车用缠绕气瓶作为一种新型的高压容器综合了复合材料的高比强度，可设计性以及内衬的良好气密性，良好的耐腐蚀性等诸多优点，达到了高承压能力，高疲劳寿命，质轻，耐腐性能等的完美结合。气瓶的性能和质量高低不仅会影响到燃气汽车的发展，而且直接影响到燃气汽车的使用安全，必须做到万无一失。
　　这类高压容器的制造选材，工艺，技术要求均十分严格，以保证其使用的安全性和可靠性。本文通过对定检数据的统计分析，针对发生的问题和暴露出的缺陷进行研究所得出结果，可反馈到复合材料的设计和制造环节，这对行业的发展也会起到一定的推动作用。

1　车用气瓶种类和特点

　　按照ISO11439《天然气汽车车载高压气瓶》标准的规定，将气瓶分为四类：(1)NGV2―1金属；(2)NGV2―2金属内衬外面环向缠绕气瓶(钢质内胆)； (3)NGV2―3金属内衬外面全缠绕纤维； (4)NGV2―4非金属内衬外面全纤维缠绕(塑料内衬加环向，纵向全缠绕复合材料全缠绕气瓶)。各类车用气瓶特点见表1。

2　缠绕气瓶定检数据统计和报废原因分析

2.1　NGV2―4气瓶
　　对NGV2―4气瓶的定检统计分析详见表2。
　　统计分析表明，与内胆有关因素引起的气瓶失效的占到总报废量的87.795％，外表面损伤有关因素导致气瓶失效的占总报废量的6.908％，气瓶接嘴有关因素引起的气瓶失效占到总报废量的5.296％。从这些数据不难看出，该类气瓶的失效报废主要是由于气瓶的塑料内胆疲劳失效所致。造成气瓶报废的具体因素包括：气瓶内胆鼓包、裂纹、密封泄露等，约占88％；气瓶的外表面损伤；约占6.9％；气瓶金属接嘴松动，约占5.3％。

2.2　NGV2 ―2气瓶
　　对NGV2―2气瓶的定检统计分析，见表3。

　　统计分析表明，钢胆缠绕气瓶报废的主要原因是气瓶筒身段缠绕层的纤维断丝，由于这个原因导致气瓶失效的数量占到总报废量的98.63％ ，瓶身有坑导致气瓶失效的占到1.37％。该类气瓶的报废主要是因为瓶身有断丝，由此而造成报废占绝大多数。

3　气瓶内胆失效原因分析

　　气瓶的热物理试验结果表明，在20℃～70℃温度范围内内胆的平均线膨胀系数均为外缠绕层的数倍以至十倍以上，致使在使用过程中内胆与外缠绕层脱离。气瓶充气后当内部压力较高时，内胆由于受到压力作用被压紧贴在外缠绕层内壁表面，不会发生变形。随着天然气消耗，气瓶内部压力逐渐降低，此时当环境温度升高时，内胆和外缠绕层随着温度的变化会发生不同程度的膨胀变形，外缠绕层膨胀系数较低膨胀量较小，内胆膨胀系数大膨胀量较大，由于受到外缠绕层的约束作用，内胆内部的内应力会随膨胀量的增加而逐渐增大。当内应力增大到某一临界值时，内胆局部区域会产生失稳导致向内翻转变形，翻转区域内表面及折皱区域存在较大的应力作用；当再次充气时随着气瓶内部压力的增加，内胆局部的翻转变形可能会重复，当气体再次排出内部压力降低后，原变形区域重复温升～膨胀～失稳～翻转变形的过程，且翻转变形量会增加，多次循环后当变形量超过材料的变形极限时翻转区域内表面或折皱区域即会产生损伤开裂，导致气瓶发生漏气。

4　气瓶接嘴部位失效分析

　　NGV2―4气瓶接嘴部位的设计结构见图1。

　　 气瓶的金属接嘴位置其能够受到的固定支撑外力就是金属接嘴与外层复合材料的粘接面所提供的粘接力，而与内胆层的结合力是比较小的。
　　气瓶接嘴在使用过程中要受到瓶阀拧紧联结时的扭矩力、气瓶内气压的胀力、来自管路的振动冲击力。在结构上，气瓶与瓶阀拧紧扭矩力，可通过金属接嘴端口提供，但其会有一分力作用在固定金属接嘴的粘结面。克服气瓶瓶嘴向内的轴向力，由接嘴的外斜型面提供，但这一外斜型面设计目的更多是为缠绕过程中保证纤维的顺利铺排，其间的空隙为缠绕过程中的浮胶填充；除此之外，没有其它的设计结构克服轴向向内的力。
　　当气瓶接嘴受到较大的向内的冲击力，如搬运过程中瓶嘴的碰撞力时有可能造成气瓶瓶嘴的松动。此外，天然气管路的振动冲击力是持续作用于该处粘接界面的疲劳力，这种振动力的大小与装置的固有频率及汽车发动机的振动频率相关，当发生共振作用时，这种振动力的作用就显现出来，也会对气瓶接嘴的松动造成一定的影响。缠绕层的高分子纤维、环氧树脂、塑料内胆的热膨胀系数远远大于钢的膨胀系数，由于设计结构上没有防止膨胀量积聚的结构，当气瓶承受热负荷时，高分子缠绕层和环氧树脂、塑料内胆线膨胀大于钢的线膨胀量；积聚的膨胀量，使钢制气瓶接嘴和缠绕层分离也是导致钢制气瓶嘴松动的重要原因。

5　外缠绕复合材料强度层

　　气瓶外层缠绕的复合材料层承担着全部的压力载荷，内衬层主要是在缠绕过程中起“芯模”和“骨架”的作用，工作时起气密性的作用。气瓶的破坏形式主要是以在达到一定循环次数后的疲劳破坏为主。即在周期性交变载荷作用下材料发生的破坏行为，它反映了材料经周期应力或应变时的失效过程。
　　在定检气瓶失效的数据统计中，因气瓶的筒身段的纤维有断丝、凹坑等原因判为报废的气瓶中，有些也许仍具有较高的安全可靠性，可能是可以继续使用的(在气瓶爆破试验中，未发现从沟槽处开裂的，见图2)。当然，从气瓶的强度安全性质量方面考虑，必须留出足够大的保险系数。

6　全塑复合材料CNG气瓶的失效应对

　　全塑复合材料车用缠绕气瓶的安全可靠性的影响因素是多方面的。而气瓶内胆的质量特征，对于气瓶整体的耐腐蚀性、疲劳性等影响都是突出的。但其结构上所存在的与金属接嘴的连接、密封、内胆的本身的质量致密性等缺陷也为该类气瓶的安全可靠性埋下了隐患。同时，气瓶的外复合材料强度层，虽然具有比强度高、比模量高、耐腐蚀、抗冲击损伤等优点，但其成型过程中的众多影响因素，制约了其制造质量的一致性，使其整体的高质量受到限制，从而影响了气瓶整体的安全可靠性。塑料内胆复合材料气瓶经受了一系列问题：碰撞强度低，接头渗漏，内胆与复合材料粘接处脱粘，气瓶由高压快速泄压到0时由于温度降低引起的脆裂和破裂等。
　　全塑CNG复合材料气瓶的失效模式主要有：封头破坏、筒体破坏(复合材料强度层失效)；泄漏料内胆裂纹)；气瓶金属接嘴的松动(气瓶结构失效)；检验工艺过程的影响。
　　复合材料缠绕的气瓶破裂，主要是由于外部的物理损伤引起的，这可以通过正确选材、复合材料层的防护、合理的安装方法、严格的工艺方法以及改进塑料内衬的漏气及目测检验而改进和避免。
　　全塑复合材料缠绕气瓶的失效情况主要是漏气。造成这类气瓶漏气的原因一是塑料内衬中存在裂缝，这种裂缝可能产生于塑料内衬的熔焊工艺不当，也可能产生于塑料内衬和端部金属瓶口的组合工艺不良。当在较低的环境温度下，快速排气之后，气瓶产生瞬间负压，导致塑料内衬起皱开裂。二是全复合材料气瓶在运输、安装、使用中出现的冲击损伤，也可能会导致气瓶充压时发生破裂。
　　气瓶金属接嘴的松动，这种失效多为气瓶结构设计上的缺陷所致，属于系统的设计问题。气瓶检验工艺中，零气压状态时间过长，也是导致气瓶内胆内鼓、裂纹的主要原因之一。调整工艺过程后，气瓶定期检验合格率明显提高，达87％ (见图3)，这与相关试验得到的结果一致，证明全复合材料气瓶的安全性能完全可达到标准要求。

　　因此，合理地选择气瓶的制造材料，采用合理的结构设计，正确地制定和执行标准，实行严格的质量管理和恰当的工艺过程以及质量认证试验，认真执行运输、安装、使用、检验要求是预防气瓶失效的重要措施和保证。