดรนสำหรับการวิจัยอยู่แล้ว และได้ออกแบบระบบส่งกำลังใหม่เพื่อใช้ทั้งแบตเตอรี่และเซลล์เชื้อเพลิง” เยเกอร์กล่าว “พวกเขายังซื้อถัง CGH2 เพื่อทดสอบระบบส่งกำลังนี้ด้วย”
“ทีมของผมได้รับมอบหมายให้สร้างต้นแบบถังแรงดันที่จะพอดี แต่ไม่ใช่เพราะปัญหาบรรจุภัณฑ์ที่ถังทรงกระบอกจะสร้างขึ้น” เขาอธิบาย “ถังน้ำมันที่ราบเรียบไม่ได้ต้านทานลมได้มากนัก ดังนั้นคุณจะได้รับประสิทธิภาพการบินที่ดีขึ้น” ขนาดถังประมาณ 830 x 350 x 173 มม.
ถังที่ได้มาตรฐานเทอร์โมพลาสติก AFP สำหรับโครงการ HyDDen ทีมงาน LCC ของ TUM เริ่มสำรวจแนวทางที่คล้ายกันกับที่ Glace ใช้ (ด้านบน) แต่จากนั้นจึงย้ายไปใช้แนวทางโดยใช้โมดูลโครงสร้างหลายโมดูลรวมกัน ซึ่งต่อมาถูกใช้มากเกินไปโดยใช้ AFP (ด้านล่าง) เครดิตรูปภาพ: มหาวิทยาลัยเทคนิคมิวนิก LCC
“แนวคิดหนึ่งคล้ายกับแนวทางของ Elisabeth [Gleiss]” Yager กล่าว “เพื่อใช้เหล็กค้ำยันกับผนังหลอดเลือดเพื่อชดเชยแรงดัดงอสูง อย่างไรก็ตาม แทนที่จะใช้กระบวนการม้วนเพื่อสร้างถัง เราใช้ AFP ดังนั้นเราจึงคิดที่จะสร้างส่วนแยกต่างหากของภาชนะรับความดันซึ่งมีการรวมชั้นวางไว้แล้ว วิธีการนี้ทำให้ฉันสามารถรวมโมดูลที่ผสานรวมเหล่านี้หลายโมดูลเข้าด้วยกัน จากนั้นจึงใช้ฝาปิดเพื่อปิดผนึกทุกอย่างก่อนการม้วน AFP ขั้นสุดท้าย”
“เรากำลังพยายามสรุปแนวคิดดังกล่าว” เขากล่าวต่อ “และเริ่มทดสอบการเลือกวัสดุ ซึ่งมีความสำคัญมากเพื่อให้แน่ใจว่ามีความต้านทานที่จำเป็นต่อการแทรกซึมของก๊าซ H2 สำหรับสิ่งนี้ เราใช้วัสดุเทอร์โมพลาสติกเป็นหลัก และกำลังทำงานหลายอย่างว่าวัสดุจะส่งผลต่อพฤติกรรมการซึมผ่านและการประมวลผลในเครื่อง AFP อย่างไร สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าการรักษาจะได้ผลหรือไม่ และจำเป็นต้องมีขั้นตอนหลังการประมวลผลหรือไม่ เรายังต้องการทราบว่าสแต็คที่แตกต่างกันจะส่งผลต่อการซึมผ่านของไฮโดรเจนผ่านภาชนะรับความดันหรือไม่”
ถังจะทำจากเทอร์โมพลาสติกทั้งหมด และแถบจะจัดหาโดย Teijin Carbon Europe GmbH (Wuppertal ประเทศเยอรมนี) “เราจะใช้วัสดุ PPS (polyphenylene sulfide), PEEK (polyether ketone) และ LM PAEK (polyaryl ketone) ที่ละลายต่ำ” Yager กล่าว “จากนั้นจะมีการเปรียบเทียบเพื่อดูว่าอันไหนดีที่สุดสำหรับการป้องกันการเจาะและผลิตชิ้นส่วนที่มีประสิทธิภาพดีกว่า” เขาหวังว่าจะเสร็จสิ้นการทดสอบ การสร้างแบบจำลองโครงสร้างและกระบวนการ และการสาธิตครั้งแรกภายในปีหน้า
งานวิจัยนี้ดำเนินการภายในโมดูล COMET “Polymers4Hydrogen” (ID 21647053) ภายในโครงการ COMET ของกระทรวงกลางด้านการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ สิ่งแวดล้อม พลังงาน การเคลื่อนย้าย นวัตกรรมและเทคโนโลยี และกระทรวงเทคโนโลยีดิจิทัลและเศรษฐศาสตร์ของรัฐบาลกลาง - ผู้เขียนขอขอบคุณพันธมิตรที่เข้าร่วมโครงการ Polymer Competence Center Leoben GmbH (PCCL, ออสเตรีย), Montanuniversitaet Leoben (คณะวิศวกรรมศาสตร์และวิทยาศาสตร์โพลีเมอร์, ภาควิชาเคมีของวัสดุโพลีเมอร์, ภาควิชาวิทยาศาสตร์วัสดุและการทดสอบโพลีเมอร์), มหาวิทยาลัยตัมเปเร (คณะวิศวกรรมศาสตร์) วัสดุ). ) วิทยาศาสตร์) พีค เทคโนโลยี และโฟเรอเซีย มีส่วนร่วมในงานวิจัยนี้ COMET-Modul ได้รับทุนจากรัฐบาลออสเตรียและรัฐบาลแห่งรัฐสติเรีย
แผ่นเสริมแรงล่วงหน้าสำหรับโครงสร้างรับน้ำหนักประกอบด้วยเส้นใยต่อเนื่อง ไม่เพียงแต่จากแก้วเท่านั้น แต่ยังมาจากคาร์บอนและอะรามิดด้วย
มีหลายวิธีในการสร้างชิ้นส่วนคอมโพสิต ดังนั้นการเลือกวิธีการสำหรับชิ้นส่วนเฉพาะจะขึ้นอยู่กับวัสดุ การออกแบบชิ้นส่วน และการใช้งานหรือการใช้งานขั้นสุดท้าย นี่คือคู่มือการเลือก
Shocker Composites และ R&M International กำลังพัฒนาห่วงโซ่อุปทานคาร์บอนไฟเบอร์รีไซเคิลที่ให้การฆ่าเป็นศูนย์ ต้นทุนต่ำกว่าเส้นใยบริสุทธิ์ และในที่สุดจะมีความยาวที่เข้าใกล้เส้นใยที่ต่อเนื่องในคุณสมบัติเชิงโครงสร้าง