复合材料气瓶的结构、性能和应用研究
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种 生产 工艺 。 ３ 国 内外 复合材 料气 瓶 的应用 进展
３ １ 国外研 究进展 ．
金 、 洋开 发等领 域普 遍采 用 的一种 重要 设备 ， 海 以往 大多采 用金 属 材 料 加 工 制 造 ， 钢 瓶 、 合 金 气 瓶 如 钛
等 。为 了最大 限度 地 减轻 气 瓶 质 量 ， 技 人 员 开 科
负式 呼吸 器 、 型 呼 吸 器 以及 逃 生 用 的呼 吸 面 具 ； 小
气 瓶 的研 制 己经 有 ５ ０多年 的历 史 ， 国外对 复合
材 料气 瓶 的研 究 最 早 开始 于 ２ ０世 纪 ５ ６ Ｏ～ ０年 代 ，
主要用 于 国防和 航空 、 航天 领域 ， 军用 飞机 喷射 系 如 统 ， 急动力 系统 和 发 动 机重 新 启 动 应 用 系 统使 用 紧
公 司 ， 国 Ｂｕ ｓｉ 美 ｒｎｗｃ 工 企 业 等 。他 们 利 用 自身 ｋ军
的设备 、 术 、 才 及 军 工生 产 方 面 的经 验 和 优势 ， 技 人
试 图在 气瓶 的开 发 生 产 中 占有 一 席 之 地 ， 疑 这 将 无
复合 材料 气瓶 的成 型包 括 内衬 的制造 和纤 维增
数 才 能保 证其 可靠 性 。
合材 料气 瓶为 例 ， 明其 制 造 工艺 ， 图 ｌ 示 。内 说 如 所 衬 的制造 主要 包括 金属 板热 压 、 伸 、 拉 旋压 、 热处 理 、
后加 工 、 检验 等工 序 ， 以 参 照 Ｇ ／ １４ ２ ０ 可 Ｂ Ｔ １６ ０— ０ １
外 技术 力 量 雄 厚 的 纤 维 缠 绕 大 公 司 投 入 力 量 来 开 发， 如美 国著名 的火 箭及 纤 维 缠绕 壳 体 公 司 Ｔ ｉ ｏ ｈｏ ｌ ｋ
寿命 长 、 定性 高及 质量 轻 等优点 ， 稳 目前 在碳 纤 维缠
绕气 瓶 中得到 了广 泛 的应用 。
２ 复合材 料气 瓶 的成型 工 艺
始 将金 属气 瓶转 为纤 维缠 绕 的复合 材料 气瓶 Ｊ 。
１ 复 合材 料气 瓶 的分类
复 合 材 料气 瓶 一 般 采用 两 种 分类 方 法 ， 是 按 一 照应用 领 域 分 为 ： １ 作 为 天 然气 燃 料 汽 车 的压 缩 （） 天然气 （ Ｎ 贮 罐 ； ２ 应 用 于 呼 吸器 系统 ， 括 背 Ｃ Ｇ） （） 包
系统 的压力 源 。
料 内胆缠 绕气 瓶 ； 可按 增 强 材 料 分 为 高强 玻 璃 纤 还 维缠绕 气 瓶 、 纤 维缠绕 气瓶 、 碳 芳纶 纤 维缠绕 气瓶 。
由于 铝 内胆具 有密 封性 好 、 疲 劳能力 强 、 抗 循环
制 造 复 合材 料 气 瓶是 一 项 高 技术 ， 吸 引 了国 它
《 合金 无 缝 气 瓶 》 准 。纤 维缠 绕 成 型 工 艺 是 指 铝 标 采 用连续 纤 维经 过树 脂 浸 胶 或 采用 预浸 胶 纤 维 ， 按 照一 定 的规律 缠 绕 到芯 模 上 ， 后 在 加热 或 常温 下 然 固化 ， 照一 定条 件 的修整 ， 按 制成 一定 形状 制 品的一
却受 到 限制 。
盏
ｖ
皇 ．． 互 ．． － ．＝ ．
ｌ －
＿＿一 －
２ ０世 纪 ７ ０年 代 ， 复合 材 料 气 瓶 在 商 用 系统 中
的应 用大 大增 加 ， 璃纤 维 和芳纶纤 维 缠绕 于 铝 内 玻
固化 自紧水 压试验 气密 性试 验 最 终检 验
图 １ 铝内胆碳纤 维缠绕 复合材料气瓶制造工艺
强复 合材 料层 缠绕 成 型 。现 以铝 内胆 碳纤 维缠 绕复
推动气 瓶 制造技 术快 速发 展 ＿ 。 ６ 早 期 的复合 材料 气瓶 采用 玻璃 纤维 浸渍 环 氧树 脂 缠绕 于 橡胶 内胆上 ， 然其 质量 比钢 质气瓶 轻 ， 虽 但 由于玻 璃 纤 维 复 合 材 料 的 强度 及 静 态 疲 劳 寿命 较 低 ， 体渗 透率较 大 ， 气 设计 时需 要采 用较 高 的安全 系
收 稿 日期 ：０ １０ —５ ２ １—５１
冯 刚 ， ： 材料气瓶 的结 构 、 能和应用研 究 等 复合 性
５ １
胆或 钢 内胆 上 ＂ ， 于 消 防呼 吸 器 和 民用 飞 机 滑 梯 ｊ用
பைடு நூலகம்摘要
对 复合 材料 气瓶 的 成 型 工 艺进 行 介 绍 ， 述 了国 内外 复 合 气瓶 的 应 用 进 展 ， 介 绍 了复 合 材 料 气 瓶 的 结 阐 并
构和 性 能研 究 。
关键 词
复 合 材料
气瓶
结构
有 限元 分 析
压 力 容 器是 化 工 、 械 、 子 能 、 工 、 天 、 机 原 轻 航 冶
５ ０
工 程 塑料 应 用
２１ ０ １年 ， ３ 第 ９卷 ， ７期 第
复合 材 料 气 瓶 的 结构 、 能和 应 用研 究 性
冯 刚
（ 浙江工业职业技 术学院， 绍兴
徐 开 杰
３２ ０ ） （ １０ ０ 山东省塑料研究开发中心 ， 济南
周 才 根
２ ００ ） （ ５０ ２ 浙江凯达机床股份有限公 司 ， 绍兴 ３ ２４ ） １０ １
＿
铝 管
＿霉
旋压 收 口
旋压 收 口碾薄
＿ 豳
热
２ ０世 纪 ６ ０年 代 ， 合 材 料 气 瓶 中开 始 使 用 金 复
属 内胆 。如果 内胆 足 够 厚 ， 许 纤 维 全缠 绕 或 环 向 允 缠绕增 强 ， 么采 用金 属 内胆 的 复 合 气瓶 渗 透 率 要 那 比采 用橡 胶 内胆 的气 瓶 低 得 多 ， 前 者 的疲 劳 寿命 但
（） ３ 应用 于航 空 或航 海 ， 要包 括逃 生 滑 梯 冲 气 装 主 置和航 空 吸 氧 装 置 。二 是 按 内胆 材 料 和 增 强 材 料 分类 ： 内胆 材 料 可分 为 金 属 内胆缠 绕 气 瓶 和 塑 按
的复合 材料 气瓶 ， 以及 航 空试 验 室 的氧 气 罐 和 导 弹
３ １ 国外研 究进展 ．
金 、 洋开 发等领 域普 遍采 用 的一种 重要 设备 ， 海 以往 大多采 用金 属 材 料 加 工 制 造 ， 钢 瓶 、 合 金 气 瓶 如 钛
等 。为 了最大 限度 地 减轻 气 瓶 质 量 ， 技 人 员 开 科
负式 呼吸 器 、 型 呼 吸 器 以及 逃 生 用 的呼 吸 面 具 ； 小
气 瓶 的研 制 己经 有 ５ ０多年 的历 史 ， 国外对 复合
材 料气 瓶 的研 究 最 早 开始 于 ２ ０世 纪 ５ ６ Ｏ～ ０年 代 ，
主要用 于 国防和 航空 、 航天 领域 ， 军用 飞机 喷射 系 如 统 ， 急动力 系统 和 发 动 机重 新 启 动 应 用 系 统使 用 紧
公 司 ， 国 Ｂｕ ｓｉ 美 ｒｎｗｃ 工 企 业 等 。他 们 利 用 自身 ｋ军
的设备 、 术 、 才 及 军 工生 产 方 面 的经 验 和 优势 ， 技 人
试 图在 气瓶 的开 发 生 产 中 占有 一 席 之 地 ， 疑 这 将 无
复合 材料 气瓶 的成 型包 括 内衬 的制造 和纤 维增
数 才 能保 证其 可靠 性 。
合材 料气 瓶为 例 ， 明其 制 造 工艺 ， 图 ｌ 示 。内 说 如 所 衬 的制造 主要 包括 金属 板热 压 、 伸 、 拉 旋压 、 热处 理 、
后加 工 、 检验 等工 序 ， 以 参 照 Ｇ ／ １４ ２ ０ 可 Ｂ Ｔ １６ ０— ０ １
外 技术 力 量 雄 厚 的 纤 维 缠 绕 大 公 司 投 入 力 量 来 开 发， 如美 国著名 的火 箭及 纤 维 缠绕 壳 体 公 司 Ｔ ｉ ｏ ｈｏ ｌ ｋ
寿命 长 、 定性 高及 质量 轻 等优点 ， 稳 目前 在碳 纤 维缠
绕气 瓶 中得到 了广 泛 的应用 。
２ 复合材 料气 瓶 的成型 工 艺
始 将金 属气 瓶转 为纤 维缠 绕 的复合 材料 气瓶 Ｊ 。
１ 复 合材 料气 瓶 的分类
复 合 材 料气 瓶 一 般 采用 两 种 分类 方 法 ， 是 按 一 照应用 领 域 分 为 ： １ 作 为 天 然气 燃 料 汽 车 的压 缩 （） 天然气 （ Ｎ 贮 罐 ； ２ 应 用 于 呼 吸器 系统 ， 括 背 Ｃ Ｇ） （） 包
系统 的压力 源 。
料 内胆缠 绕气 瓶 ； 可按 增 强 材 料 分 为 高强 玻 璃 纤 还 维缠绕 气 瓶 、 纤 维缠绕 气瓶 、 碳 芳纶 纤 维缠绕 气瓶 。
由于 铝 内胆具 有密 封性 好 、 疲 劳能力 强 、 抗 循环
制 造 复 合材 料 气 瓶是 一 项 高 技术 ， 吸 引 了国 它
《 合金 无 缝 气 瓶 》 准 。纤 维缠 绕 成 型 工 艺 是 指 铝 标 采 用连续 纤 维经 过树 脂 浸 胶 或 采用 预浸 胶 纤 维 ， 按 照一 定 的规律 缠 绕 到芯 模 上 ， 后 在 加热 或 常温 下 然 固化 ， 照一 定条 件 的修整 ， 按 制成 一定 形状 制 品的一
却受 到 限制 。
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＿＿一 －
２ ０世 纪 ７ ０年 代 ， 复合 材 料 气 瓶 在 商 用 系统 中
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固化 自紧水 压试验 气密 性试 验 最 终检 验
图 １ 铝内胆碳纤 维缠绕 复合材料气瓶制造工艺
强复 合材 料层 缠绕 成 型 。现 以铝 内胆 碳纤 维缠 绕复
推动气 瓶 制造技 术快 速发 展 ＿ 。 ６ 早 期 的复合 材料 气瓶 采用 玻璃 纤维 浸渍 环 氧树 脂 缠绕 于 橡胶 内胆上 ， 然其 质量 比钢 质气瓶 轻 ， 虽 但 由于玻 璃 纤 维 复 合 材 料 的 强度 及 静 态 疲 劳 寿命 较 低 ， 体渗 透率较 大 ， 气 设计 时需 要采 用较 高 的安全 系
收 稿 日期 ：０ １０ —５ ２ １—５１
冯 刚 ， ： 材料气瓶 的结 构 、 能和应用研 究 等 复合 性
５ １
胆或 钢 内胆 上 ＂ ， 于 消 防呼 吸 器 和 民用 飞 机 滑 梯 ｊ用
பைடு நூலகம்摘要
对 复合 材料 气瓶 的 成 型 工 艺进 行 介 绍 ， 述 了国 内外 复 合 气瓶 的 应 用 进 展 ， 介 绍 了复 合 材 料 气 瓶 的 结 阐 并
构和 性 能研 究 。
关键 词
复 合 材料
气瓶
结构
有 限元 分 析
压 力 容 器是 化 工 、 械 、 子 能 、 工 、 天 、 机 原 轻 航 冶
５ ０
工 程 塑料 应 用
２１ ０ １年 ， ３ 第 ９卷 ， ７期 第
复合 材 料 气 瓶 的 结构 、 能和 应 用研 究 性
冯 刚
（ 浙江工业职业技 术学院， 绍兴
徐 开 杰
３２ ０ ） （ １０ ０ 山东省塑料研究开发中心 ， 济南
周 才 根
２ ００ ） （ ５０ ２ 浙江凯达机床股份有限公 司 ， 绍兴 ３ ２４ ） １０ １
＿
铝 管
＿霉
旋压 收 口
旋压 收 口碾薄
＿ 豳
热
２ ０世 纪 ６ ０年 代 ， 合 材 料 气 瓶 中开 始 使 用 金 复
属 内胆 。如果 内胆 足 够 厚 ， 许 纤 维 全缠 绕 或 环 向 允 缠绕增 强 ， 么采 用金 属 内胆 的 复 合 气瓶 渗 透 率 要 那 比采 用橡 胶 内胆 的气 瓶 低 得 多 ， 前 者 的疲 劳 寿命 但
（） ３ 应用 于航 空 或航 海 ， 要包 括逃 生 滑 梯 冲 气 装 主 置和航 空 吸 氧 装 置 。二 是 按 内胆 材 料 和 增 强 材 料 分类 ： 内胆 材 料 可分 为 金 属 内胆缠 绕 气 瓶 和 塑 按
的复合 材料 气瓶 ， 以及 航 空试 验 室 的氧 气 罐 和 导 弹