近日，我院机械制造系氢能储运技术研究团队在复合材料领域权威期刊《Composites Part B: Engineering》（中科院分区1区TOP期刊，IF 14.2），发表题为《Permeability modeling and mechanical performance of multi-ply heterogeneous composites for linerless hydrogen storage tanks》的重要研究成果，构建了面向无内胆液氢储罐的多层异质复合材料结构与渗透率理论模型，为五型储氢气瓶轻量化、防渗漏与低温服役安全提供了理论指导和实验依据。
五型储氢气瓶取消传统金属或聚合物内胆后，碳纤维增强复合材料（CFRP）需要同时承担承压与阻气的功能。然而，在液氢极低温和内压载荷作用下，CFRP内部极易产生微裂纹、纤维/基体脱粘和裂纹扩展等问题，进而显著降低复合材料对氢气的阻隔作用。
针对这一问题，团队提出了一种由CFRP与高密度聚乙烯（HDPE）薄膜交替铺层构成的多层异质复合材料结构，成功阻断低温环境下裂纹的贯通扩展路径。同时，团队基于溶解—扩散理论建立了气体渗透率计算模型，将CFRP层间微孔/微裂纹影响以及HDPE薄膜结晶度变化纳入修正，实现了微观结构参数与宏观气体阻隔性能之间的定量关联。实验结果表明，当CFRP连续铺层数增加至三层及以上时，能够有效削弱固有微裂纹对气体阻隔性能的不利影响。力学测试结果进一步表明，柔性HDPE层能够有效钝化裂纹尖端、诱导裂纹偏转并耗散塑性变形能，使复合材料由脆性断裂转变为稳定渐进破坏模式，显著提升结构损伤容限。经过500次低温循环后，所构建多层异质复合材料仍能够有效抑制裂纹贯通和渗透率上升。
论文第一作者为机械工程学院硕士一年级的雷林，共同一作为严岩，通讯作者为张加俏（博士后，合作导师倪中华）。上述研究工作得到了江苏省前沿技术研发计划项目（No. BF2024020）以及空天飞行技术全国重点实验室开放基金项目（No. 20240277）的资助。
论文链接：10.1016/j.compositesb.2026.113743
供稿人：严岩
审核人：刘晓军
