自1977年以來,纖維纏繞復合材料制作的氣瓶己廣泛用于存儲壓力在150bar以上,有嚴格重量要求的壓縮氣體存儲中。比如自救呼吸裝置及應用天然氣的汽車工業中。傳統上復合材料氣瓶使用金屬內襯,外面用高強纖維復合材料纏繞制成。人們一直關心的是如何減輕復合材料氣瓶的重量并降低成本,因而在開發塑料內襯方面作了很多工作.
本文中對鋁內襯和塑料內襯的優缺點作為比較介紹一,供參考:
1、鋁內襯的優勢
纖維纏繞復合材料氣瓶用的鋁內襯代表著一種穩定的技術,這一技術己被證明有20多年了,而且已有300多萬氣瓶在安全的位用著。
1)標準的復合材料氣瓶用鋁內襯,其結構無縫隙因而能防止滲透。
2)因氣體不能透過鋁內襯,所以帶有這種襯的復合材料氣瓶長時間儲存氣體也不能會泄壓。
3)在鋁內襯外采用復合材料纏繞層后,施加的纖維張力使鋁內襯有很高的壓縮應力,這一工藝大大地提高了氣瓶的氣壓循環壽命,消除了內襯與復合材料之間所需的任何粘接。
4)帶有鋁內襯的纖維纏繞壓力容器,其內襯處于很高的壓應力下,因而使得壓力循環時可能出現的破裂趨于閉合,內襯趨向自密封。
5)鋁內襯很堅固,快速釋放壓力后不會向內塌陷或發生失效裂紋。
6)鋁內襯在很大的溫度范圍內都是穩定的。高壓氣體快速發出時溫度下降高達35℃以上,鋁內襯對此不受影響.
7)對復合材料氣瓶來講,采用鋁內襯穩定性定,抗碰撞.典型鋁內襯復合材料氣瓶的損傷容限比同樣的塑料內襯的損傷容限高很多。
8)鋁內襯復合材料氣瓶比塑料內襯復合材料氣瓶重量輕。這是因為塑料襯氣瓶纏繞厚度較厚,同時需要外部保護材料防正碰撞。
2、鋁內襯的不利因素
1)復合材料用鋁內襯通常很貴,鋁內襯的價格取決于它的規格。
2)新規格內襯研制周期長。
3)從市場開發角度講,鋁內襯是具有20年歷史的者技術,不象塑料內襯那樣能撤起市場開發的興趣。
3、塑料內襯的優勢
1)能節省成本。塑料內襯本身比金屬內襯便宜。但是金屬接頭使成本提高。
2)高壓循環壽命長。對塑料內襯的復合材料氣瓶,能常從0到使用壓力能工作10余萬次。
3)防腐蝕。塑料內襯不受各種腐蝕材料影響。
5)市場傾向好。塑料內襯代表著一種新技術,能促進市場開發,吸引人們購買。
4、塑料內襯的不利因素
1)可能通過接頭浸漏。塑料內襯與接頭之間很難獲得可靠的密封,塑料與金屬之間長期粘接性能不好,高壓氣體分子浸入塑料與金屬結合處,當內部氣體迅速釋放時產生極大膨脹力。由于塑料均金屬之間的熱膨脹宰的不同,隨著時間變化,逐漸減弱金屬與塑料之間的枯接力。在不變的載荷下,最后塑料也趨于舀變或凹陷。這些問題可以克服,但需要做大量的有刨造性的研究與測試工作
2)碰撞強度低。塑料內襯對纖維纏繞層沒有結構增強或提高剛度作用。因此,塑料內襯的復合材料氣瓶的外面加強層厚度增加,為防止碰撞和損傷,有人在氣瓶封頭處加上泡沫減震材料,然后在外面做復合材料加強保護層。然而,在重量上不比同樣容積的鋁內襯復合材料氣瓶輕。
3)氣體可能透過。塑料內襯必須用適當的材料和厚度,在允許低滲透率下存儲氣體,氣瓶存儲的甲烷不能含氫分子。④內襯與復合材料粘接脫落。有報告說,隨著時間推移,內襯與復合材料加強層之間分離,這可能是由于從工作壓力快速泄壓或老化收縮引起的。
5)塑料內襯對溫度敏感。當氣瓶從高壓快速泄壓到0時,內表面溫度下降多達35℃。低溫可能引起塑料內襯脆裂和破裂,
6)塑料內襯的復合材料氣瓶通常比同樣規格的金屬襯復合材料氣瓶重。
5、結束語
用金屬或塑料做內襯的復合材料氣瓶是一對相對存在的對應物。金屬內襯氣瓶是從金屬氣瓶技術演變而來的,這一技術已被證明有幾十年的歷史了。可以說塑料內襯復合材料氣瓶是氣瓶技術史上的又一項革新技術。目前塑料內襯氣瓶在美國和歐洲達10萬個。
在過去幾年來,塑料內襯復合材料氣船經受了一系列問題:碰撞強度低,接頭滲漏,內襯與復合材料枯接處脫落,氣瓶由高壓快速泄壓到0時由于溫度降低引起脆裂和破裂。在使用的塑料內襯氣瓶中,已有幾百個氣瓶出現上述原因,由生產廠家換回。時間可能會改變塑料內襯復合材料氣瓶的現狀,目前鋁內襯產品仍然占據很大的市場。