纤维缠绕气瓶用金属内衬与塑料内衬的优缺点比较

自1977年以来，纤维缠绕复合材料制作的气瓶己广泛用于存储压力在150bar以上，有严格重量要求的压缩气体存储中。比如自救呼吸装置及应用天然气的汽车工业中。传统上复合材料气瓶使用金属内衬，外面用高强纤维复合材料缠绕制成。人们一直关心的是如何减轻复合材料气瓶的重量并降低成本，因而在开发塑料内衬方面作了很多工作.

    本文中对铝内衬和塑料内衬的优缺点作为比较介绍一，供参考：

　　1、铝内衬的优势

    纤维缠绕复合材料气瓶用的铝内衬代表着一种稳定的技术，这一技术己被证明有20多年了，而且已有300多万气瓶在安全的位用着。

    1）标准的复合材料气瓶用铝内衬，其结构无缝隙因而能防止渗透。

    2）因气体不能透过铝内衬，所以带有这种衬的复合材料气瓶长时间储存气体也不能会泄压。

　　3）在铝内衬外采用复合材料缠绕层后，施加的纤维张力使铝内衬有很高的压缩应力，这一工艺大大地提高了气瓶的气压循环寿命，消除了内衬与复合材料之间所需的任何粘接。

    4）带有铝内衬的纤维缠绕压力容器，其内衬处于很高的压应力下，因而使得压力循环时可能出现的破裂趋于闭合，内衬趋向自密封。

    5）铝内衬很坚固，快速释放压力后不会向内塌陷或发生失效裂纹。

    6）铝内衬在很大的温度范围内都是稳定的。高压气体快速发出时温度下降高达35℃以上，铝内衬对此不受影响．

    7）对复合材料气瓶来讲，采用铝内衬稳定性定，抗碰撞．典型铝内衬复合材料气瓶的损伤容限比同样的塑料内衬的损伤容限高很多。

    8）铝内衬复合材料气瓶比塑料内衬复合材料气瓶重量轻。这是因为塑料衬气瓶缠绕厚度较厚，同时需要外部保护材料防正碰撞。

　　2、铝内衬的不利因素   

    1）复合材料用铝内衬通常很贵，铝内衬的价格取决于它的规格。

    2）新规格内衬研制周期长。

 　　3）从市场开发角度讲，铝内衬是具有20年历史的者技术，不象塑料内衬那样能撤起市场开发的兴趣。

　　3、塑料内衬的优势

    1）能节省成本。塑料内衬本身比金属内衬便宜。但是金属接头使成本提高。

    2）高压循环寿命长。对塑料内衬的复合材料气瓶，能常从0到使用压力能工作10余万次。

    3）防腐蚀。塑料内衬不受各种腐蚀材料影响。

    5）市场倾向好。塑料内衬代表着一种新技术，能促进市场开发，吸引人们购买。

　　4、塑料内衬的不利因素

    1）可能通过接头浸漏。塑料内衬与接头之间很难获得可靠的密封，塑料与金属之间长期粘接性能不好，高压气体分子浸入塑料与金属结合处，当内部气体迅速释放时产生极大膨胀力。由于塑料均金属之间的热膨胀宰的不同，随着时间变化，逐渐减弱金属与塑料之间的枯接力。在不变的载荷下，最后塑料也趋于舀变或凹陷。这些问题可以克服，但需要做大量的有刨造性的研究与测试工作

    2）碰撞强度低。塑料内衬对纤维缠绕层没有结构增强或提高刚度作用。因此，塑料内衬的复合材料气瓶的外面加强层厚度增加，为防止碰撞和损伤，有人在气瓶封头处加上泡沫减震材料，然后在外面做复合材料加强保护层。然而，在重量上不比同样容积的铝内衬复合材料气瓶轻。

3）气体可能透过。塑料内衬必须用适当的材料和厚度，在允许低渗透率下存储气体，气瓶存储的甲烷不能含氢分子。④内衬与复合材料粘接脱落。有报告说，随着时间推移，内衬与复合材料加强层之间分离，这可能是由于从工作压力快速泄压或老化收缩引起的。

    5）塑料内衬对温度敏感。当气瓶从高压快速泄压到0时，内表面温度下降多达35℃。低温可能引起塑料内衬脆裂和破裂，

    6）塑料内衬的复合材料气瓶通常比同样规格的金属衬复合材料气瓶重。

　　5、结束语   

用金属或塑料做内衬的复合材料气瓶是一对相对存在的对应物。金属内衬气瓶是从金属气瓶技术演变而来的，这一技术已被证明有几十年的历史了。可以说塑料内衬复合材料气瓶是气瓶技术史上的又一项革新技术。目前塑料内衬气瓶在美国和欧洲达10万个。   

在过去几年来，塑料内衬复合材料气船经受了一系列问题：碰撞强度低，接头渗漏，内衬与复合材料枯接处脱落，气瓶由高压快速泄压到0时由于温度降低引起脆裂和破裂。在使用的塑料内衬气瓶中，已有几百个气瓶出现上述原因，由生产厂家换回。时间可能会改变塑料内衬复合材料气瓶的现状，目前铝内衬产品仍然占据很大的市场。