轻量化技术能够减轻结构重量、节约燃料和提高有效载荷,在工业中有着越来越广泛的应用,是当今一个十分重要的研究趋势,因此很多研究者将研究目光放在了压力容器轻量化这一课题上,尤其是研究以塑料为内衬的Ⅳ型压力容器。本课题计划研究聚乙烯内衬,这种压力容器虽然质量较轻,但是却有以下缺点:首先,聚乙烯塑料为难粘接塑料,表面呈化学惰性,与碳纤维复合材料之间的界面结合状况远不如金属与复合材料之间的结合状况,导致压力容器纤维层难以起到承力作用;其次,聚乙烯及其复合材料对气体的阻隔性相关研究较少,需要深入研究塑料内衬层能否在一定压力下对渗透气体的运动进行阻隔,并分析气体分子在材料内的运动机制。综合以上两点,本课题主要研究内容如下。首先,本文通过液相氧化法与等离子体刻蚀法对高密度聚乙烯板表面进行处理,并对改性前后的材料表面进行表征。通过扫描电子显微镜SEM观察处理前后聚乙烯的表面形貌;傅立叶红外光谱FTIR分析材料表面可能存在的官能团;接触角实验观察材料表面润湿性的改变;拉伸剪切试验测试改性前后聚乙烯与碳纤维板之间的界面剪切力。其次,通过Materials studio 2018软件模拟氦气在不同状态下聚乙烯的渗透系数与运动轨迹,运用蒙特卡洛MC法与分子动力学MD法分别得到其溶解度系数及扩散系数,并绘制分子运动轨迹。通过该模拟从微观角度分析气体分子在聚乙烯内的运动机理,探究石墨烯填料及气体压力对聚乙烯气体阻隔性的影响。最后,设计了一种氦检漏装置,该装置可以连接气瓶和氦检漏仪,测试夹持在装置中间的聚乙烯/碳纤维试样在气体工作压力下的气密性情况。采用T-700碳纤维与E-51环氧树脂所做的碳纤维板,表面改性高密度聚乙烯,以及环氧树脂胶粘剂制作检漏试样,并进行氦检漏实验。结合组内已研究的石墨烯/聚乙烯复合材料,研究在聚乙烯中添加不同含量石墨烯对材料气体阻隔性的影响;并且研究在不同压力下,聚乙烯对氦气的渗透系数的变化。与上述模拟结果作对比,分析实验值与模拟值之间的异同。