纤维缠绕复合材料气瓶的发展及其标准情况

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1、技术综述纤维缠绕复合材料气瓶的发展及其标准情况周海成，阮海东（中国通用石化机械工程公司，北京!"""#"）摘要：纤维缠绕复合材料气瓶用于呼吸器、车用压缩天然气燃料气瓶及航空航天等领域。本文对复合材料气瓶的发展、标准进展情况以及其关键技术和型式试验等问题作了全面介绍。关键词：复合气瓶；压缩天然气车用燃料气瓶；全缠绕气瓶；环缠绕气瓶中图分类号：$%"#"&’；$%"#(&)文献标识码：*文章编号：!""!+’,(（-)""’）".+""()+"#!"#"$%&’"()%*+,$-’"().%/(01%’&%2,)"3-214$,(0"5-

2、(06)27)-(0-501%(0,),%(89:;9-,+<="(>，?;@A9-,+0%(>（/0123435162378929:37;3<0129:=>2?1299:12?/6:@A，*91B12?!"""#"，/0123）@B2)5-<)：C173D925E6F2G<6D@6H159?3H<=712G9:H3:9E1G97=FH9G12:9H@1:356:，<6D@:9HH9G235F:37?3HI901<79JF97<=712G9:H32G509J197GH6J39:6H@3<9，9537A$09G9I976@D9256J<

3、6D@6H159?3H<=712G9:H，@:6?:9HH6J15HH532G3:G，K9=59<02676?=32G5095=@93@@:6I3759H5E9:9125:6GF<9GAC"4D%502：<6D@6H159?3H<=712G9:H；<6D@:9HH9G235F:37?3HI901<79JF97<=712G9:H；JF77E:3@@9G<=712G9:H；066@E:3@@9G<=712G9:H胆上环缠绕和全缠绕纤维材料组合结构的缠绕气!引言瓶，即复合材料气瓶。复合材料缠绕气瓶目前主要在压力容器中，中低压容器一般以板焊结

4、构为应用于呼吸器（如消防呼吸系统、登山、老人及病人主，而高压容器则出现多种结构：单层结构有整体锻吸氧、航空及航天系统等）及车用压缩天然气燃料气造式、锻焊式、厚板卷焊式、电渣重熔式；多层结构有瓶两大领域，也可用于某些压缩气体和液化气体及层板包扎式、螺旋包扎式、热套式、整体包扎多层式；其混合物。现就纤维缠绕复合气瓶的发展及其标准缠绕结构有绕丝式、绕板式、扁平钢带倾角错绕式和的有关情况作一简要说明。型槽绕带式。但这些结构都是指金属材料而言，单)纤维缠绕复合材料气瓶的发展及其标准情况台压力容器重量根据容积大小和压力高低，最重的甚至可达数千吨。

5、而高压气瓶过去制造和使用的主)&!复合材料气瓶的发展要是金属材料即钢质和铝质的，按制造方法分有冲复合材料气瓶的发展始于)"世纪#"年代，是拔拉伸（>法）、管材收口（;法）以及冲压拉伸（/基于火箭发动机复合材料机壳技术。早期的复合气法）等。随着材料科学和制造工艺技术的进步，由于瓶是用玻纤浸渍环氧树脂缠绕于橡胶内胆上，虽然气瓶为移动式容器，为了减轻气瓶的重量，同时又能其重量比钢质轻，但由于玻纤较低的抗应力断裂及承受较高的压力，也出现了在金属或非金属材料内静态疲劳能力，以及气体渗透率较大，因此需要采用·()·万方数据第!$卷第)期压力容器总

6、第$:!期较高的安全系数。作压力，在最低设计温度下&"""次疲劳，在最高设!"世纪#"年代开始使用金属内胆，如果内胆计温度下&""""次疲劳。纤维缠绕容器开口在端足够厚，允许纤维全缠绕或环缠绕增强。复合气瓶部，最大工作压力为&""";<（=!"7#09>.），碳纤维和采用金属内胆的渗透率比橡胶内胆的低得多，但内芳纶纤维是以后补上去的，采用和玻纤一样的要求，胆的疲劳寿命却受到限制，薄壁内胆可在$""%$"""安全系数都是’。全缠绕设计一般用非金属内胆，次循环产生开裂到泄漏，而厚壁内胆可在$""""%固定使用（安装于地面或平台），是不移动

7、的，不限制&""""次循环产生泄漏。使用寿命。疲劳试验和爆破试验仅限于试验要求，复合材料容器和气瓶最早于!"世纪’"年代和本规范导致“粗糙”的设计，没有提出在用检验和水#"年代用于国防和航天，这些容器或气瓶用于军用压试验要求。飞机的喷射系统，紧急动力系统和发动机重新启动!7!7!呼吸器应用系统，它们也用于航天试验室的氧气罐和导弹美国于$)(!年开始采用轻质铝瓶，$)(’年研制系统的压力源。每一航天飞机都用一定数量的复合出铝内胆、2玻纤!环氧树脂环缠绕和全缠绕以及铝气瓶作为机舱空气和推进器及控制系统的动力。内胆可夫拉（*+,-./）!环

8、氧树脂环缠绕和全缠绕复合!"世纪("年代，复合气瓶在商用系统大大增气瓶，并于$)(#年被?3@首先批准生产，用于商用加，玻纤和芳纶纤维缠绕于铝内胆或钢内胆上，用于高压气体储存，如消防自给式呼吸气瓶、家用氧气治消防呼吸器和