高氢气气密性的粘土膜树脂复合材料

    日本产业技术综合研究所与九州工业大学及津山工业高等职业学校通过层叠粘土膜“Claist”和碳纤维强化树脂（CFRP），开发出了氢气气密性和耐用性出色的储氢罐复合材料。
    此次开发的复合材料是对粘土膜和CFRP进行层叠后在高温高压下加工而成的，与原来气密层采用铝和高密度树脂时相比，结构更简单、可靠性更高。目前，正在积累基础试验数据，针对材料形变等实施的耐用性试验结果也非常之好。
    该复合材料可以广泛用于飞机和火箭的储氢罐、对存储容器轻量化要求更高的汽车储氢罐、燃料电池容器以及移动式的液态氢存储设备等。由于使用该材料可以减少氢气存储部长期储藏时的气体泄露，因而有利于节能，还有望确立低环境负荷的工艺。
    作为有机高分子材料的树脂容易使氢气透过，因此不能直接用作储氢罐材料。所以，业界一直在尝试贴敷气密层等方法。虽然铝具有气密性好的优点，但却存在容易从复合材料界面上脱落以及其他质量问题。而有机类气密层的氢气气密性又很低。
    日产综研以粘土为主原料，少量添加树脂，开发出了无气孔、厚度均匀的粘土膜Claist。Claist是通过细密地层叠厚度约1nm的粘土结晶而制成的，是一种柔软且耐热性好的气密材料。
    一直利用CFRP来开发储氢罐的九州工业大学及津山工业高等职业学校已开始着手研究这种氢气气密性材料，为开发循环利用型宇宙输送系统的液体储氢罐，双方已开始就该材料与CFRP的复合化展开合作研究。合作研究将在开发使CFRP与粘土膜复合的方法的同时，还将进行氢透过试验以及耐用性试验等多种特性试验。
    此次开发的复合材料在CFRP的半固化片（Prepreg）内夹入粘土膜，经加热、加压、层压制成。每侧分别层叠三层CFRP半固化片，在其中间夹入粘土膜，通过加热加压获得了厚度约1mm的板状试验体。采用0.7MPa氢气的气相色谱分析法对该试验体的氢气气密性进行检测，结果表明其氢气气密性是以往公布的材料的100倍以上。这相当于在长5m、直径1m、压力5MPa的储氢罐中，泄漏量每年只有0.01％。
    观察复合材料的横截面发现，CFRP所含有的环氧树脂侵入CFRP表面的缝隙内，粘土膜层和CFRP层接合良好。经材料的耐久性试验证实，即使反复弯折1万次，或者在-196℃的极低温度下暴露100次，氢气气密性也几乎不会下降。这一结果表明，该材料还有望在极低温及高压力条件下用作储氢罐材料。
    今后，研究人员将进一步实施广泛的性能评价试验，同时将制成容器，检验其性能，并研究对各种用途的适用性。此次的研究成员包括日本产业技术综合研究所紧凑化学工艺研究中心材料研究中心研究组长