高性能玻璃纤维在气瓶上的应用 37页PPT文档
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56中国产业用纺织品行业协会市场与行情技术纺织品玻纤复合材料给CNG 气瓶带来优势与传统化石燃料相比,天然气具有价格较低、绿色环保等优点,最近几年,以天然气为动力的车辆(NGV )受到普遍欢迎。
每年新增投入使用的至少有150万辆。
在过去几十年间,以气体燃料为动力的车辆主要是重型载重车辆(HDV ),即卡车和公共汽车。
而今天,由于新型大规模生产技术的进步和能力的提升,复合材料行业能够为乘用车、轻型商务货车或轻型载重车辆(LDV )提供经济且轻量化的复合材料压缩天然气瓶。
虽然NGV 市场现在使用的气瓶,90%仍然是钢制气瓶,但是鉴于新型玻纤复合材料气瓶可以给定牌加工(OEM )、中间商和终端用户带来利益,这些钢制气瓶将不可避免地被玻纤复合材料气瓶所取代。
天然气轻型载重车市场统计数据显示,截止2010年底,在用的天然气动力车辆有近1320万辆,较上一年有两位数的增长。
即使在汽车市场遭遇困境一年之后的2010年(尽管过去十年经历了最低的全球年增长率),其增长率也达到了可观的12%。
如果在2010年,约有150万辆使用压缩天然气为动力的车辆能够上路,那么鉴于国际国内各个协会的大力推动,可以合理地假设,在未来几年内,每年采用车载CNG 燃油系统的新增车辆至少会有150万辆。
过去20年中,复合材料行业将焦点主要集中在重型载重车领域。
NG 燃料车辆比传统石化燃料车辆需要更大的燃料储存空间。
因此,需要突破车辆设计的限制,并增加其有效载重量。
显而易见,例如在欧洲,很多以天然气为燃料的城市公交汽车在顶部装备了容积超过150L 的轻质碳纤维复合材料气瓶,确保可载乘客数量的最大化。
然而,轻质玻璃纤维复合材料与昂贵的碳纤维复合材料相比,其在经济性方面具有优势。
现在,对钢材的使用已经受到了限制,这是因为钢材的重量大,致使可载乘客数量减少,还经常需要进行昂贵的、结构性的改进,尤其需要解决车辆稳定性的问题。
货车和公共汽车市场(重型载重车)占据了全球天然气车辆市场的20%,主要受车队所有者和OEM 的驱动(以B2B 模式),这是因为,他们都意识到减轻重量的意义及对投资回报率的影响。
作为为玻璃钢工业的增强材料,按不同的含碱量为分,可分为无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维、有碱玻璃纤维和特种玻璃纤维四种其化学组成主要是二氧化硅、三氧化二硼、氧化钙、三氧化二铝等,它们对玻璃纤维的性质和生产工艺起决定作用。
玻璃纤维有一系列优良性能,拉伸强度高,防火、防霉、防蛀、耐高温和电绝缘性能好等,它的缺点是具有脆性,不耐腐,对人的皮肤有刺激性等。
当纤维存放一段时间后,会出现强度下降的现象,称为纤维的老化, 这主要取决于纤维对大气水分的化学稳定性。
而作为施加负荷时间对纤维强度的影响——纤维的疲劳,一般是指纤维强度随施加负荷时间的增加而降低的情况。
中碱玻璃纤维对酸的稳定性是较高的,但对水的稳定性是较差的;无碱玻璃纤维耐酸性较差,但耐水性较好;中碱玻璃纤维和无碱玻璃纤维,从弱碱液对玻璃纤维强度的影响看,二者的耐碱性相接近。
中碱纤维含Na2O、K2O比无碱纤维高二十多倍,受酸作用后,首先从表面上,有较多的金属氧化物侵析出来,但主要是Na2O、K2O的离析、溶解;另一方面酸与玻璃纤维中硅酸盐作用生成硅酸,而硅酸迅速聚合并形成胶体,结果在玻璃表面上会形成一层极薄的氧化硅保护膜,这层膜使酸的侵析与离子交换过程迅速减缓,使强度下降也缓慢。
所以中碱纤维比无碱纤维的耐酸性好。
水与玻璃纤维作用,首先是侵蚀玻璃纤维表面的碱金属氧化物,主要是Na2O、K2O的溶解,使水呈现碱性。
随着时间的增加,玻璃纤维与碱液继续作用,直至使二氧化硅骨架破坏。
由于无碱玻璃纤维的碱金属氧化物含量较低,所以对水的稳定性较高。
无碱纤维与中碱纤维受到NaOH溶液侵蚀后,几乎所有玻璃成分,包括SiO2在内,均匀溶解,使纤维变细,量随浸碱时间的增加,化学成分含量基本不再发生变化,即内部结构并未破坏,因而单位面积的强度基本不变。
总之,玻璃纤维的化学稳定性主要取决于其成分中的二氧化硅及碱金属氧化物的含量。
显然,二氧化硅含量多能提高玻璃纤维的化学稳定性,而碱金属氧化物则会使化学稳定性降低。