Kompozitní tlaková nádoba na bázi uhlíkových vláken - Gprot

0570090 - ÚTAM 2023 RIV CZ cze L - Prototype, f. module
Dubinin, P. - Dubinin, S. - Drdlová, M. - Šperl, Martin - Böhm, P.
Kompozitní tlaková nádoba na bázi uhlíkových vláken - Gprot.
[Carbon fibre composite pressure vessel - Gprot.]
Internal code: FW01010355-V6 ; 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: hmotnost 1610 +/- 0,01 kg, celková výška L=414 +/- 0,3 mm, průměr 156 +/- 0,2 mm, objem 5,7+/-0,05 l. Tlaková kapacita do porušení nádoby činí 923,5 barů (průměrná hodnota z pěti provedených burst testů – z toho ani jedna nádoba nepraskla pod hodnotou 917 bar).
Economic parameters: Hmotnostní úspora oproti konkurenčním řešením s hliníkovým linerem a obdobnou tlakovou kapacilou a objemem činí cca 43 % (v případě že je použita povrchová zodolňující úprava) a 55 % (nádoba bez povrchové úpravy). Je tedy s dostatečnou rezervou splněna podmínky hmotnostní úspory min. 20 % oproti konkurenčním řešením kompozitních nádob s kovovým linerem definovaná v projektovém návrhu. Vyvinutá tlaková nádoba je konkurenceschopná i z pohledu ceny. Díky úspornější technologii spojené s nižší spotřebou energie 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 uhlíková nádoba s pokročilým polymerním Iinerem. Hmotnostní úspora oproti konkurenčním řešením s hliníkovým linerem n obdobnou tlakovou kapacitou u objemem činí cca 43 % (v případě že je použita povrchová zodolňující úprava) a 55 % (bez povrchové úpravy). Minimální tlaková kapacita je 30 MPa. Prototyp byl vytvořen optimalizací funkčního vzorku vyvinutého v roce 2021. Prototyp má optimalizované tvarové parametry tak, aby bylo možné jej využil pro dýchací přístroje užívané IZS. Pro dosažení odlišných tvarových parametrů bylo třeba optimalizoval návin tlakové lahve v oblasti dna a proces výroby lineru. Pro výrobu lahví pro dýchací přístroje byl na základě výsledků optimalizačních vyfukováních testů vybrán materiál PEN, který vykazuje vhodnější parametry pro přípravu línem SBM technologií, a především vyšší stabilitu při zvýšených teplotách. Při rychlém plnění lahve (a jejím zahřátí) tak nedochází k uvolňování nežádoucích látek a degradaci materiálu.

The prototype developed is a high-pressure carbon composite vessel with advanced polymer Iiner. The weight saving compared to competing solutions with aluminium liner n similar pressure capacity at volume is about 43% (if surface hardening treatment is applied) and 55% (without surface treatment). The minimum pressure capacity is 30 MPa. The prototype has been created by optimising a working sample developed in 2021. The prototype has optimised shape parameters so that it can be used for breathing apparatus used by the IRS. In order to achieve different shape parameters, it was necessary to optimize the winding of the cylinder in the bottom area and the liner manufacturing process. Based on the results of the optimization blow molding tests, PEN material was selected for the production of cylinders for respirators, which shows more suitable parameters for the preparation of the liner by SBM technology, and especially higher stability at elevated temperatures. This prevents the release of unwanted substances and material degradation when the bottle is filled quickly (and heated).
Permanent Link: https://hdl.handle.net/11104/0341488