云上高博会

“超轻质复合材料CNG气瓶技术及生产线”（4～5）万只/年

成果描述：项目于2012年国家立项（教育部）作为创新创业计划，并资助十万元；同年七月荣获大学生科技“挑战杯”四川省大学生创业计划竞赛一等奖；十一月国家科技部组织在上海参加“首届中国创新创业大赛获得全国百强 ”奖；年底国家知识产权局授予四项专利权。该项目是四川大学自主开发的具有国际先进水平和我国自主知识产权的环保型高科技节能产品。“超轻质复合材料CNG气瓶技术”研制团队的部分成员是唯一参加建设、生产过几年轻质复合材料CNG气瓶的团队；该项目是针对目前为减少城市污染而大力发展的压缩天然气汽车研制的一种高科技配套关键产品-气瓶，属于高性能复合材料产品。这类气瓶是融各类内衬的密封性和复合材料的可设计性，高强度，轻重量的特点为一体,大幅度减轻了气瓶重量,又保证承压能力以及使用期间的疲劳寿命；国际上只有少数工业发达国家才具有研究开发生产能力。全塑料复合材料气瓶已经过广泛的设计、试验和现场的使用试验结果也已证实；这种容器设计可以在汽车运行的环境和条件下安全地工作。全塑料复合材料气瓶是安全的，耐疲劳的，其重量轻和价格之间是相匹配的；目前，这类气瓶己得到世界上广泛的承认和接受，在许多领域内市场正在迅速增加，特别是在各类公共汽车上的应用，分外受到人们的重视和欢迎。这类超轻质复合材料气瓶不仅用于燃气汽车的燃料容器，而且还广泛用于消防，医院以及宇航，井下作业人员的呼吸器，今后将逐步全面替代原有的钢质气瓶和复合二代瓶，市场需求量很大，前景广阔。产品具有极高的经济效益和社会效益，是我国未来最具商业价值的项目，也是国际上正在研究和发展的一类重要高技术产品。项目采用高密度塑料作内胆，并用计算机控制实现自动化生产；配有调整气瓶成型轨迹和控制机械性能的全套计算机辅助设计软件，可生产多种规格与品种的产品；生产效率高，产品质量稳定，技术成熟可靠；该技术是一个综合应用专利技术和专项技术，建成后的装备及生产技术达到或超过国际先进水平。发展燃气汽车的关键设备就是装天然气的气瓶；气瓶的质量直接关系到燃气汽车运行的安全与成本高低。目前，国内尚无企业涉足，市场无此类超轻质复合材料CNG气瓶销售；而国外这类轻质复合材料CNG气瓶卖价（1～2）万元/只，价格非常昂贵。国内投资一条生产线仅需2400万元专用和辅助设备，厂房3000㎡，产值2.5～4 亿元，利税2～2.6亿元。超轻质复合材料CNG气瓶（CNG4)样品在四川大学产业科研院里展出，欢迎参观咨询；市场前景分析：该产品用于储存天然气、煤气、石油液化气、氧气、氢气等各种气体的储存；广泛用汽车工业、船、潜水、消防、医药、民用、国防、航空、航天等领域，还可出口国外；主要用于汽车工业集团为新生产汽车配备原装气瓶及城市原有公共汽车和出租汽车的气瓶改装。超轻质复合材料CNG气瓶的性能指标居国际同类产品先进水平，采用高强度高模量纤维；生产成本低，与国外气瓶相比有很强的性能价格比优势，产品的竞争优势明显；产品具有极高的经济效益和社会效益，是我国未来最具商业价值的项目，也是国际上正在研究和发展的一类重要高技术产品。国际上只有少数发达国家才具有研究开发生产的能力。这类轻质复合材料气瓶不仅用于燃气汽车的燃料储存，而且还广泛用于消防、潜水、医疗、宇航、以及井下作业人员的呼吸器等等，市场应用前景十分广阔。近年来，随着超轻质复合材料气瓶材料的成本降低，使得超轻质复合材料CNG气瓶在国内外备受青睐，尤其在轿车、大巴和公交车上的应用极具竞争力。 2014年11月我们调研了全国主要汽车制造集团总部，并与他们交流进行市场合作；如郑州宇通集团、第二汽车制造集团、中国重型汽车制造集团、四川客车集团、成都蜀都客车等公司，并与他们进行了交流；通过交流进行市场合作，我们将根据他们生产的汽车空间来设计气瓶的容量和尺寸大小，我们再按这些汽车制造厂的要求进行设计、生产，满足用户的要求；他们都表示产品出来后将优先选用这类气瓶；我们看到和了解到郑州宇通客车一辆大巴要安装十一个钢瓶，中国重型卡车一辆要安装十二个钢瓶，蜀都客车要安装六个以上二代或钢瓶，二汽集团的50万辆轿车和与重庆长安公司合作生产的50万辆面包车也都要安装CNG气瓶；了解到各种类汽车都是安装的钢瓶或复合二代瓶；船用的气瓶也是安装的钢瓶或复合二代气瓶。通过全国主要汽车制造集团总部的调查和国家有关统计部门的资料介绍，国内每年需求气瓶量超过三百万支以上；根据国家“一带一路”发展战略，国外沿线六十多个国家的市场需求量将是很大的；可见国内、外市场需求量十分巨大，前景广阔。与同类成果相比的优势分析：超轻质复合材料CNG气瓶与钢制气瓶相比，超轻质复合材料CNG气瓶具有比强度高、重量轻（是钢瓶的1/5）、安全减震性好等优点，这类气瓶综合了复合材料的高比强度、可设计性以及内衬的良好气密性、优良的耐蚀性等诸多优点，使其达到高承压能力、高疲劳寿命、质轻、耐腐等优良性能的完美结合。超轻质复合材料CNG气瓶具有耐高压（25MPa），容积大（50L～400L），重量轻（同容积和同压力下，S玻纤气瓶为钢瓶重量的60%，碳纤气瓶为钢瓶重量的35%,高分子材料纤维气瓶为钢瓶重量的1/5），可有效减少动力损失；耐腐蚀性能好，因气瓶采用塑料内胆，天然气中的硫化氢气体和水分对内胆无腐蚀；安全性能高，因内胆无腐蚀，从根本上消除了气瓶爆炸诱因（硫化氢应力腐蚀）；疲劳寿命长，产品经过循环15000次无泄漏，且玻璃钢耐侯性能比钢强，产品设计使用寿命为15年；可设计性强，可根据不同车型生产出不同规格，材质的气瓶，满足不同用户的需要；抗冻及耐瞬时高温烧蚀；防爆性能好，使用安全可靠，危险性小等特点。该CNG气瓶比强度高，可提高汽车的有效载荷，增加行驶里程。仅这一点就非传统材料的气瓶所能及。破损安全性好，超轻质复合材料CNG气瓶中有大量的玻璃纤维，每平方厘米上的玻纤多至几万根。从力学观点上看，是典型的静不定系。当超轻质复合材料CNG气瓶万一超载并且少量纤维断裂时，其载荷会迅速重新分配在未破坏的纤维上，这在短期乃至相当一段时间内不致使构件丧失承载能力。如枪击试验，在距气瓶50m 处，分别以7.62mm、12.7mm高射机枪、53式冲锋枪、1.7mm穿甲燃烧弹、30m全爆弹对充满高压气体的复合材料CNG气瓶进行实弹射击。实弹射击时，容器被击中后，瞬间起火，片刻自熄。高压气体从弹孔喷出，引起气瓶弹跳、窜动，甚至飞出几十米外。但子弹孔无扩孔现象，仅比子弹略大，无碎片。复合材料CNG气瓶本身对周围的破坏力仅是瓶体的撞击力，这可通过以合适夹具固定气瓶予以避免。不言而喻，钢气瓶爆破杀伤力就大得多了。减振性好，超轻质复合材料CNG气瓶中的纤维与基体界面具有吸振能力，故震动阻尼甚高，抗声振疲劳性亦佳。对超轻质复合材料CNG气瓶进行常温爆破、高低温爆破、温度交变试验、疲劳试验、荷载振动试验、荷载坠落、湿强度试验、长期充气储存试验，试验结果与气瓶多年在不同环境下使用的情况是令人满意的。

四川大学 2021-04-10