纖維纏繞復合材料氣瓶用于呼吸器、車用壓縮天然氣燃料氣瓶及航空航天等領域。本文對復合材料氣瓶的發(fā)展、標準進展情況以及其關鍵技術和型式試驗等問題作了全面介紹。
在壓力容器中,中低壓容器一般以板焊結構為主,而高壓容器則出現(xiàn)多種結構:單層結構有整體鍛造式、鍛焊式、厚板卷焊式、電渣重熔式;多層結構有層板包扎式、螺旋包扎式、熱套式、整體包扎多層式;纏繞結構有繞絲式、繞板式、扁平鋼帶傾角錯繞式和型槽繞帶式。但這些結構都是指金屬材料而言,單臺壓力容器重量根據(jù)容積大小和壓力高低,最重的甚至可達數(shù)千噸。而高壓氣瓶過去制造和使用的主要是金屬材料即鋼質和鋁質的,按制造方法分有沖拔拉伸(E法)、管材收口(M法)以及沖壓拉伸(C法)等。隨著材料科學和制造工藝技術的進步,由于氣瓶為移動式容器,為了減輕氣瓶的重量,同時又能承受較高的壓力,也出現(xiàn)了在金屬或非金屬材料內膽上環(huán)纏繞和全纏繞纖維材料組合結構的纏繞氣瓶,即復合材料氣瓶。復合材料纏繞氣瓶目前主要應用于呼吸器(如消防呼吸系統(tǒng)、登山、老人及病人吸氧、航空及航天系統(tǒng)等)及車用壓縮天然氣燃料氣瓶兩大領域,也可用于某些壓縮氣體和液化氣體及其混合物?,F(xiàn)就纖維纏繞復合氣瓶的發(fā)展及其標準的有關情況作一簡要說明。
復合材料氣瓶的發(fā)展始于20世紀50年代,是基于火箭發(fā)動機復合材料機殼技術。早期的復合氣瓶是用玻纖浸漬環(huán)氧樹脂纏繞于橡膠內膽上,雖然其重量比鋼質輕,但由于玻纖較低的抗應力斷裂及靜態(tài)疲勞能力,以及氣體滲透率較大,因此需要采用 復合材料氣瓶的發(fā)展始于20世紀50年代,是基于火箭發(fā)動機復合材料機殼技術。早期的復合氣瓶是用玻纖浸漬環(huán)氧樹脂纏繞于橡膠內膽上,雖然其重量比鋼質輕,但由于玻纖較低的抗應力斷裂及靜態(tài)疲勞能力,以及氣體滲透率較大,因此需要采用較高的安全系數(shù)。
20世紀60年代開始使用金屬內膽,如果內膽足夠厚,允許纖維全纏繞或環(huán)纏繞增強。復合氣瓶采用金屬內膽的滲透率比橡膠內膽的低得多,但內膽的疲勞壽命卻受到限制,薄壁內膽可在100 - 1000次循環(huán)產生開裂到泄漏,而厚壁內膽可在10000 -30000次循環(huán)產生泄漏。
復合材料容器和氣瓶最早于20世紀50年代和60年代用于國防和航天,這些容器或氣瓶用于軍用飛機的噴射系統(tǒng),緊急動力系統(tǒng)和發(fā)動機重新啟動應用系統(tǒng),它們也用于航天試驗室的氧氣罐和導彈系統(tǒng)的壓力源。每一航天飛機都用一定數(shù)量的復合氣瓶作為機艙空氣和推進器及控制系統(tǒng)的動力。
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