Kompozitní tlaková nádoba s hybridní vláknovou výztuží - Gprot

0570084 - ÚTAM 2023 RIV CZ cze L - Prototype, f. module
Dubinin, P. - Dubinin, S. - Šperl, Martin - Drdlová, M.
Kompozitní tlaková nádoba s hybridní vláknovou výztuží - Gprot.
[Composite pressure vessel with hybrid fibre reinforcement - Gprot.]
Internal code: FW01010355-V8 ; 2022
Technical parameters: Konstrukční řešení a design této tlakové nádoby s polymerním linerem splňuje současné technické požadavky na opravdu 'high-tech' tlakovou nádobu, a to jak z pohledu těsnosti, stability, chemické odolnosti (s ohledem na susceptibilitu liliem k použité látce), hmotnosti a její kvality, při jejím návrhu byla zohledněna také ekonomická rentabilita a technologické možnosti zavedení výroby v režimu automatického provozu. Technické parametry uhlíkové kompozitní tlakové nádoby jsou následující: vnější průměr D=156,6 +/- 0,2 mm, délka L=414 +/- 0,3 mm, vnitřní objem = 5,7 litrů, čistá hmotnost bez ventilu je m = 1,7 kg. Tlaková kapacita do porušení nádoby činí 908 barů (průměrná hodnota z pěti provedených burst testů – z toho ani jedna nádoba nepraskla pod hodnotou 903 bar).
Economic parameters: Vyvinutá tlaková nádoba je konkurence schopná i z pohledu ceny díky úspornější technologii spojené s nižší spotřebou energie a automatizaci bude možné dodat tlakovou láhev na trh za cenu o cca 5 % nižší, než je cena konkurenčních produktů v dané kategorii.
R&D Projects: GA TA ČR(CZ) FW01010355
Institutional support: RVO:68378297
Keywords : composite cylinders
OECD category: Composites (including laminates, reinforced plastics, cermets, combined natural and synthetic fibre fabrics

Vyvinutým prototypem je vysokotlaká kompozitní nádoba s hybridní vláknovou výztuží a pokročilým polymerním linerem. Minimální tlaková kapacita je 30 MPa. Funkční vzorek prezentuje tenkostěnnou kompozitní tlakovou nádobu s hybridní vláknovou výztuží realizovanou uhlíkovými a amidovými vlákny. Liner je tvořen materiálem PEN Geometrie návinu uhlíkových a aramidových rovingů byla navržena na co nejvyšší pevnostní únosnost tlakové nádoby s ohledem na počet návinu a její hmotnost (základem byla aplikace analytického přístupu uvedeného v „Vasiljev VV, Mechanics of Composite Structures. London: Taylor and Francis“) s tím, že byl také úspěšně aplikován technologický postup návinu umožňující zpevnění kritické části tlakové nádoby (přechod den do válcové části nádoby). Zároveň bylo kombinací s aramidovými vlákny dosaženo zodolnění vůči proražení nádoby (opět je aramidem plošně pokryt celý povrch nádoby v prostorovém návinu). Do procesu výroby bylo také zařazeno vakuování návinu (vyšší integrita skořepiny).

The prototype developed is a high-pressure composite vessel with hybrid fiber reinforcement and an advanced polymer liner. The minimum pressure capacity is 30 MPa. The functional sample presents a thin-walled composite pressure vessel with hybrid fiber reinforcement realized by carbon and amide fibers. The liner is made of PEN material The winding geometry of the carbon and aramid rovings was designed to maximize the strength capacity of the pressure vessel with respect to the number of windings and its weight (the basis was the application of the analytical approach presented in „Vasiliev VV, Mechanics of Composite Structures. London: Taylor and Francis“), while the winding technology was also successfully applied to allow the reinforcement of the critical part of the pressure vessel (the transition of the bottom to the cylindrical part of the vessel). At the same time, a combination with aramid fibres has been used to achieve puncture resistance (again, the entire surface of the vessel is covered with aramid in the spatial winding). Vacuuming of the coil was also included in the manufacturing process (higher shell integrity).
Permanent Link: https://hdl.handle.net/11104/0341442