近期，中材科技（苏州）有限公司生产的70MPa塑料内胆碳纤维全缠绕储氢气瓶（IV型储氢气瓶）通过国家市场监督管理总局核准的特种设备型式试验机构全 套型式试验，成功取得IV型储氢气瓶特种设备生产许可（B3级非金属内胆缠绕气瓶）。

公司同步完成了柔性自动化产线建设，成为国内首家既掌握70MPa-IV型储氢气瓶关键核心技术、拥有自主知识产权，又同时具备自动化批量生产能力的企业。

中材苏州将碳纤维国产化作为攻关重点，从复丝强度测试，到树脂配方调控、过纱路径优化，再到铺层结构设计，经过大量测试验证，成功攻关解决了国产碳纤维和树脂的匹配性、强度转化率等关键问题，成为国内首家实现T700、T800级国产碳纤维在储氢气瓶上应用的企业。

前瞻布局：打下坚实技术基础

苏州中材科技始终以“发展替代能源材料技术，促进全球可持续发展”为使命，紧跟国内氢能发展态势及市场需求动向，提前进行前瞻性产品布局和技术升级。

早在2008年，苏州中材科技就承担了国家节能与新能源汽车“863”重大项目“燃料电池车用高压供氢瓶及组合阀研究”，将燃料电池储氢气瓶作为公司前瞻性储备产品。2016年起，国家密集出台政策大力支持燃料电池汽车发展，苏州有限第一时间面向市场推出高压储氢气瓶，迅速占据行业先机。

2019年，苏州有限启动70MPa-IV型储氢气瓶产业化攻关，从材料国产化、产品优异化和产线智能化等方面进行全方位布局。2022年，完成了内胆与氢气相容性、耐久性、氢气使用性能等全 套摸底试验验证。2023年，该技术通过了国家市场监督管理总局“新材料、新工艺、新技术”三新技术评审，一次性通过全 套型式试验，完成了自动化产线建设，取得生产许 可证，苏州中材科技成为全面自主掌握70MPa-IV型储氢气瓶关键核心技术并具备量产能力的企业。

IV储氢瓶结构及材料

复合材料储氢气瓶由内至外包括内衬材料、过渡层、纤维缠绕层、外保护层、缓冲层。储氢气瓶进行充气的周期可能较长，而氢气在高压下又具有很强的渗透性，所以氢气储罐内衬材料要有良好的阻隔功能，以保证大部分的气体能够储存于容器中。IV型储氢瓶的结构主要包括以下部分：

（1）内胆：瓶壁总厚度约为20~30mm，最内层与氢气直接接触的是阻气层，厚度约为2~3mm，材料是PA6、PA612、PA11、HDPE等，起阻隔氢气的作用；

（2）中间层：是比较厚的耐压层，材料是CFRP碳纤维增强复合材料，由碳纤维和环氧树脂构成，在保证耐压等级的前提下，尽量减小该层厚度以提高储氢效率；

（3）表层：最外层是表面保护层，厚度约为2~3mm，材料是GFRP玻纤增强复合材料，由玻璃纤维和环氧树脂构成。

塑料内胆的全复合材料气瓶( Ⅳ型瓶) ，采用高分子材料做内胆，碳纤维复合材料缠绕作为承力层，储氢质量比可达6%以上，最高能达到7%，进而成本可以进一步降低。

IV型储氢瓶纤维缠绕成型工艺

碳纤维缠绕成型工艺可分为湿法缠绕和干法缠绕，其中湿法缠绕由于其成本较低、工艺性好，因此应用较为广泛，湿法缠绕设备主要包括纤维架、张力控制设备、浸胶槽、吐丝嘴以及旋转芯模结构。国际上较先进的六维缠绕技术能够很好地控制纤维走向，实现环向缠绕、旋向缠绕以及平面缠绕相结合。实际生产中多采用旋向缠绕与环向缠绕相结合的方式，环向缠绕可消除气瓶受内压而产生的环向应力，旋向缠绕可提供纵向应力，提升气瓶整体性能。

纤维缠绕层的设计需要考虑纤维的各向异性，根据其结构要求，通常采用层板理论和网格理论来计算容器封头、内衬、纤维缠绕层的应力分布情况，进而确定缠绕工艺中张力选择与线型分布。通过环向缠绕与旋向缠绕交替进行实现多层次结构，选择适当纤维堆叠面积和纵向缠绕角度与旋向缠绕线型，不仅满足强度要求，同时使封头处能够合理铺覆。

自主创新：突破IV型储氢气瓶技术壁垒

苏州中材科技始终秉持“科技创新，止于至善”的研发理念，坚持全面自主创新，打造自主知识产权，提升核心竞争能力。

严谨的研发理念

苏州中材科技科研团队以严谨细致的态度，从原材料选型、塑料内胆成型路线、密封结构设计，到缠绕成型工艺、安全性能评价，均对标国际一流企业，潜心研究，全面攻克了全链条技术壁垒；基于IV型储氢气瓶的氢环境测试局限性，与国内外多家实验室和检测机构合作，开展全方位系列测试评价，积累了翔实的技术数据，为国内IV型储氢气瓶工艺技术进步及相关标准的制定提供了重要支撑。

精细的生产工艺

70MPa-IV型储氢气瓶作为复合材料压力容器领域技术难度最高的产品之一，控制点复杂、技术要求极高，公司研发团队以精益求精的态度不断打造高端精细化生产工艺。针对IV型储氢气瓶塑料材料成型特性，研发团队提出设备自主设计、联合开发的思路，历经一年的深入钻研、反复试验，开发出首台套塑料内胆焊接设备、加热模具及定位装置，研究出一套关键技术参数控制指标，得出“注塑+焊接”工艺的最优解。

在塑料焊接内胆尚未形成成熟的无损检测规范的情况下，研发团队积极同国内外知名高校合作，共同开发出可视化超声在线检测系统，建立了塑料内胆焊接无损检测和评价方法，实现了高灵敏度、高效率、高精准度的可视化焊接缺陷探测。

核心材料的国产化

产品成本是制约储氢气瓶产业化发展的关键因素之一，而碳纤维复合材料占成本比达到70%以上。苏州中材科技将碳纤维国产化作为攻关重点，从复丝强度测试，到树脂配方调控、过纱路径优化，再到铺层结构设计，经过大量测试验证，成功攻关解决了国产碳纤维和树脂的匹配性、强度转化率等关键问题，成为国内实现T700、T800级国产碳纤维在储氢气瓶上应用的企业。

文章来源： 中国建材报，中材科技（苏州），前沿科技FrontierTec