火焰冲击下碳纤维/环氧树脂复合材料储氢罐的热损伤演化机制研究

本文通过实验室尺度火焰实验结合X射线断层扫描，揭示了碳纤维/环氧树脂（CF/EP）复合材料在火焰冲击下的热障形成机制与损伤演化规律。研究发现，热流密度升高使热解层厚度从2.74 mm增至3.64 mm，碳化层与分层结构构成的复合热障导致背面温度呈现"升温-降温-准稳态"三阶段特征。在30/50/100 kW/m2热流下，正背面温差分别达441/467/531°C，内部依次形成孔隙网络、大孔洞和分层结构。该研究为储氢罐（HSTs）防火设计提供了关键理论支撑。

　　

Highlight

本研究通过实验室尺度火焰冲击实验，结合X射线断层扫描技术，系统研究了碳纤维/环氧树脂（CF/EP）复合材料在储氢罐（HSTs）火灾场景中的热损伤演化机制。

实验装置

实验基于ISO-2685标准改进，采用甲烷燃料的工业级火焰喷射器（流量控制精度±0.01 L/min）。试样安装在带方形通孔的支架上，非测试区域进行隔热处理。

火灾场景下车载储氢罐损伤

以经过火烧试验的III型储氢罐（CHG3-372-53-35 T/A）为参照样本。切割分析显示，缠绕层初始厚度约15 mm，未受损区域保留约10 mm厚度。

结论

1. 1.

   单向火焰暴露下，CF/EP层压板因基体热解和热应力差异形成复合热障（碳化层+分层结构），导致背面温度呈现"上升-下降-准稳态"三阶段特征

2. 2.

   30/50/100 kW/m²热流下，正背面最大温差分别达441/467/531°C

3. 3.

   温度梯度诱导从表及里的特征损伤：孔隙网络→大孔洞→分层结构

4. 4.

   100 kW/m²暴露时，孔隙率呈现55.7%→36.9%→53.4%→2%的异常波动，反映大孔洞形成与材料致密化竞争机制

未引用文献说明

（此处按期刊要求保留未引用文献标注空间）