Envalior wprowadza na rynek nową wysokowytrzymałą, termoplastyczną taśmę UD przeznaczoną do wzmacniania całkowicie termoplastycznych, wysokociśnieniowych zbiorników na wodór. Taśma UDea EcoPaXX Q20HTC60 jest kompozytem na bazie poliamidu 4.10 z ciągłym, jednokierunkowym zbrojeniem z włókien węglowych. Materiał ten służy do owijania i mechanicznego wzmacniania poliamidowych linerów, dzięki czemu systemy zbiornikowe mogą przenosić wysokie obciążenia ciśnieniowe występujące podczas napełniania oraz magazynowania wodoru. Zastosowanie termoplastycznej taśmy pozwala na projektowanie całkowicie termoplastycznych konstrukcji zbiorników, co z punktu widzenia recyklingu i końca cyklu życia odróżnia je od rozwiązań opartych na żywicach termoutwardzalnych stosowanych w technice nawijania kompozytów.
Charakterystyka materiału UDea EcoPaXX Q20HTC60
Nowy gatunek UDea EcoPaXX opiera się na poliamidzie 4.10 i jest zbrojony w 60 procentach wagowo jednokierunkowymi, ciągłymi włóknami węglowymi. W kompozycie zastosowano alternatywny typ włókien węglowych, które podnoszą wytrzymałość na rozciąganie w kierunku włókien o ponad 15 procent, do około 2,2 gigapaskala, w porównaniu z materiałami o zbrojeniu z włókien węglowych o niższej wytrzymałości.
– Taśma zapewnia dzięki temu wysoką wytrzymałość i sztywność owijania zbiornika oraz wysoką integralność strukturalną całej konstrukcji zbiornika – wyjaśnia Giacomo Perfetti, Sales & Business Development Manager dla UDea.
Właściwości mechaniczne taśmy są kluczowe dla bezpiecznej eksploatacji zbiorników na wodór pracujących przy wysokich ciśnieniach. Wzmocniony kompozytowo płaszcz ogranicza odkształcenia linerów poliamidowych, stabilizuje konstrukcję w warunkach cyklicznych obciążeń ciśnieniowych i umożliwia optymalizację grubości ścianek oraz geometrii zbiorników pod kątem masy i kosztów.
Proces owijania i potencjał redukcji masy
Jedną z metod aplikacji termoplastycznej taśmy UDea EcoPaXX Q20HTC60 jest laserowo wspomagane układanie taśmy. Proces ten może być prowadzony w trybie start-stop, co pozwala wzmacniać liner tylko w tych obszarach, które są kluczowe dla przenoszenia wysokich obciążeń ciśnieniowych. W strefach nieobciążonych włókna węglowe mogą zostać usunięte z konstrukcji kompozytowej, co nie jest możliwe w przypadku konwencjonalnego procesu nawijania na mokro z zastosowaniem systemów termoutwardzalnych.
Zróżnicowanie stopnia zbrojenia w zależności od lokalnych wymagań wytrzymałościowych przekłada się na ograniczenie zużycia materiału zbrojącego oraz osnowy poliamidowej. Według danych producenta pozwala to na osiągnięcie redukcji masy i kosztów sięgającej do 20 procent w porównaniu z konstrukcjami wykonywanymi w typowej technologii nawijania z żywicami epoksydowymi.
Aspekty zrównoważonego rozwoju i recyklingu
Istotną zaletą kompozytu na bazie termoplastu jest jego profil środowiskowy w zestawieniu z tradycyjnymi systemami epoksydowymi. Poliamid 4.10 stanowiący osnowę taśmy jest częściowo pochodzenia biologicznego, co wpływa na ograniczenie udziału surowców kopalnych w formulacji materiału. Jako kompozyt termoplastyczny, UDea EcoPaXX Q20HTC60 jest także relatywnie łatwy do recyklingu w porównaniu z termoutwardzalnymi systemami epoksydowymi stosowanymi do owijania zbiorników ciśnieniowych.
Zbiorniki wzmacniane żywicami epoksydowymi po zakończeniu okresu eksploatacji muszą być składowane lub spalane. W przypadku systemów całkowicie termoplastycznych możliwe jest ich przetwarzanie w strumieniu recyklingu tworzyw, co ogranicza ilość odpadów oraz potencjalne koszty związane z utylizacją. Dodatkowo proces owijania linerów taśmą termoplastyczną nie wymaga etapu utwardzania ani stosowania chemikaliów termoutwardzalnych, dla których konieczne są szczególne środki bezpieczeństwa pracy oraz procedury czyszczenia.
– Nowa taśma uzupełnia nasze szerokie portfolio materiałów termoplastycznych do wytwarzania zbiorników ciśnieniowych na wodór, które obejmuje również udarowo modyfikowane kompozyty poliamidu 6 z marek Durethan i Akulon do rozdmuchu, wtryskiwania oraz formowania rotacyjnego linerów zbiorników. Jako dostawca typu one-stop-shop Envalior oferuje wszystkie materiały potrzebne do produkcji systemów zbiornikowych wykonanych w całości z materiałów termoplastycznych, co znacząco ułatwia recykling zbiorników – wyjaśnia Bert Keestra, Advanced Engineering Manager w Envalior.
Kompatybilność poliamidów i integralność konstrukcji
Taśma na bazie poliamidu 4.10 jest projektowana z myślą o współpracy z linerami wytwarzanymi z kompozytów poliamidu 6. Podczas procesu owijania, w warunkach laserowego nagrzewania, uplastycznione warstwy obu poliamidów wchodzą w kontakt w stanie ciekłym, co prowadzi do powstania monolitycznej struktury z silnym połączeniem materiałowym na granicy faz.
– Dzięki temu liner nie może odkształcać się niezależnie od struktury kompozytowej pod wpływem obciążeń mechanicznych lub cieplnych, co zmniejsza ryzyko wyboczenia oraz umożliwia łatwiejsze czyszczenie i utrzymanie zbiorników ciśnieniowych w trakcie eksploatacji – dodaje Perfetti.
Silne związanie między linerem a płaszczem kompozytowym ma znaczenie zarówno dla bezpieczeństwa, jak i dla trwałości konstrukcji. Ograniczenie relatywnych przemieszczeń warstw sprzyja stabilności wymiarowej oraz przewidywalności zachowania zbiornika w pełnym zakresie warunków roboczych, od niskich do wysokich temperatur oraz przy wielokrotnych cyklach napełniania i opróżniania.
Envalior wprowadza na rynek nową wysokowydajną termoplastyczną taśmę UD UDea EcoPaXX Q20HTC60 do całkowicie termoplastycznych, wysokociśnieniowych zbiorników na wodór. Dzięki tej taśmie zbiorniki mogą przenosić wysokie obciążenia ciśnieniowe występujące podczas napełniania i magazynowania.
