Composite Pressure Vessel for Natural Gas Vehicle by Filament Winding

필라멘트 와인딩 공정에 의한 천연가스 차량용 복합재료 압력용기

Composite pressure vessels with HDPE (high density polyethlyne) liner with metal boss at each end were developed by Filament Winding Process. The vessel is composed of a dome-shaped part at each end and a cylinder-shaped part at the middle of the vessel. The environmental tests carried out for possible vessel materials such as High Density Polyethlyn (HDPE), resins and reinforcing fibers up to a year showed no significant damages. The boss was designed to minimize the gas leak which was verified by FEM analysis. Most ideal fiber tension was obtained by experimental method and the fiber volume fraction, $\textrm{V}_{f}$, obtained by image analyzer were 55.4 % in cylinder and 55.6 % in dome parts, respectively. Winding pattern is programmed to control the composite thickness in the dome areas such that the failure of the vessel may occur in the cylinder. During the cure, the vessel was rotated and a constant internal pressure of 0.62 bar was applied. From this, the vessel's burst pressure is improved by 28 %. The burst and fatigue tests for under-wound and fully wound vessel showed satisfactory results.

HDPE (high density polyethlyne) 라이너와 금속 boss를 가진 복합재료 압력용기가 필라멘트 와인딩 공정에 의해 개발되었다. 이 용기의 끝 부위는 dome-shape 부위 그리고 용기의 중앙부는 cylinder-shape로 형성되었다. 용기를 구성하는 재료인 HDPE, 수지 그리고 강화섬유와 같은 용기재료에 대해 환경실험이 1년 이상 실행되었다 Boss 설계는 FEM 해석으로 가스 누출을 최대한 방지해 주는 것으로 확인되었다. 실험적인 방법에 의해 가장 이상적인 fiber tension이 얻어졌고, image analyzer에 의해 측정된 섬유의 체적율, $\textrm{V}_{f}$,는 실린더에서 55.4 %, dome part에서 55.6 % 이었다. Winding pattern은 용기의 파괴가 실린더 부위에서 일어나도록 dome 부위의 복합재료 두께조절을 하도록 프로그램 되었다 경화 중 용기는 돌려졌었고 고정 내부압력 0.62 bar를 가함으로서 최종용기의 파괴압력이 28 % 향상되었다. Under-wound, fully wound된 용기의 파괴 및 피로시험결과를 충족하였다.