撮要

年以来，美国两家公司CTD、ICT公司接踵胜利研发出V型高压储气瓶和高压低温储罐，两家公司将其胜利关键和焦点本领均归纳为材料，个中CTD公司高压储气瓶紧要用于卫星促进系统的气体积聚，采纳了日本东丽T级碳纤维和私有环氧树脂为材料。

而ICT公司研发的高压低温储罐紧要用于火箭促进剂用低温燃料如液氮、液氧等积聚，储罐采纳了日本东丽T级碳纤维和环氧树脂，为熟悉决低温处境下由于树脂发脆等产生复合材料微裂纹，ICT应用石墨烯对基体停止了改性。

、何谓V型压力溶剂

停止暂时，安排用于高压下积聚液体和蔼体的压力容器和储罐的进展阅历了四个不同的阶段：全金属储罐（I型）、复合材料环绕金属储罐（II型）、碳纤维巩固塑料（CFRP）环绕金属内胆储罐（III型）和碳纤维巩固塑料（CFRP）环绕塑料内胆储罐（IV型）。

而压力容器的第五个阶段——全复合材料的无内胆储罐（V型），是指不含任何内胆、齐全采纳复合材料加工而成的压力容器，永恒以来V型压力容器从来被以为是压力容器行业产物和本领的制高点。

2、CTD公司研发出V型高压储气瓶

往年岁首，位于美国科罗拉多州拉斐特的复合材料本领开采公司（CompositesTechnologyDevelopmentInc，CTD）与美国空军协商试验室、德克萨斯大学合营，胜利地安排、测试并缔造了第一台商用、全CFRP无衬里的压力容器，并将其安置在FASTRAC卫星上，.9L储罐的直径约为6英寸（52毫米），直径为7至8英寸（长度为78至毫米），分量仅为0.44磅（0.2公斤）。

CTD公司研发的高压储气瓶

复合材估中的碳纤维采纳了美国东丽复合材料公司（TorayCompositeMaterialsAmerica，Inc.）供给的T级碳纤维停止细丝环绕，并采纳CTD私有的KIBOKO增韧环氧树脂潮湿。它的办事压力为psi，极限压力为,psi，碎裂压力为2,至psi。该罐用于保存氩气，做为卫星微放电等离子促进器的构成部份。

与保守的IV型瓶比拟，CTD公司的全CFRP无里衬储气瓶分量将轻5％至20％，这关于航空航天产业中具备显着的功用上风，由于该行业对灵验载荷分量极端敏锐。然而，轻量化并非V型压力容器的仅有上风，CTD公司协商讲明，V型压力容器周全投入临盆后，其制产生本将低沉，最显然的道理是它消除了内衬材料和衬套制产生本。

CTD公司对V型压力容器大宗量运用的希望在于三个紧要本领畛域的变换：材料、安排和东西。应用简单材料缔造储罐象征着需求开采一种层压系统，该系统不但能够在压力下供给充分的组织强度，况且相当紧要的是还要产生断绝层，防范气体、燃料和其余物资的浸透。公司引见说其KIBOKO增韧树脂系列（紧要基于环氧树脂）是CTD胜利开采出V型压力容器的关键。

当对储罐加压时，压力会在全数方位施加到容器壁上，因而树脂必需拉伸以摄取应变，况且还必需通过与纤维粘合来供给组织支持。该公司测试终归显示，与老例产业材料比拟，KIBOKO树脂在室仁慈低温处境中较高的应变水准下会产生微裂纹。纵然用于FASTRAC卫星和无人机的储罐都是湿式环绕的，然而不异的树脂也能够与真空襄理树脂通报模塑（VARTM）工艺兼容。在某些运用中，唯有能够保证取得公道的纤维体积分数，VARTM或许更符合的缔造低孔隙率层压材料的法子。

通过关键参数安排如纤维角度、纤维体积和层压板厚度等能够创造“突变复合材料”的材料，来知足结媾和断绝功用请求。纵然层压板在储罐的全数地域中既充任组织，又充任障蔽，但工程师能够调动安排成效以变换成效。

另外，没有衬里的容器需求东西衬底，该衬底必需在容器固化以后被移除。CTD已与供给商合营开采了几种别致的模具本领，用于成型形态受束缚的复合材料。好比FASTRAC卫星和无人机所用的V型储罐都是通过将细丝环绕在非老例芯棒上而制成的，该芯棒在后束缚环节中会化学消融。

3、ICT公司研发出V型高压低温储罐

年4月，位于美国俄克拉荷马州塔尔萨市的InfiniteCompositesTechnologies（ICT）公司通告，其胜利研发出球形、无衬里、全复合材料低温冷冻储罐，该储罐主借使一种用于将低温促进剂积聚在火箭动力运载火箭上的压力容器。

用于天外游览的运载火箭需求积聚大宗燃料，模范的火箭促进剂（如氧气、氢气和氮气）能够在室温下以气体大局保存，然而由于气体的密度相对较低，因而为天外发射而保存充分的气体促进剂将需求特别大的储罐，这增加了航天器的分量并束缚了航行器的分量。然而在愿望景况下，这些促进剂能够更高密度的液体大局保存，进而能够应用较小的容器来保存它们，然而很多罕见的促进剂必需冷却至超冷温度，常常指温度低于-50°C时会以液体大局存在。

用于低温燃料如液氮、液氧积聚的全复合材料安排每每会引发层压板中微裂纹等困难。当复合材料层压板面对极度温度时，每层之间的热膨胀系数不同会致使碎裂和暴露。很多树脂系统在低温下也会变脆，进而加重了这一题目。

ICT公司于年向美国国度航空航天局（NASA）推出了低温冷冻箱的观点，后来开端了一项加紧开采项目——复合式低温冷冻箱，用于月球降落器演示航行器。ICT公司将V型高压冷冻储罐研发的焦点本领归纳为材料，ICT公司的CryoSphere储罐采纳了日本东丽公司T碳纤维和环氧树脂制成，并通过环绕丝线制成，在室温下固化，尔后在ICT塔尔萨工场的产业烘箱中停止后固化。

无里衬碳纤维/环氧树脂储罐CryoSphere是在俄克拉荷马州ICT工场通过环绕和产业烘箱固化而缔造的；碳纤维采用了日本东丽T级碳纤维。

为熟悉决微裂纹困难，ICT开端对通过化学增韧的私有环氧树脂基体中不同浓度的几种范例增加剂停止迭代测试。在此进程中，协商小组觉察了两种增加剂的组合，当再次对储罐停止测试时，它们能够使安排知足热请求，个中之一增加剂是石墨烯。

年秋季，运用石墨烯材料公司通告，其石墨烯本领已被调动到两个ICT树脂系统中，用于低温压力容器，这些系统正思量用于NASA航天航行职责。

在低温下，树脂会变脆并开端断裂，跟着向纤维施加压力，它们开端互相滑动并毁坏它们之间的化学键。石墨烯薄片充任纤维层之间的呆板巩固物，裁减了挪动和断裂的或许性。另外，基体还掺入了其余私有增加剂，使层压板在低温下更具延长性，并在层压板中产生了更多的绝缘功用。

ICT公司于年2月将个中5个CryoSphere储罐托付给了NASA，首先安排于年8月向ISS发射，但推延到月，估计在CryoSpheres输送到ISS后，将其安置在天气站的外部，并对其停止了大略六个月的协商，并安置了辐射传感器，在绕地球转动并直接暴露于太阳的景况下，测试材料在暴露于热和辐射时的经久性。