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“超輕質復合材料CNG氣瓶技術及生產線”（4～5）萬只/年

成果描述：項目于2012年國家立項（教育部）作為創新創業計劃，并資助十萬元；同年七月榮獲大學生科技“挑戰杯”四川省大學生創業計劃競賽一等獎；十一月國家科技部組織在上海參加“首屆中國創新創業大賽獲得全國百強 ”獎；年底國家知識產權局授予四項專利權。該項目是四川大學自主開發的具有國際先進水平和我國自主知識產權的環保型高科技節能產品。“超輕質復合材料CNG氣瓶技術”研制團隊的部分成員是唯一參加建設、生產過幾年輕質復合材料CNG氣瓶的團隊；該項目是針對目前為減少城市污染而大力發展的壓縮天然氣汽車研制的一種高科技配套關鍵產品-氣瓶，屬于高性能復合材料產品。這類氣瓶是融各類內襯的密封性和復合材料的可設計性，高強度，輕重量的特點為一體,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；國際上只有少數工業發達國家才具有研究開發生產能力。全塑料復合材料氣瓶已經過廣泛的設計、試驗和現場的使用試驗結果也已證實；這種容器設計可以在汽車運行的環境和條件下安全地工作。全塑料復合材料氣瓶是安全的，耐疲勞的，其重量輕和價格之間是相匹配的；目前，這類氣瓶己得到世界上廣泛的承認和接受，在許多領域內市場正在迅速增加，特別是在各類公共汽車上的應用，分外受到人們的重視和歡迎。這類超輕質復合材料氣瓶不僅用于燃氣汽車的燃料容器，而且還廣泛用于消防，醫院以及宇航，井下作業人員的呼吸器，今后將逐步全面替代原有的鋼質氣瓶和復合二代瓶，市場需求量很大，前景廣闊。產品具有極高的經濟效益和社會效益，是我國未來最具商業價值的項目，也是國際上正在研究和發展的一類重要高技術產品。項目采用高密度塑料作內膽，并用計算機控制實現自動化生產；配有調整氣瓶成型軌跡和控制機械性能的全套計算機輔助設計軟件，可生產多種規格與品種的產品；生產效率高，產品質量穩定，技術成熟可靠；該技術是一個綜合應用專利技術和專項技術，建成后的裝備及生產技術達到或超過國際先進水平。發展燃氣汽車的關鍵設備就是裝天然氣的氣瓶；氣瓶的質量直接關系到燃氣汽車運行的安全與成本高低。目前，國內尚無企業涉足，市場無此類超輕質復合材料CNG氣瓶銷售；而國外這類輕質復合材料CNG氣瓶賣價（1～2）萬元/只，價格非常昂貴。國內投資一條生產線僅需2400萬元專用和輔助設備，廠房3000㎡，產值2.5～4 億元，利稅2～2.6億元。超輕質復合材料CNG氣瓶（CNG4)樣品在四川大學產業科研院里展出，歡迎參觀咨詢；市場前景分析：該產品用于儲存天然氣、煤氣、石油液化氣、氧氣、氫氣等各種氣體的儲存；廣泛用汽車工業、船、潛水、消防、醫藥、民用、國防、航空、航天等領域，還可出口國外；主要用于汽車工業集團為新生產汽車配備原裝氣瓶及城市原有公共汽車和出租汽車的氣瓶改裝。超輕質復合材料CNG氣瓶的性能指標居國際同類產品先進水平，采用高強度高模量纖維；生產成本低，與國外氣瓶相比有很強的性能價格比優勢，產品的競爭優勢明顯；產品具有極高的經濟效益和社會效益，是我國未來最具商業價值的項目，也是國際上正在研究和發展的一類重要高技術產品。國際上只有少數發達國家才具有研究開發生產的能力。這類輕質復合材料氣瓶不僅用于燃氣汽車的燃料儲存，而且還廣泛用于消防、潛水、醫療、宇航、以及井下作業人員的呼吸器等等，市場應用前景十分廣闊。近年來，隨著超輕質復合材料氣瓶材料的成本降低，使得超輕質復合材料CNG氣瓶在國內外備受青睞，尤其在轎車、大巴和公交車上的應用極具競爭力。 2014年11月我們調研了全國主要汽車制造集團總部，并與他們交流進行市場合作；如鄭州宇通集團、第二汽車制造集團、中國重型汽車制造集團、四川客車集團、成都蜀都客車等公司，并與他們進行了交流；通過交流進行市場合作，我們將根據他們生產的汽車空間來設計氣瓶的容量和尺寸大小，我們再按這些汽車制造廠的要求進行設計、生產，滿足用戶的要求；他們都表示產品出來后將優先選用這類氣瓶；我們看到和了解到鄭州宇通客車一輛大巴要安裝十一個鋼瓶，中國重型卡車一輛要安裝十二個鋼瓶，蜀都客車要安裝六個以上二代或鋼瓶，二汽集團的50萬輛轎車和與重慶長安公司合作生產的50萬輛面包車也都要安裝CNG氣瓶；了解到各種類汽車都是安裝的鋼瓶或復合二代瓶；船用的氣瓶也是安裝的鋼瓶或復合二代氣瓶。通過全國主要汽車制造集團總部的調查和國家有關統計部門的資料介紹，國內每年需求氣瓶量超過三百萬支以上；根據國家“一帶一路”發展戰略，國外沿線六十多個國家的市場需求量將是很大的；可見國內、外市場需求量十分巨大，前景廣闊。與同類成果相比的優勢分析：超輕質復合材料CNG氣瓶與鋼制氣瓶相比，超輕質復合材料CNG氣瓶具有比強度高、重量輕（是鋼瓶的1/5）、安全減震性好等優點，這類氣瓶綜合了復合材料的高比強度、可設計性以及內襯的良好氣密性、優良的耐蝕性等諸多優點，使其達到高承壓能力、高疲勞壽命、質輕、耐腐等優良性能的完美結合。超輕質復合材料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），可有效減少動力損失；耐腐蝕性能好，因氣瓶采用塑料內膽，天然氣中的硫化氫氣體和水分對內膽無腐蝕；安全性能高，因內膽無腐蝕，從根本上消除了氣瓶爆炸誘因（硫化氫應力腐蝕）；疲勞壽命長，產品經過循環15000次無泄漏，且玻璃鋼耐侯性能比鋼強，產品設計使用壽命為15年；可設計性強，可根據不同車型生產出不同規格，材質的氣瓶，滿足不同用戶的需要；抗凍及耐瞬時高溫燒蝕；防爆性能好，使用安全可靠，危險性小等特點。該CNG氣瓶比強度高，可提高汽車的有效載荷，增加行駛里程。僅這一點就非傳統材料的氣瓶所能及。破損安全性好，超輕質復合材料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根。從力學觀點上看，是典型的靜不定系。當超輕質復合材料CNG氣瓶萬一超載并且少量纖維斷裂時，其載荷會迅速重新分配在未破壞的纖維上，這在短期乃至相當一段時間內不致使構件喪失承載能力。如槍擊試驗，在距氣瓶50m 處，分別以7.62mm、12.7mm高射機槍、53式沖鋒槍、1.7mm穿甲燃燒彈、30m全爆彈對充滿高壓氣體的復合材料CNG氣瓶進行實彈射擊。實彈射擊時，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，甚至飛出幾十米外。但子彈孔無擴孔現象，僅比子彈略大，無碎片。復合材料CNG氣瓶本身對周圍的破壞力僅是瓶體的撞擊力，這可通過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，超輕質復合材料CNG氣瓶中的纖維與基體界面具有吸振能力，故震動阻尼甚高，抗聲振疲勞性亦佳。對超輕質復合材料CNG氣瓶進行常溫爆破、高低溫爆破、溫度交變試驗、疲勞試驗、荷載振動試驗、荷載墜落、濕強度試驗、長期充氣儲存試驗，試驗結果與氣瓶多年在不同環境下使用的情況是令人滿意的。

四川大學 2021-04-10

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