Research progress in hydrogen permeation characteristics and failure analysis of plastic liner of type IV hydrogen storage vessel

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.01.010

Abstract

Abstract:

The failure modes such as buckling collapse and yield blistering of the liner can greatly reduces the service life of a cylinder. This paper analyzed the influence of different factors on the hydrogen permeation of plastic liners from both internal and external aspects and summarized their hydrogen permeation mechanism. In addition， the corresponding research progress at home and abroad was introduced and the shortcomings were pointed out. Finally， the future research direction was prospected.

Key words: type IV vehicle?mounted hydrogen storage vessel, plastic liner, hydrogen permeation, affecting factor, failure mode

CLC Number:

TQ325.1⁺2

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影响因素	影响规律
聚合物类型	自由体积多的材料其氢渗透性更高，一般认为弹性体材料高于热塑性材料。
侧链结构	从侧链本身考虑，侧链密度越大，氢渗透性越高，而侧链长度的影响不明显；从侧链基团考虑，极性越弱、体积越小、对称性越差的基团其氢渗透性越高。
密度	密度越小，材料氢渗透性越高。
结晶度	同种材料结晶度越小，氢渗透性越高。
聚合物分子量及尺寸	聚合物分子量和尺寸越大，氢渗透性更高。
取向	不发生取向的聚合物氢渗透性更高。
交联度	交联度越大，则材料自由体积的孔径越小，氢渗透性越低；交联度越大，会引入更多的自由体积，氢渗透性越高。
添加剂	改性增加了材料结构的复杂程度，延长了氢气分子的扩散路径，使材料氢渗透性降低；填料的不均匀分布导致材料内部产生较大的空隙和团聚现象，加速氢气分子扩散，使材料氢渗透性增加。
温度	低温环境下，材料脆性增加，氢渗透性增加；T_g温度下，温度越高则氢渗透性越高，满足阿伦尼乌斯方程；T_g温度以上，温度越高则氢渗透性越高，不再满足阿伦尼乌斯方程；高温环境下，材料加速老化，氢渗透性增加。
压力	低氢压下，影响不明显；高氢压下，压力越大，氢渗透性越低。
循环载荷	在较低压力范围内，影响不明显；在高压范围内，循环次数越多，氢渗透性越低。
材料厚度	材料厚度对氢渗透性的影响很小。
湿度	吸湿性聚合物：湿度越大，氢渗透性越高；非吸湿性聚合物：影响不明显。

影响因素	影响规律
聚合物类型	自由体积多的材料其氢渗透性更高，一般认为弹性体材料高于热塑性材料。
侧链结构	从侧链本身考虑，侧链密度越大，氢渗透性越高，而侧链长度的影响不明显；从侧链基团考虑，极性越弱、体积越小、对称性越差的基团其氢渗透性越高。
密度	密度越小，材料氢渗透性越高。
结晶度	同种材料结晶度越小，氢渗透性越高。
聚合物分子量及尺寸	聚合物分子量和尺寸越大，氢渗透性更高。
取向	不发生取向的聚合物氢渗透性更高。
交联度	交联度越大，则材料自由体积的孔径越小，氢渗透性越低；交联度越大，会引入更多的自由体积，氢渗透性越高。
添加剂	改性增加了材料结构的复杂程度，延长了氢气分子的扩散路径，使材料氢渗透性降低；填料的不均匀分布导致材料内部产生较大的空隙和团聚现象，加速氢气分子扩散，使材料氢渗透性增加。
温度	低温环境下，材料脆性增加，氢渗透性增加；T_g温度下，温度越高则氢渗透性越高，满足阿伦尼乌斯方程；T_g温度以上，温度越高则氢渗透性越高，不再满足阿伦尼乌斯方程；高温环境下，材料加速老化，氢渗透性增加。
压力	低氢压下，影响不明显；高氢压下，压力越大，氢渗透性越低。
循环载荷	在较低压力范围内，影响不明显；在高压范围内，循环次数越多，氢渗透性越低。
材料厚度	材料厚度对氢渗透性的影响很小。
湿度	吸湿性聚合物：湿度越大，氢渗透性越高；非吸湿性聚合物：影响不明显。

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