[0001] 本发明涉及氢气输送用柔性复合管制造领域，具体地说，涉及一种氢气输送用柔性复合管及其制备方法。

[0002] 由于海上风电行业发展，海上风电规模逐步扩大，储能要求日益增加，未来在海上风电与电网合并存在一定的兼容性问题。海上储能最有效的手段是将电能转化为化学能，而海上材料最常见的就是水，电解水制氢也是低碳行业发展的未来趋势。而如何将氢气由海上输送陆地是本行业急需解决的技术问题。

[0003] 在气体运输中，多用钢管或塑料管，但钢管或塑料管并不适用于海上氢气运输。首先，海上氢气输送距离长，压力高，传统塑料管道压力不够，塑料材料对于氢气的渗透率远远高于钢管，不适用氢气运输。其次，由于氢气分子体积小，对金属渗透后，会造成金属的应力腐蚀，传统金属管道尤其是高压管道需要采用高强度钢材，在氢气渗透后更会发生应力开裂破坏。同时，海上风电单个平台制氢气量小，全部采用钢管铺设成本高昂，如果能采用连续管铺设将助力行业发展。也有技术在钢管上开通排气管道对渗透的氢气进行排放，但这些渗透的氢气仍然会造成金属的应力腐蚀，同时长距离铺设的成本也高昂。

[0021] 现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。

[0022] 在本发明的实施例中，提供了一种氢气输送用柔性复合管，适用于氢气这一高渗透性气体输送。

[0023] 如图1中所示，在本发明的实施例中，复合管包括输送氢气的介质输送层1、排出渗透出氢气的螺旋排气层2、阻隔层3、吸收渗透出氢气的吸附层4。

[0024] 介质输送层1为输送氢气的内层，可以为多层结构，为了保证柔性可盘卷，优选为聚合物挤出层。

[0025] 聚合物挤出层由热塑性树脂制成。优选为低渗透材料尼龙12或聚乙烯的混配料挤出加工而成。尼龙12化学俗称聚十二内酰胺、PA12，是从丁二烯线性，半结晶‑结晶热塑性材料。生产使用的聚乙烯原料使用聚乙烯基础树脂添加染色剂或者直接使用化工厂已经添加了染色剂和其他添加剂的原料。这种已经添加好的原料就是叫做混配料，性能要好，价格相对也贵。

[0026] 介质输送层1中优选也可以增加EVOH阻隔层，采用三层或五层共挤结构。乙烯‑乙烯醇共聚物(EVOH)将乙烯聚合物的加工性和乙烯醇聚合物的阻隔作用相结合，乙烯‑乙烯醇共聚物不仅表现出极好的加工性能，而且也对气体、气味、香料、溶剂等呈现出优异的阻断作用。

[0027] 其中，三层共挤结构优选由内至外分别为EVOH阻隔层，胶黏剂层，聚合物挤出层。

[0028] 五层共挤结构优选由内至外分别为聚合物挤出层、胶黏剂层、EVOH阻隔层、胶黏剂层、聚合物挤出层。

[0029] 另如图1中所示，在本发明的实施例中，螺旋排气层2即通过螺旋缠绕形成排气通道的层。为了保证柔性可盘卷，优选为聚合物排气层。

[0030] 优选聚合物排气层通过预浸带在介质输送层1上螺旋缠绕形成，螺旋缠绕的相邻的两根预浸带之间的间隙为1～10mm。

[0031] 预浸带中预是预先的意思，浸是浸润的意思，带是带状。预浸带可以解释为预先浸润的带状材料。本发明实施例中的预浸带优选为树脂预浸带。根据浸润的树脂材料类型，可以将预浸带分为热塑性预浸带和热固性预浸带。此外，碳纤维复合材料属于复合材料中的一种，通常以带状的形式存在，因此碳纤维复合材料通常也可被称之预浸带。本发明实施例中也可采用碳纤维树脂复合材料预浸带。

[0032] 此外，如图1中所示，在本发明的实施例中，螺旋排气层2上还依次设有阻隔层3、吸附层4。

[0033] 阻隔层3既可用于阻隔氢气渗透，也可用于区分螺旋排气层2和吸附层4。为了整体柔性且利于熔融加工，阻隔层3的材料优选也为非金属的聚合物材料，并优选为尼龙12、EVOH树脂。阻隔层3通过聚合物材料挤出加工而成。并优选阻隔层3材料的渗透率低于介质输送层1材料的渗透率，阻隔气体通道中的气体径向渗透。

[0034] 另外，如图1中所示，在本发明的实施例中，吸附层4设于阻隔层3上。吸附层4由吸附材料制成，通过熔融加工与阻隔层3形成整体。当氢气从输送内部渗透出时，吸附层4的吸附材料能够吸收渗透出的氢气。

[0035] 本发明实施例的重点是解决海水制氢的压力输送管道问题，管道同时受到氢气内压及海水外压的问题。因此，本发明实施例的整根管路的每层通过聚合物加热熔融为整体。此时，可以将管道切面理解为混泥土结构中的砂石嵌入，而不是简单的三明治夹层方式。加热熔融为整体可以有效解决压力输送管道问题。特别是对于吸附层4而言，吸附层4通过加热熔融的方式与阻隔层3粘接为一个整体。嵌入式的吸附材料受到周围聚合物包裹的作用，聚合物提供了在管道同时受内外压挤压下对吸附材料的支撑保护作用。更重要的是整个管道通过聚合物融成整体后，环形的刚度会大大提升，能够有效的防止海水对管道的压溃，可以实现管道输送氢气的超低渗透，实现长距离可盘卷的氢气输送用柔性复合管，可以有效解决长距离海上氢气输送的问题，实现高压力低渗透的安全性输送。

[0036] 同时，由于氢气分子具有很强的渗透性，虽然整个管道、吸附材料与聚合物熔融在一起，但氢气仍然会穿过输送内部的聚合物到达排气层、吸附层并被排出、吸附。

[0037] 本发明实施例的氢气输送用柔性复合管，通过柔性材料制备的输送层、排气层、吸附层等，渗透的氢气通过排气、吸附，可实现长距离、可盘卷、环形刚度可靠的氢气输送用柔性复合管，可以有效解决长距离海上氢气输送的问题，实现高压力低渗透的安全性输送。

[0038] 如图1中所示，在本发明的实施例中，优选螺旋排气层2为聚合物排气层，通过预浸带螺旋缠绕形成。并优选预浸带由热固性树脂制成，进一步的，优选由碳纤维增强热固性树脂制成。

[0039] 此外，优选聚合物排气层采用树脂预浸固化工艺，通过环氧树脂或酚醛树脂先制备单向纤维预浸带。树脂预浸带在常温时不固化，在80℃以上才能进行固化，预留了将纤维预浸带缠绕加工的时间。

[0040] 另外，优选制成预浸带的树脂为酸酐和环氧树脂的缩合物或中温高分子聚酰胺。

[0041] 同时，在本发明的实施例中，由于极性和非极性材料，常规的环氧树脂和介质输送层1的聚乙烯是不粘接的。优选通过外表面电处理的工艺后浸上浆液的方式将聚乙烯表面活化，然后再缠绕预浸带，通过加热，使预浸带固化的同时实现预浸带和内层聚乙烯表面粘接。

[0042] 应当指出的是，在本发明的实施例中，“上”指的是管的内外结构的“外”，即在外层。

[0043] 另外，优选聚合物排气层可以为1层，也可以为多层。并优选聚合物排气层的缠绕角度为35～90°，即缠绕角度与延伸方向之间的夹角呈35‑90°。

[0044] 此外，还优选聚合物排气层通过多层预浸带螺旋缠绕形成互锁结构，优选为Z型互锁结构(即类似于两个S形首尾相接相互勾连)或C型互锁结构(即两个C形一正一反首尾相接相互勾连)形成的抗外压结构，互锁或缠绕的螺旋角度为65～90°。

[0045] 另如图1中所示，在本发明的实施例中，优选吸附层4的吸附材料为多孔材料制备的片材。吸附层4由片材单向螺旋缠绕制成。缠绕角度为35‑90°，即缠绕角度与延伸方向之间的夹角呈35‑90°。

[0046] 另外，在本发明的实施例中，优选吸附层4的吸附材料为多孔材料与聚合物材料共混制备。吸附层4由吸附材料挤出后加热熔融制成。将多孔材料与聚合物材料共混为均匀材料，并优选多孔材料混合比例为5～30wt％。

[0047] 此外，并优选多孔材料可以是活性炭、超交联聚合物、多孔分子筛、碳纳米管等材料。通过静电吸附、树脂吸附固化或织布等方式制备成片材或进行共混。

[0048] 如图1中所示，在本发明的实施例中，优选吸附层4的外层还设有结构增强层6。吸附层4和结构增强层6之间还设有隔阻层5。

[0049] 隔阻层5既可用于阻隔氢气渗透，也可用于区分吸附层4和结构增强层6。为了整体柔性且利于熔融加工，隔阻层5的材料优选也为非金属的聚合物材料，并优选为尼龙12、EVOH树脂。隔阻层5通过聚合物材料挤出加工而成。并优选隔阻层5材料的渗透率低于介质输送层1材料的渗透率，阻隔气体通道中的气体径向渗透。

[0050] 优选结构增强层6由预浸带螺旋缠绕形成，预浸带间不留有间隙。并优选预浸带由碳纤维增强热固性树脂制成，通过热熔加热的方式粘接为整体，提供管道的承压、抗拉、辅助抗外压等功能。

[0051] 用于静态使用的管道，结构增强层6优选为预浸带通过平衡角54～55°螺旋缠绕，即缠绕角度相对于延伸方向呈54～55°。

[0052] 用于动态使用的管道，结构增强层6优选包括承压铠装层和抗拉铠装层，承压铠装层由预浸带通过平衡角55～90°螺旋缠绕制成，抗拉铠装层由预浸带通过平衡角25～50°螺旋缠绕制成。

[0053] 另外，如图1中所示，在本发明的实施例中，优选结构增强层6的外层还设有外保护层7，用于管道的外层防护，优选为聚合物挤出后加热熔融形成。

[0054] 如图1中所示，在本发明的实施例中，提供了一种氢气输送用柔性复合管的制备方法：包括以下步骤：

[0055] 步骤1，通过热塑性树脂挤出加工制备聚合物挤出层，形成介质输送层1；

[0056] 步骤2，通过外表面电处理的工艺后浸上浆液的方式将聚合物挤出层表面活化；

[0057] 步骤3，通过预浸带在聚合物挤出层上螺旋缠绕制备聚合物排气层，形成螺旋排气层2，两根预浸带之间的间隙为1～10mm；

[0058] 步骤4，在聚合物排气层上依次制备阻隔层3、吸附层4、隔阻层5、结构增强层6、外保护层7，并通过加热熔融的方式将各层粘接为一个整体。

[0059] 综上，本发明的实施例通过柔性材料制备的输送层、排气层、吸附层等，可实现长距离、可盘卷、可排气、环形刚度可靠的氢气输送用柔性复合管，可以有效解决长距离海上氢气输送的问题，实现高压力低渗透的安全性输送。

[0060] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。