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“超輕質(zhì)復(fù)合材料CNG氣瓶技術(shù)及生產(chǎn)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(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃，并資助十萬元；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(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽獲得全國百強 ”獎；年底國家知識產(chǎn)權(quán)局授予四項專利權(quán)。該項目是四川大學(xué)自主開發(fā)的具有國際先進水平和我國自主知識產(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)”研制團隊的部分成員是唯一參加建設(shè)、生產(chǎn)過幾年輕質(zhì)復(fù)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(fā)展的壓縮天然氣汽車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。這類氣瓶是融各類內(nèi)襯的密封性和復(fù)合材料的可設(shè)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(shù)工業(yè)發(fā)達國家才具有研究開發(fā)生產(chǎn)能力。全塑料復(fù)合材料氣瓶已經(jīng)過廣泛的設(shè)計、試驗和現(xiàn)場的使用試驗結(jié)果也已證實；這種容器設(shè)計可以在汽車運行的環(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(lǐng)域內(nèi)市場正在迅速增加，特別是在各類公共汽車上的應(yīng)用，分外受到人們的重視和歡迎。這類超輕質(zhì)復(fù)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(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，市場需求量很大，前景廣闊。產(chǎn)品具有極高的經(jīng)濟效益和社會效益，是我國未來最具商業(yè)價值的項目，也是國際上正在研究和發(fā)展的一類重要高技術(shù)產(chǎn)品。項目采用高密度塑料作內(nèi)膽，并用計算機控制實現(xiàn)自動化生產(chǎn)；配有調(diào)整氣瓶成型軌跡和控制機械性能的全套計算機輔助設(shè)計軟件，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)是一個綜合應(yīng)用專利技術(shù)和專項技術(shù)，建成后的裝備及生產(chǎn)技術(shù)達到或超過國際先進水平。發(fā)展燃氣汽車的關(guān)鍵設(shè)備就是裝天然氣的氣瓶；氣瓶的質(zhì)量直接關(guān)系到燃氣汽車運行的安全與成本高低。目前，國內(nèi)尚無企業(yè)涉足，市場無此類超輕質(zhì)復(fù)合材料CNG氣瓶銷售；而國外這類輕質(zhì)復(fù)合材料CNG氣瓶賣價（1～2）萬元/只，價格非常昂貴。國內(nèi)投資一條生產(chǎn)線僅需2400萬元專用和輔助設(shè)備，廠房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；市場前景分析：該產(chǎn)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(yè)、船、潛水、消防、醫(yī)藥、民用、國防、航空、航天等領(lǐng)域，還可出口國外；主要用于汽車工業(yè)集團為新生產(chǎn)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(zhì)復(fù)合材料CNG氣瓶的性能指標居國際同類產(chǎn)品先進水平，采用高強度高模量纖維；生產(chǎn)成本低，與國外氣瓶相比有很強的性能價格比優(yōu)勢，產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢明顯；產(chǎn)品具有極高的經(jīng)濟效益和社會效益，是我國未來最具商業(yè)價值的項目，也是國際上正在研究和發(fā)展的一類重要高技術(shù)產(chǎn)品。國際上只有少數(shù)發(fā)達國家才具有研究開發(fā)生產(chǎn)的能力。這類輕質(zhì)復(fù)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(yī)療、宇航、以及井下作業(yè)人員的呼吸器等等，市場應(yīng)用前景十分廣闊。近年來，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氣瓶在國內(nèi)外備受青睞，尤其在轎車、大巴和公交車上的應(yīng)用極具競爭力。 2014年11月我們調(diào)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(jù)他們生產(chǎn)的汽車空間來設(shè)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(shè)計、生產(chǎn)，滿足用戶的要求；他們都表示產(chǎn)品出來后將優(yōu)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(chǎn)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(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。通過全國主要汽車制造集團總部的調(diào)查和國家有關(guān)統(tǒng)計部門的資料介紹，國內(nèi)每年需求氣瓶量超過三百萬支以上；根據(jù)國家“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)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(nèi)、外市場需求量十分巨大，前景廣闊。與同類成果相比的優(yōu)勢分析：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氣瓶具有比強度高、重量輕（是鋼瓶的1/5）、安全減震性好等優(yōu)點，這類氣瓶綜合了復(fù)合材料的高比強度、可設(shè)計性以及內(nèi)襯的良好氣密性、優(yōu)良的耐蝕性等諸多優(yōu)點，使其達到高承壓能力、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內(nèi)膽無腐蝕；安全性能高，因內(nèi)膽無腐蝕，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，產(chǎn)品經(jīng)過循環(huán)15000次無泄漏，且玻璃鋼耐侯性能比鋼強，產(chǎn)品設(shè)計使用壽命為15年；可設(shè)計性強，可根據(jù)不同車型生產(chǎn)出不同規(guī)格，材質(zhì)的氣瓶，滿足不同用戶的需要；抗凍及耐瞬時高溫?zé)g；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(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根。從力學(xué)觀點上看，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(dāng)一段時間內(nèi)不致使構(gòu)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?jīng)_鋒槍、1.7mm穿甲燃燒彈、30m全爆彈對充滿高壓氣體的復(fù)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(xiàn)象，僅比子彈略大，無碎片。復(fù)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(zhì)復(fù)合材料CNG氣瓶中的纖維與基體界面具有吸振能力，故震動阻尼甚高，抗聲振疲勞性亦佳。對超輕質(zhì)復(fù)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(jié)果與氣瓶多年在不同環(huán)境下使用的情況是令人滿意的。

四川大學(xué) 2021-04-10

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