Envalior rozszerza swoje portfolio materiałów do produkcji wodorowych zbiorników ciśnieniowych o nową, wysokowydajną termoplastyczną taśmę UD do zastosowań w całkowicie termoplastycznych zbiornikach wysokociśnieniowych. Taśma UDea EcoPaXX Q20HTC60, wzmocniona ciągłymi włóknami węglowymi, przeznaczona jest do owijania i mechanicznego wzmacniania poliamidowych linerów. Zastosowanie taśmy pozwala zbiornikom wytrzymywać wysokie obciążenia ciśnieniowe występujące podczas napełniania i magazynowania wodoru, przy jednoczesnym obniżeniu masy i kosztów układu oraz poprawie możliwości recyklingu całej konstrukcji.
Charakterystyka materiału UDea EcoPaXX Q20HTC60
Nowa odmiana UDea EcoPaXX bazuje na poliamidzie 4.10 i jest wzmocniona w 60 procentach masowych jednokierunkowymi ciągłymi włóknami węglowymi. Zastosowane w kompozycie alternatywne włókna węglowe podnoszą wytrzymałość taśmy na rozciąganie w kierunku włókien o ponad 15 procent, do poziomu około 2,2 gigapaskala, w porównaniu z materiałami o podobnym składzie, lecz z włóknami węglowymi o niższej wytrzymałości.
Według Giacomo Perfettiego, Sales & Business Development Managera dla UDea, taśma zapewnia wysoką wytrzymałość i sztywność oplotu zbiornika oraz wysoką integralność strukturalną całego zbiornika. Właściwości mechaniczne wynikają z połączenia bio-opartej matrycy poliamidowej 4.10 i wysokiego udziału jednokierunkowych włókien węglowych, co jest kluczowe przy projektowaniu cienkościennych konstrukcji pracujących przy wysokim ciśnieniu.
Technologia aplikacji taśmy i potencjał redukcji kosztów
Jedną z metod nakładania termoplastycznej taśmy jest proces z wykorzystaniem laserowo wspomaganego układania taśmy (laser assisted tape placement). Może być on realizowany w trybie start-stop, co umożliwia lokalne wzmacnianie linera jedynie w tych obszarach, które są krytyczne z punktu widzenia przenoszenia wysokich obciążeń ciśnieniowych. Dzięki temu konstruktor może precyzyjnie dostosować architekturę kompozytu do rozkładu naprężeń w zbiorniku.
W przeciwieństwie do konwencjonalnego procesu nawijania na mokro z wykorzystaniem żywic termoutwardzalnych, w strukturze powstałej z taśmy termoplastycznej możliwe jest usunięcie włókien węglowych z obszarów nieprzenoszących obciążeń. Umożliwia to uzyskanie oszczędności masy i kosztów sięgających do 20 procent, przy zachowaniu wymaganych parametrów wytrzymałościowych układu ciśnieniowego.
Przewagi środowiskowe w porównaniu z systemami epoksydowymi
Istotną zaletą kompozytu na bazie termoplastu jest aspekt środowiskowy. Poliamid 4.10 zastosowany w UDea EcoPaXX Q20HTC60 jest częściowo bio-oparty, co zmniejsza zależność od surowców kopalnych. Jako kompozyt termoplastyczny materiał ten jest także łatwiejszy w recyklingu w porównaniu z systemami epoksydowymi stosowanymi obecnie do nawijania zbiorników ciśnieniowych.
W przypadku konwencjonalnych systemów termoutwardzalnych, po zakończeniu okresu eksploatacji zbiorniki zazwyczaj trafiają na składowiska odpadów lub do spalarni, co generuje dodatkowe obciążenia środowiskowe. Z kolei owijanie linera taśmą termoplastyczną nie wymaga procesów utwardzania ani obchodzenia się z chemikaliami termoutwardzalnymi, dla których konieczne są specjalne procedury bezpieczeństwa pracy i czyszczenia. Upraszcza to organizację produkcji, ogranicza zużycie środków pomocniczych oraz może wpływać na zmniejszenie kosztów operacyjnych.
Kompletna oferta materiałowa Envalior dla zbiorników wodorowych
Nowa taśma uzupełnia szerokie portfolio materiałów termoplastycznych Envalior przeznaczonych do wytwarzania wodorowych zbiorników ciśnieniowych. Obejmuje ono między innymi modyfikowane udarowo kompozyty poliamidu 6 z linii Durethan i Akulon, stosowane w procesach rozdmuchu, formowania wtryskowego oraz formowania rotacyjnego linerów zbiorników. Dzięki temu Envalior może dostarczać komplet materiałów niezbędnych do produkcji systemów zbiornikowych wykonanych w całości z materiałów termoplastycznych, co znacząco ułatwia recykling zbiorników po zakończeniu ich eksploatacji.
Jak podkreśla Bert Keestra, Advanced Engineering Manager w Envalior, firma pełni rolę dostawcy typu one-stop-shop w obszarze materiałów termoplastycznych do zbiorników wodorowych, co ma znaczenie dla producentów systemów magazynowania wodoru poszukujących spójnych rozwiązań materiałowych dla całego układu.
Kompatybilność poliamidów 6 i 4.10 a integralność struktury
Kluczowym elementem projektowania całkowicie termoplastycznych zbiorników ciśnieniowych jest połączenie mechaniczne między linerem a oplotem kompozytowym. Zastosowanie taśmy na bazie poliamidu 4.10 na liner wykonany z kompozytu poliamidu 6 powoduje, że w strefie styku, pod wpływem nagrzewania laserowego, dochodzi do wytworzenia kontaktu typu melt-melt obu poliamidów.
W efekcie powstaje monolityczna struktura o silnym zespoleniu materiałowym. Giacomo Perfetti wskazuje, że przy takim połączeniu liner nie może odkształcać się niezależnie od struktury kompozytowej poddanej obciążeniom mechanicznym lub termicznym. Ogranicza to ryzyko wyboczenia oraz ułatwia czyszczenie i konserwację zbiorników ciśnieniowych w trakcie ich eksploatacji, ponieważ geometria wewnętrzna jest stabilniejsza, a deformacje są bardziej przewidywalne.
Szczegółowe informacje na temat taśmy UDea EcoPaXX Q20HTC60, w tym dane materiałowe i wskazówki aplikacyjne, są dostępne w narzędziu Envalior MaterialAdvisor.
