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“超輕質(zhì)復(fù)合材料CNG氣瓶技術(shù)及生產(chǎn)線(xiàn)”（4～5）萬(wàn)只/年

成果描述：項(xiàng)目于2012年國(guó)家立項(xiàng)（教育部）作為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃，并資助十萬(wàn)元；同年七月榮獲大學(xué)生科技“挑戰(zhàn)杯”四川省大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃競(jìng)賽一等獎(jiǎng)；十一月國(guó)家科技部組織在上海參加“首屆中國(guó)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽獲得全國(guó)百?gòu)?qiáng) ”獎(jiǎng)；年底國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授予四項(xiàng)專(zhuān)利權(quán)。該項(xiàng)目是四川大學(xué)自主開(kāi)發(fā)的具有國(guó)際先進(jìn)水平和我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的環(huán)保型高科技節(jié)能產(chǎn)品。“超輕質(zhì)復(fù)合材料CNG氣瓶技術(shù)”研制團(tuán)隊(duì)的部分成員是唯一參加建設(shè)、生產(chǎn)過(guò)幾年輕質(zhì)復(fù)合材料CNG氣瓶的團(tuán)隊(duì)；該項(xiàng)目是針對(duì)目前為減少城市污染而大力發(fā)展的壓縮天然氣汽車(chē)研制的一種高科技配套關(guān)鍵產(chǎn)品-氣瓶，屬于高性能復(fù)合材料產(chǎn)品。這類(lèi)氣瓶是融各類(lèi)內(nèi)襯的密封性和復(fù)合材料的可設(shè)計(jì)性，高強(qiáng)度，輕重量的特點(diǎn)為一體,大幅度減輕了氣瓶重量,又保證承壓能力以及使用期間的疲勞壽命；國(guó)際上只有少數(shù)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家才具有研究開(kāi)發(fā)生產(chǎn)能力。全塑料復(fù)合材料氣瓶已經(jīng)過(guò)廣泛的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)的使用試驗(yàn)結(jié)果也已證實(shí)；這種容器設(shè)計(jì)可以在汽車(chē)運(yùn)行的環(huán)境和條件下安全地工作。全塑料復(fù)合材料氣瓶是安全的，耐疲勞的，其重量輕和價(jià)格之間是相匹配的；目前，這類(lèi)氣瓶己得到世界上廣泛的承認(rèn)和接受，在許多領(lǐng)域內(nèi)市場(chǎng)正在迅速增加，特別是在各類(lèi)公共汽車(chē)上的應(yīng)用，分外受到人們的重視和歡迎。這類(lèi)超輕質(zhì)復(fù)合材料氣瓶不僅用于燃?xì)馄?chē)的燃料容器，而且還廣泛用于消防，醫(yī)院以及宇航，井下作業(yè)人員的呼吸器，今后將逐步全面替代原有的鋼質(zhì)氣瓶和復(fù)合二代瓶，市場(chǎng)需求量很大，前景廣闊。產(chǎn)品具有極高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，是我國(guó)未來(lái)最具商業(yè)價(jià)值的項(xiàng)目，也是國(guó)際上正在研究和發(fā)展的一類(lèi)重要高技術(shù)產(chǎn)品。項(xiàng)目采用高密度塑料作內(nèi)膽，并用計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)；配有調(diào)整氣瓶成型軌跡和控制機(jī)械性能的全套計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，可生產(chǎn)多種規(guī)格與品種的產(chǎn)品；生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，技術(shù)成熟可靠；該技術(shù)是一個(gè)綜合應(yīng)用專(zhuān)利技術(shù)和專(zhuān)項(xiàng)技術(shù)，建成后的裝備及生產(chǎn)技術(shù)達(dá)到或超過(guò)國(guó)際先進(jìn)水平。發(fā)展燃?xì)馄?chē)的關(guān)鍵設(shè)備就是裝天然氣的氣瓶；氣瓶的質(zhì)量直接關(guān)系到燃?xì)馄?chē)運(yùn)行的安全與成本高低。目前，國(guó)內(nèi)尚無(wú)企業(yè)涉足，市場(chǎng)無(wú)此類(lèi)超輕質(zhì)復(fù)合材料CNG氣瓶銷(xiāo)售；而國(guó)外這類(lèi)輕質(zhì)復(fù)合材料CNG氣瓶賣(mài)價(jià)（1～2）萬(wàn)元/只，價(jià)格非常昂貴。國(guó)內(nèi)投資一條生產(chǎn)線(xiàn)僅需2400萬(wàn)元專(zhuān)用和輔助設(shè)備，廠(chǎng)房3000㎡，產(chǎn)值2.5～4 億元，利稅2～2.6億元。超輕質(zhì)復(fù)合材料CNG氣瓶（CNG4)樣品在四川大學(xué)產(chǎn)業(yè)科研院里展出，歡迎參觀咨詢(xún)；市場(chǎng)前景分析：該產(chǎn)品用于儲(chǔ)存天然氣、煤氣、石油液化氣、氧氣、氫氣等各種氣體的儲(chǔ)存；廣泛用汽車(chē)工業(yè)、船、潛水、消防、醫(yī)藥、民用、國(guó)防、航空、航天等領(lǐng)域，還可出口國(guó)外；主要用于汽車(chē)工業(yè)集團(tuán)為新生產(chǎn)汽車(chē)配備原裝氣瓶及城市原有公共汽車(chē)和出租汽車(chē)的氣瓶改裝。超輕質(zhì)復(fù)合材料CNG氣瓶的性能指標(biāo)居國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品先進(jìn)水平，采用高強(qiáng)度高模量纖維；生產(chǎn)成本低，與國(guó)外氣瓶相比有很強(qiáng)的性能價(jià)格比優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯；產(chǎn)品具有極高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，是我國(guó)未來(lái)最具商業(yè)價(jià)值的項(xiàng)目，也是國(guó)際上正在研究和發(fā)展的一類(lèi)重要高技術(shù)產(chǎn)品。國(guó)際上只有少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家才具有研究開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的能力。這類(lèi)輕質(zhì)復(fù)合材料氣瓶不僅用于燃?xì)馄?chē)的燃料儲(chǔ)存，而且還廣泛用于消防、潛水、醫(yī)療、宇航、以及井下作業(yè)人員的呼吸器等等，市場(chǎng)應(yīng)用前景十分廣闊。近年來(lái)，隨著超輕質(zhì)復(fù)合材料氣瓶材料的成本降低，使得超輕質(zhì)復(fù)合材料CNG氣瓶在國(guó)內(nèi)外備受青睞，尤其在轎車(chē)、大巴和公交車(chē)上的應(yīng)用極具競(jìng)爭(zhēng)力。 2014年11月我們調(diào)研了全國(guó)主要汽車(chē)制造集團(tuán)總部，并與他們交流進(jìn)行市場(chǎng)合作；如鄭州宇通集團(tuán)、第二汽車(chē)制造集團(tuán)、中國(guó)重型汽車(chē)制造集團(tuán)、四川客車(chē)集團(tuán)、成都蜀都客車(chē)等公司，并與他們進(jìn)行了交流；通過(guò)交流進(jìn)行市場(chǎng)合作，我們將根據(jù)他們生產(chǎn)的汽車(chē)空間來(lái)設(shè)計(jì)氣瓶的容量和尺寸大小，我們?cè)侔催@些汽車(chē)制造廠(chǎng)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，滿(mǎn)足用戶(hù)的要求；他們都表示產(chǎn)品出來(lái)后將優(yōu)先選用這類(lèi)氣瓶；我們看到和了解到鄭州宇通客車(chē)一輛大巴要安裝十一個(gè)鋼瓶，中國(guó)重型卡車(chē)一輛要安裝十二個(gè)鋼瓶，蜀都客車(chē)要安裝六個(gè)以上二代或鋼瓶，二汽集團(tuán)的50萬(wàn)輛轎車(chē)和與重慶長(zhǎng)安公司合作生產(chǎn)的50萬(wàn)輛面包車(chē)也都要安裝CNG氣瓶；了解到各種類(lèi)汽車(chē)都是安裝的鋼瓶或復(fù)合二代瓶；船用的氣瓶也是安裝的鋼瓶或復(fù)合二代氣瓶。通過(guò)全國(guó)主要汽車(chē)制造集團(tuán)總部的調(diào)查和國(guó)家有關(guān)統(tǒng)計(jì)部門(mén)的資料介紹，國(guó)內(nèi)每年需求氣瓶量超過(guò)三百萬(wàn)支以上；根據(jù)國(guó)家“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略，國(guó)外沿線(xiàn)六十多個(gè)國(guó)家的市場(chǎng)需求量將是很大的；可見(jiàn)國(guó)內(nèi)、外市場(chǎng)需求量十分巨大，前景廣闊。與同類(lèi)成果相比的優(yōu)勢(shì)分析：超輕質(zhì)復(fù)合材料CNG氣瓶與鋼制氣瓶相比，超輕質(zhì)復(fù)合材料CNG氣瓶具有比強(qiáng)度高、重量輕（是鋼瓶的1/5）、安全減震性好等優(yōu)點(diǎn)，這類(lèi)氣瓶綜合了復(fù)合材料的高比強(qiáng)度、可設(shè)計(jì)性以及內(nèi)襯的良好氣密性、優(yōu)良的耐蝕性等諸多優(yōu)點(diǎn)，使其達(dá)到高承壓能力、高疲勞壽命、質(zhì)輕、耐腐等優(yōu)良性能的完美結(jié)合。超輕質(zhì)復(fù)合材料CNG氣瓶具有耐高壓（25MPa），容積大（50L～400L），重量輕（同容積和同壓力下，S玻纖氣瓶為鋼瓶重量的60%，碳纖氣瓶為鋼瓶重量的35%,高分子材料纖維氣瓶為鋼瓶重量的1/5），可有效減少動(dòng)力損失；耐腐蝕性能好，因氣瓶采用塑料內(nèi)膽，天然氣中的硫化氫氣體和水分對(duì)內(nèi)膽無(wú)腐蝕；安全性能高，因內(nèi)膽無(wú)腐蝕，從根本上消除了氣瓶爆炸誘因（硫化氫應(yīng)力腐蝕）；疲勞壽命長(zhǎng)，產(chǎn)品經(jīng)過(guò)循環(huán)15000次無(wú)泄漏，且玻璃鋼耐侯性能比鋼強(qiáng)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)使用壽命為15年；可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，可根據(jù)不同車(chē)型生產(chǎn)出不同規(guī)格，材質(zhì)的氣瓶，滿(mǎn)足不同用戶(hù)的需要；抗凍及耐瞬時(shí)高溫?zé)g；防爆性能好，使用安全可靠，危險(xiǎn)性小等特點(diǎn)。該CNG氣瓶比強(qiáng)度高，可提高汽車(chē)的有效載荷，增加行駛里程。僅這一點(diǎn)就非傳統(tǒng)材料的氣瓶所能及。破損安全性好，超輕質(zhì)復(fù)合材料CNG氣瓶中有大量的玻璃纖維，每平方厘米上的玻纖多至幾萬(wàn)根。從力學(xué)觀點(diǎn)上看，是典型的靜不定系。當(dāng)超輕質(zhì)復(fù)合材料CNG氣瓶萬(wàn)一超載并且少量纖維斷裂時(shí)，其載荷會(huì)迅速重新分配在未破壞的纖維上，這在短期乃至相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)不致使構(gòu)件喪失承載能力。如槍擊試驗(yàn)，在距氣瓶50m 處，分別以7.62mm、12.7mm高射機(jī)槍、53式?jīng)_鋒槍、1.7mm穿甲燃燒彈、30m全爆彈對(duì)充滿(mǎn)高壓氣體的復(fù)合材料CNG氣瓶進(jìn)行實(shí)彈射擊。實(shí)彈射擊時(shí)，容器被擊中后，瞬間起火，片刻自熄。高壓氣體從彈孔噴出，引起氣瓶彈跳、竄動(dòng)，甚至飛出幾十米外。但子彈孔無(wú)擴(kuò)孔現(xiàn)象，僅比子彈略大，無(wú)碎片。復(fù)合材料CNG氣瓶本身對(duì)周?chē)钠茐牧H是瓶體的撞擊力，這可通過(guò)以合適夾具固定氣瓶予以避免。不言而喻，鋼氣瓶爆破殺傷力就大得多了。減振性好，超輕質(zhì)復(fù)合材料CNG氣瓶中的纖維與基體界面具有吸振能力，故震動(dòng)阻尼甚高，抗聲振疲勞性亦佳。對(duì)超輕質(zhì)復(fù)合材料CNG氣瓶進(jìn)行常溫爆破、高低溫爆破、溫度交變?cè)囼?yàn)、疲勞試驗(yàn)、荷載振動(dòng)試驗(yàn)、荷載墜落、濕強(qiáng)度試驗(yàn)、長(zhǎng)期充氣儲(chǔ)存試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果與氣瓶多年在不同環(huán)境下使用的情況是令人滿(mǎn)意的。

四川大學(xué) 2021-04-10

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