车辆储氢罐的主要类型及其制造工艺

I 型：全金属结构。 II 型：带有环向复合材料外包覆的金属。 III 型：带有全复合材料外包覆的金属衬里。复合材料承担所有负载。 IV 型：带有全复合材料外包覆的聚合物衬里。 IV-a 型：带有全复合材料外包覆的聚合物衬里（湿缠绕工艺）。 IV-b 型：带有全复合材料外包覆的聚合物衬里（干缠绕工艺）。 V 型：无衬里的复合材料。 I 型指的是全金属压力罐。 II 型表示圆柱形部分带有复合材料外包覆的金属罐。 III 型是带有全碳纤维或玻璃纤维外包覆的金属衬里罐。在 II 型和 III 型罐中，负载由衬里和复合层共同承担。 IV 型具有带有全碳纤维和/或玻璃纤维外包覆的塑料衬里罐。在本研究中，根据长丝缠绕工艺，IV 型罐分为 IV-a 型和 IV-b 型。IV-a 型罐使用湿长丝缠绕工艺在塑料衬里上完全施加碳纤维，而 IV-b 型罐使用干长丝缠绕工艺。 V 型罐完全由碳纤维或玻璃纤维制成，没有任何衬里。 储氢罐中常用的增强材料包括碳纤维、玻璃纤维以及与环氧树脂或乙烯基酯树脂的混合结构。所有类型的储氢罐都适用于储氢，其选择取决于技术性能、成本考量和应用场景。

储氢罐制造工艺 长丝缠绕工艺对于制造储氢罐至关重要。在这个过程中，可以使用玻璃纤维、芳纶纤维和碳纤维。由于碳纤维具有高拉伸强度，因此在储氢罐中它被优选作为增强纤维。碳纤维可以根据其模量和强度分为不同的类型。在本研究中，强度超过 3GPa 的高拉伸强度型（HT）碳纤维被用于制造 III 型和 IV-a 型储氢罐。此外，还使用了由 HT 型碳纤维制成的丝束预浸料。储氢罐的一般制造工艺如图所示。 包含塑料衬里。III 型和 IV 型储罐是车辆中氢气储存最常用的类型。6061 和 7000 铝合金等级通常用于 III 型储罐。HDPE 或 PA6 衬里通常用于 IV 型储罐，它们在高压下作为气体的非结构性氢渗透屏障。金属衬里通过三种不同的方法制造。

第一种方法是将深冲铝板成型为所需形状，并通过热旋压工艺形成罐颈。

第二种方法使用坯料状板工艺。

第三种方法使用与环箍厚度相同的管，并通过热旋压连接圆顶。

  由于扩散和渗透对于确保氢气压力罐的安全非常重要，因此用于塑料衬里的材料必须满足安全和经济要求。IV-a 型和 IV-b 型储罐的聚合物衬里可以通过注塑和焊接成型、吹塑和滚塑工艺制造。注塑和焊接成型是一个多步骤过程，在头部注塑成型后对零件进行焊接。此过程提供高精度、稳定的尺寸和良好的机械性能；然而，焊接可能具有挑战性。吹塑是一步快速成型过程；然而，它可能导致均匀性低。滚塑是生产塑料零件的一种经济有效的方法，将聚合物放入最终衬里形状的模具中，在加热和冷却模具的同时旋转。衬里制造商目前正在探索和实施他们的衬里制造方法。

干丝束预浸料和湿长丝缠绕工艺

   长丝缠绕是复合材料制造中常用的大规模生产方法。它涉及以预定的模式缠绕纤维以制造复合材料。III 型、IV-a 型和 IV-b 型储罐使用周向（环向）、螺旋和极角的组合来包裹复合材料。通常使用两种长丝缠绕技术：湿纤维缠绕和干纤维缠绕。湿缠绕主要用于制造储氢罐。在这个过程中，使用一个固定的旋转芯轴进行缠绕，同时滑架随芯轴水平移动。滑架的臂分配预浸纤维，通常是碳纤维。粗纱缠绕在芯轴上，从而形成碳纤维复合材料缠绕。碳纤维在缠绕前用树脂浸渍。芯轴在烤箱中固化，然后移除。干缠绕涉及在受控的张力和温度下将丝束预浸料引导到芯轴上。最终在芯轴中在所需压力下使用加热器实现固结。丝束预浸料缠绕具有诸如精确控制树脂含量、减少可变性、由于高速缠绕而提高生产产量以及减少废料和清洁要求等优点。然而，它在保质期和高原材料成本方面存在局限性 。