IV型车载储氢瓶聚合物内衬材料的氢气渗透性分析

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.04.015

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (4): 92-97.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.04.015

IV型车载储氢瓶聚合物内衬材料的氢气渗透性分析

张晓伟(), 李玉娥(), 华晔, 胡法

中石化（北京）化工研究院有限公司，北京 100013

收稿日期:2023-10-31 出版日期:2024-04-26 发布日期:2024-04-22
通讯作者: 李玉娥（1977-），女，硕士，高级工程师，主要从事高分子材料表征及评价方法等研究，liye.bjhy@sinopec.com
E-mail:zhangxw.bjhy@sinopec.com;liye.bjhy@sinopec.com
作者简介:张晓伟（1992-），女，博士，工程师，主要从事高分子材料表征及评价方法等方面的研究，zhangxw.bjhy@sinopec.com

A review on hydrogen permeability of polymer liner materials for type IV on⁃board hydrogen storage cylinders

ZHANG Xiaowei(), LI Yue(), HUA Ye, HU Fa

Sinopec （Beijing） Chemical Research Institute Co，Ltd，Beijing 100013，China

Received:2023-10-31 Online:2024-04-26 Published:2024-04-22
Contact: LI Yue E-mail:zhangxw.bjhy@sinopec.com;liye.bjhy@sinopec.com

摘要/Abstract

摘要：

详细总结论述了气体在高分子聚合物材料中的渗透机理，并简要介绍了有关IV型储氢瓶聚合物内衬氢气渗透性的测试方法以及国内外测试标准。基于此，进一步探讨了测试温度、测试压力以及聚合物材料性能对IV型储氢瓶内衬材料氢气渗透性的影响，并展望了未来的发展方向。

关键词: IV型储氢瓶, 聚合物内衬, 氢气渗透性, 标准

Abstract:

This paper reviewed the permeation mechanism of gases in polymer materials in detail. The test methods for hydrogen permeability of polymer linings of Type IV hydrogen storage cylinders and domestic and international test standards were briefly introduced. The effects of test temperature， test pressure， and polymer material properties on the hydrogen permeability of the liner material were further discussed along with the trend of the development direction in future.

Key words: type IV hydrogen storage tank, polymer liner, hydrogen permeability, standard

中图分类号:

TQ325

张晓伟, 李玉娥, 华晔, 胡法. IV型车载储氢瓶聚合物内衬材料的氢气渗透性分析[J]. 中国塑料, 2024, 38(4): 92-97.

ZHANG Xiaowei, LI Yue, HUA Ye, HU Fa. A review on hydrogen permeability of polymer liner materials for type IV on⁃board hydrogen storage cylinders[J]. China Plastics, 2024, 38(4): 92-97.

图/表 7

图1 气体在聚合物中的扩散过程［9］

Fig.1 The diffusion process of gas in the polymer［9］

材料	T/K	S×10^-7/ cm³⋅cm^-3⋅Pa^-1	D×10^-10/ m²⋅s^-1	P×10^-17/ mol⋅m^-1⋅s^-1⋅Pa^-1
PE	263	6.663	7.165	2 150
	298	6.071	7.900	2 160
	323	5.701	11.20	2 870
	353	5.369	11.91	2 880
PA	263	3.871	3.031	528
	298	3.614	4.314	702
	323	3.441	6.311	977
	353	3.292	7.582	1 123

表1 不同温度下聚乙烯和PA材料的氢气渗透性模拟值［19］

Tab.1 Simulation values of hydrogen permeability of polyethylene and polyamide at different temperature［19］

图2 不同高分子材料的氢气渗透性与温度的依赖性［6］

Fig.2 Temperature dependence of hydrogen permeability of different polymer materials［6］

图3 氢气渗透系数与温度的依赖关系［8］

Fig.3 The relationship between hydrogen permeability coefficient and temperature［8］

条件	P_e/cm³·cm·cm^-2·s^-1·Pa^-1
308 K、15 MPa	4.31×10^-14
308 K、43.75 MPa	2.88×10^-14
308 K、87.5 MPa	2.07×10^-14
328 K、15 MPa	9.75×10^-14
328 K、43.75 MPa	7.31×10^-14
328 K、87.5 MPa	5.85×10^-14
358 K、15 MPa	3.34×10⁃¹³
358 K、43.75 MPa	2.78×10^-13
358 K、87.5 MPa	2.48×10^-13

表2 PA6在不同温度和压力下的氢渗透系数Pe［27］

Tab.2 Hydrogen permeability coefficient Pe of PA6 at different test temperature and pressure［27］

图4 高压对PE⁃HD材料中氢气渗透各参数的影响［28］

Fig.4 Effect of high pressure on hydrogen permeation parameters in PE⁃HD material ［28］

图5 黏土纳米片掺入聚合物基质而形成的“曲折路径”示意图［38］

Fig.5 Illustration of the “tortuous pathway” created by incorporation of nanoplatelets into a polymer matrix［38］

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IV型车载储氢瓶聚合物内衬材料的氢气渗透性分析

A review on hydrogen permeability of polymer liner materials for type IV on⁃board hydrogen storage cylinders

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