車用纏繞氣瓶作為一種新型的高壓容器綜合了復合材料的高比強度，可設計性以及內襯的良好氣密性，良好的耐腐蝕性等諸多優點，達到了高承壓能力，高疲勞壽命，質輕，耐腐性能等的完美結合。氣瓶的性能和質量高低不僅會影響到燃氣汽車的發展，而且直接影響到燃氣汽車的使用安全，必須做到萬無一失。
　　這類高壓容器的制造選材，工藝，技術要求均十分嚴格，以保證其使用的安全性和可靠性。本文通過對定檢數據的統計分析，針對發生的問題和暴露出的缺陷進行研究所得出結果，可反饋到復合材料的設計和制造環節，這對行業的發展也會起到一定的推動作用。

1　車用氣瓶種類和特點

　　按照ISO11439《天然氣汽車車載高壓氣瓶》標準的規定，將氣瓶分為四類：(1)NGV2―1金屬；(2)NGV2―2金屬內襯外面環向纏繞氣瓶(鋼質內膽)； (3)NGV2―3金屬內襯外面全纏繞纖維； (4)NGV2―4非金屬內襯外面全纖維纏繞(塑料內襯加環向，縱向全纏繞復合材料全纏繞氣瓶)。各類車用氣瓶特點見表1。

2　纏繞氣瓶定檢數據統計和報廢原因分析

2.1　NGV2―4氣瓶
　　對NGV2―4氣瓶的定檢統計分析詳見表2。
　　統計分析表明，與內膽有關因素引起的氣瓶失效的占到總報廢量的87.795％，外表面損傷有關因素導致氣瓶失效的占總報廢量的6.908％，氣瓶接嘴有關因素引起的氣瓶失效占到總報廢量的5.296％。從這些數據不難看出，該類氣瓶的失效報廢主要是由于氣瓶的塑料內膽疲勞失效所致。造成氣瓶報廢的具體因素包括：氣瓶內膽鼓包、裂紋、密封泄露等，約占88％；氣瓶的外表面損傷；約占6.9％；氣瓶金屬接嘴松動，約占5.3％。

2.2　NGV2 ―2氣瓶
　　對NGV2―2氣瓶的定檢統計分析，見表3。

　　統計分析表明，鋼膽纏繞氣瓶報廢的主要原因是氣瓶筒身段纏繞層的纖維斷絲，由于這個原因導致氣瓶失效的數量占到總報廢量的98.63％ ，瓶身有坑導致氣瓶失效的占到1.37％。該類氣瓶的報廢主要是因為瓶身有斷絲，由此而造成報廢占絕大多數。

3　氣瓶內膽失效原因分析

　　氣瓶的熱物理試驗結果表明，在20℃～70℃溫度范圍內內膽的平均線膨脹系數均為外纏繞層的數倍以至十倍以上，致使在使用過程中內膽與外纏繞層脫離。氣瓶充氣后當內部壓力較高時，內膽由于受到壓力作用被壓緊貼在外纏繞層內壁表面，不會發生變形。隨著天然氣消耗，氣瓶內部壓力逐漸降低，此時當環境溫度升高時，內膽和外纏繞層隨著溫度的變化會發生不同程度的膨脹變形，外纏繞層膨脹系數較低膨脹量較小，內膽膨脹系數大膨脹量較大，由于受到外纏繞層的約束作用，內膽內部的內應力會隨膨脹量的增加而逐漸增大。當內應力增大到某一臨界值時，內膽局部區域會產生失穩導致向內翻轉變形，翻轉區域內表面及折皺區域存在較大的應力作用；當再次充氣時隨著氣瓶內部壓力的增加，內膽局部的翻轉變形可能會重復，當氣體再次排出內部壓力降低后，原變形區域重復溫升～膨脹～失穩～翻轉變形的過程，且翻轉變形量會增加，多次循環后當變形量超過材料的變形極限時翻轉區域內表面或折皺區域即會產生損傷開裂，導致氣瓶發生漏氣。

4　氣瓶接嘴部位失效分析

　　NGV2―4氣瓶接嘴部位的設計結構見圖1。

　　 氣瓶的金屬接嘴位置其能夠受到的固定支撐外力就是金屬接嘴與外層復合材料的粘接面所提供的粘接力，而與內膽層的結合力是比較小的。
　　氣瓶接嘴在使用過程中要受到瓶閥擰緊聯結時的扭矩力、氣瓶內氣壓的脹力、來自管路的振動沖擊力。在結構上，氣瓶與瓶閥擰緊扭矩力，可通過金屬接嘴端口提供，但其會有一分力作用在固定金屬接嘴的粘結面?？朔馄科孔煜騼鹊妮S向力，由接嘴的外斜型面提供，但這一外斜型面設計目的更多是為纏繞過程中保證纖維的順利鋪排，其間的空隙為纏繞過程中的浮膠填充；除此之外，沒有其它的設計結構克服軸向向內的力。
　　當氣瓶接嘴受到較大的向內的沖擊力，如搬運過程中瓶嘴的碰撞力時有可能造成氣瓶瓶嘴的松動。此外，天然氣管路的振動沖擊力是持續作用于該處粘接界面的疲勞力，這種振動力的大小與裝置的固有頻率及汽車發動機的振動頻率相關，當發生共振作用時，這種振動力的作用就顯現出來，也會對氣瓶接嘴的松動造成一定的影響。纏繞層的高分子纖維、環氧樹脂、塑料內膽的熱膨脹系數遠遠大于鋼的膨脹系數，由于設計結構上沒有防止膨脹量積聚的結構，當氣瓶承受熱負荷時，高分子纏繞層和環氧樹脂、塑料內膽線膨脹大于鋼的線膨脹量；積聚的膨脹量，使鋼制氣瓶接嘴和纏繞層分離也是導致鋼制氣瓶嘴松動的重要原因。

5　外纏繞復合材料強度層

　　氣瓶外層纏繞的復合材料層承擔著全部的壓力載荷，內襯層主要是在纏繞過程中起“芯?！焙汀肮羌堋钡淖饔茫ぷ鲿r起氣密性的作用。氣瓶的破壞形式主要是以在達到一定循環次數后的疲勞破壞為主。即在周期性交變載荷作用下材料發生的破壞行為，它反映了材料經周期應力或應變時的失效過程。
　　在定檢氣瓶失效的數據統計中，因氣瓶的筒身段的纖維有斷絲、凹坑等原因判為報廢的氣瓶中，有些也許仍具有較高的安全可靠性，可能是可以繼續使用的(在氣瓶爆破試驗中，未發現從溝槽處開裂的，見圖2)。當然，從氣瓶的強度安全性質量方面考慮，必須留出足夠大的保險系數。

6　全塑復合材料CNG氣瓶的失效應對

　　全塑復合材料車用纏繞氣瓶的安全可靠性的影響因素是多方面的。而氣瓶內膽的質量特征，對于氣瓶整體的耐腐蝕性、疲勞性等影響都是突出的。但其結構上所存在的與金屬接嘴的連接、密封、內膽的本身的質量致密性等缺陷也為該類氣瓶的安全可靠性埋下了隱患。同時，氣瓶的外復合材料強度層，雖然具有比強度高、比模量高、耐腐蝕、抗沖擊損傷等優點，但其成型過程中的眾多影響因素，制約了其制造質量的一致性，使其整體的高質量受到限制，從而影響了氣瓶整體的安全可靠性。塑料內膽復合材料氣瓶經受了一系列問題：碰撞強度低，接頭滲漏，內膽與復合材料粘接處脫粘，氣瓶由高壓快速泄壓到0時由于溫度降低引起的脆裂和破裂等。
　　全塑CNG復合材料氣瓶的失效模式主要有：封頭破壞、筒體破壞(復合材料強度層失效)；泄漏料內膽裂紋)；氣瓶金屬接嘴的松動(氣瓶結構失效)；檢驗工藝過程的影響。
　　復合材料纏繞的氣瓶破裂，主要是由于外部的物理損傷引起的，這可以通過正確選材、復合材料層的防護、合理的安裝方法、嚴格的工藝方法以及改進塑料內襯的漏氣及目測檢驗而改進和避免。
　　全塑復合材料纏繞氣瓶的失效情況主要是漏氣。造成這類氣瓶漏氣的原因一是塑料內襯中存在裂縫，這種裂縫可能產生于塑料內襯的熔焊工藝不當，也可能產生于塑料內襯和端部金屬瓶口的組合工藝不良。當在較低的環境溫度下，快速排氣之后，氣瓶產生瞬間負壓，導致塑料內襯起皺開裂。二是全復合材料氣瓶在運輸、安裝、使用中出現的沖擊損傷，也可能會導致氣瓶充壓時發生破裂。
　　氣瓶金屬接嘴的松動，這種失效多為氣瓶結構設計上的缺陷所致，屬于系統的設計問題。氣瓶檢驗工藝中，零氣壓狀態時間過長，也是導致氣瓶內膽內鼓、裂紋的主要原因之一。調整工藝過程后，氣瓶定期檢驗合格率明顯提高，達87％ (見圖3)，這與相關試驗得到的結果一致，證明全復合材料氣瓶的安全性能完全可達到標準要求。

　　因此，合理地選擇氣瓶的制造材料，采用合理的結構設計，正確地制定和執行標準，實行嚴格的質量管理和恰當的工藝過程以及質量認證試驗，認真執行運輸、安裝、使用、檢驗要求是預防氣瓶失效的重要措施和保證。