据Allied Market Research5月18日发布的报告——“2017-2023全球压力容器复合材料-按材料(环氧树脂、碳纤维和玻璃纤维)和最终使用行业(CNG车辆、氢气车辆和天然气运输)的市场机会分析和行业预测报告”,全球压力容器复合材料市场2017年的市场是4.33亿美元,预计到2023年将达到18.7亿美元,从2017年到2023年的复合年增长率为23.0%。
压力容器是先进复合材料尤其是缠绕成型碳纤维复合材料的最大且增长最快的市场之一。其主要的终端市场是对液化丙烷气(LPG)、压缩天然气(CNG)、可再生天然气(RNG)以及氢气(H2)的储存,虽然它也可用于航空航天领域相关气体的储存以及自给式呼吸装置。
“双碳”目标,是驱动压力容器复合材料市场快速增长的最主要因素。交通运输领域正越来越多的使用CNG、RNG、H2作为燃料。碳纤维的价格、产量曾一度限制了压力容器复合材料的增长。随着碳纤维技术的进步,近年来产能的大幅度提升,2017-2023年间,欧洲地区碳纤维复合材料的复合年增长率约为24.1%。
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压力容器主要有5种类型:
类型I:钢结构压力容器,是最早应用的压力容器,其市场份额曾高达90%。现正在被复合材料压力容器替代。
类型II:金属内胆+环向缠绕纤维增强(主要采用玻璃纤维)。
类型III:金属内胆+碳纤维/玻璃纤维包缠外层,复合材料主要用来承受结构荷载,是现在主流的复合材料压力容器,其市场份额正在进一步提高。
类型IV: 聚酰胺(PA)或高密度聚乙烯(HDPE)制成内胆+碳纤维或碳纤维/玻璃纤维混合的复合材料缠绕外层,复合材料承受全部的结构载荷。
类型V:全复合材料,该类型的压力容器技术尚不成熟,目前公开报道的应用为2020年4月美国Infinite Composites Technologies公司为太空运载火箭开发的球形低温储罐,用来存储低温液体推进剂。
复合材料压力容器仍然面临的挑战:
复合材料压力容器用于低温环境下的长期使用性能及疲劳寿命有待进一步验证;
复合材料压力容器大规模推广应用还需要进一步降低成本;值得欣慰的是,目前已陆续有新的技术出现,使得复合材料压力容器的成本在不断降低。例如专用于复合材料压力容器的大丝束碳纤维技术逐步成熟,实现了材料成本的大幅度降低;德国Cevotec公司用于容器圆顶以缩短CFRP铺缠时间和成本的FPP 技术,英国Cygnet Texkimp公司为减少纤维破损而推出的3D缠绕技术,比利时Com&Sens公司推出的原位容器检测技术,美国国家复合材料中心多学科优化设计技术等。