为什么储氢气瓶塑料内胆低温下变脆？_疲劳_断裂_裂纹

为什么储氢气瓶塑料内胆低温下变脆？

首先我们先看一下这个低温疲劳下的塑料内胆，它像花一样的开裂了。为什么会这样呢？就是低温下材料变脆了？哪什么因素导致它变脆呢？主要有五点因素，

分子链运动能力下降

塑料由大量高分子链组成，温度较高时，分子链有足够能量进行链段运动、构象转变等。但温度降低，分子链热运动能量不足，链段运动被冻结，变得难以运动和调整构象，致使塑料柔韧性降低、脆性增加。

结晶度变化

许多塑料具有结晶性，低温会促使分子链排列更规整，结晶度提高。结晶区分子链排列紧密、规整，分子间作用力强，链段运动受限，使塑料变硬变脆。如聚乙烯在低温下结晶度增加，脆性明显增大。

分子间作用力增强

低温下，塑料分子间的范德华力等作用力相对增强。分子链被更紧密束缚，难以相对滑动和变形，当受到外力时，分子链难通过运动耗散能量，易发生断裂，导致塑料变脆。

内应力集中

塑料在加工成型过程中会产生内应力，常温下内应力处于相对稳定状态。低温时，塑料弹性模量增加、泊松比减小，内应力更易集中在材料内部缺陷、薄弱部位，当内应力超过材料承受极限，就会引发裂纹扩展，使塑料变脆破裂。

增塑剂等添加剂的影响

增塑剂可增加塑料柔韧性和可塑性，低温时增塑剂在塑料中的溶解性和流动性降低，与聚合物分子的相容性变差，增塑效果减弱，塑料柔韧性降低。若塑料中填充剂等添加剂分散不均匀，低温下也会成为应力集中点，导致塑料变脆。

来源：气瓶设计的小工程师

后台小伙伴的提问：10MPa氢气源，以63Kg/h限制流量放空，用限流孔板，需要多大的孔呢？

收到后台小伙伴的提问：对于这个问题来说其实主要是设计到流体力学的知识，首先我们需要确定氢气的物性参数，其次由于是高压，还需要引入压缩因子。氢气的参数：摩尔质量，假设氢气温度为。高压下，氢气不能视为理想气体，需引入压缩因子。在、时，氢气的压缩因子。根据计算氢气密度，其中，，代入可得。就可以计算出氢气的体积流量，我们知道质量流量是63kg/h,根据，。然后我们应用压缩孔板的流量公式流量系数与孔板的结构、雷诺数等有关，初步假设（实际应用中需根据具体情况修正）。气体膨胀系数与孔板前后的压力比有关（为孔板前压力，为孔板后压力），假设放空到大气压，，，。对于等熵流动，氢气的比热容比，根据膨胀系数公式，计算可得。压力差。将变形为求孔径的公式，把代入可得，进一步变形为。代入数据：，，，，，可得：计算出的孔径1.44mm，如果说引入压缩应子Z，计算的口径会大一些，因此计算中需要引入。关于这些内容，大家可以阅读一下化工原理、工程流体力学和化工工艺设计手册，流体力学有相关的内容。（关于流体力学呢，我之前学的时候还有个很有意思的事情，先看的流体力学，有些内容看不懂，然后我又买了本漫画，图说流体力学，两个结合一起，效果很好）来源：气瓶设计的小工程师