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1、空气呼吸器复合气瓶1.前言：1.1 正压式呼吸器是通过气瓶装置对处于有毒有害气体环境中的工作人员(包括消防、抢险救援人员)使用的有效呼吸装置，其中碳纤维气瓶是提供空气的重要附属设备，其质量及安全状况直接影响工作人员的生命安全。1.2 碳纤维复合材料气瓶是近几年发展起来的一种新材料气瓶。其特点在于它与钢质气瓶相比具有重量轻、使用时间长、耐腐蚀、安全性好和使用寿命长等优点。将它用于自给正压式空气呼吸器，可大大减轻装具的自重。根据特种设备安全监察条例以及气瓶安全监察规程的规定，碳纤维气瓶是特种气瓶的一种，属于特种设备，因此对其设计、制造、使用以及检验等环节必须有严格的要求，单由于该类气瓶的使用在我国
2、起步较晚，目前我国还没有制定该类气瓶、设计、制造以及定期检验和评定相关标准。我们通过碳纤维缠绕气瓶的类型、材料、结构、制造工艺和应力分布，对碳纤维气瓶定期检验项目和校验技术进行了分析探讨。2.气瓶的类型和结构2.1 气瓶的类型缠绕气瓶按照按内胆材料可分为金属内胆缠绕气瓶和塑料内胆缠绕气瓶。2.2 结构特点：目前，国内外生产的铅内胆碳纤维缠绕气瓶大都是采用美国交通部铅内胆碳纤维全缠绕复合气瓶 （DOT CFFC 2000）设计和制造的，其机构主要是由铅内胆、碳纤维、玻璃纤维、保护层以及气瓶阀组成，其机构见图 1.无缝铝内胆主要用于保证储存气体的气密性，是纤维缠绕的骨架， 铝内胆外观见图 2。 碳
3、纤维缠绕层主要用于承担气瓶的内压， 最外层玻璃纤维层主要起防刮磨保护有并具有承担有限负荷的作用 （一般小于 15%应力）碳纤维气瓶外观见图。3. 在用碳纤维气瓶缺陷分析：虽然碳纤维气瓶具有良好的抗磨损、抗冲击等特性，但如果使用或运输不当，也容易产生缺陷，现就碳纤维气瓶在使用过程中容易产生的缺陷分析如下：3.1 划伤 划伤也叫割伤，是由于气瓶与尖锐物体发生摩擦、碰撞形成的痕迹，此种缺陷对气瓶造成壁厚减小，应力分布状态发生变化，如图 5 和图 6。3.2 结构损伤 结构损伤有可能是气瓶遭受到强大的外力或高温作用，局部发生较大变化引起气瓶原形发生变化，如气瓶弓起，局部凸起，气瓶内胆变形等，如图 7。
4、3.3 分层 分层是指缠绕气瓶的绕线层与层之间或外表层与内层之间的分离现象，它表现为霜状的补丁状态。3.4 腐蚀 由于某些腐蚀性介质的侵蚀，造成气瓶壁厚减小，腐蚀区域通常表现为表面粗糙或褪色。通常分为有一般性腐蚀、点蚀和线性腐蚀。一般性腐蚀表现为在相对较大的区域内，壁厚损失比较均匀。点蚀表现为腐蚀点小而集中或大而分散，点蚀是铝腐蚀的最常见的型式。线性腐蚀表现为一连串彼此靠近的腐蚀麻点形成的 “一条直线” 。3.5 热损伤 指在救火或其他高温等原因造成气瓶外表面产生玻纤或碳纤受到损伤，外表因火烧变黑，更严重者伤及到较深的玻璃纤维和碳纤维 如图 8 和图 9.3.6 化学品腐蚀损伤 是由于化学品与
5、缠绕层发生化学反应而造成的损伤,外观表现为气瓶的缠绕层部分褪色,有污点或树脂呈现被化学品损坏过的迹象裂纹,裂纹是由于瓶体材料原子结合遭到破坏,形成新界面而产生的裂缝,它具有尖锐的缺口和较大长宽比的特点。如图104.检查：4.1 外观检查很多气瓶外观缺陷是在气瓶使用和运输过程中出现的，因此气瓶必须进行外观检查， 目的是要查明气瓶是否存在表面磨损、划痕、 撞击、分层、结构损伤、热损伤。4.2 表面磨损 由于气瓶主要是依靠碳纤维层来承担气瓶的内压，因此，碳纤维层损坏，容易造成气瓶强度降低，因此如果气瓶外表面凝胶涂层磨损，玻璃纤维层未受损伤，可不处理；磨损深度造成玻璃纤维受损，应进行修复，磨损造成碳纤
6、维层暴露或损伤的气瓶应报废。4.3 划痕 如果玻璃纤维损伤深度和长度过大，使用专用的玻璃纤维修复效果将大打折扣，由于玻璃纤维的厚度一般大于 0.5mm，所以，如果划痕深度小于 0.25mm 且其深度未达到碳纤维层，应进行修复，如果发现碳纤维损伤应予以报废。4.4 撞击损伤 虽然碳纤维缠绕气瓶有较强的抗撞击能力，但频繁的撞击，容易引起碳纤维断裂，气瓶变形等缺陷。气瓶表面玻璃纤维层出现较小面积的结霜状，可不处理；由撞击引起玻璃纤维断裂，应报废；对于频繁和较大的撞击，使气瓶表面产生分层，结霜状面积较大、碳纤维层暴露，并引起气瓶结构变形，应报废。4.5 分层分层是指缠绕气瓶的绕线在层与层之间或外表层与
7、内层之间的分离现象。它表现为霜状的补丁状态，是由于制造或使用不当产生的，严重分层能引起玻璃纤维层损坏脱落，失去保护作用，容易引起碳纤维损伤。结霜状局限于玻璃纤维层，且其面积不大于 50mm2，可不处理；结霜状深度大于 0.25mm 但未到碳纤维层，长度大于气瓶直径 25，应对气瓶进行修补；结霜状深度到达碳纤维层，气瓶应报废。4.6 热损伤 外表面受轻微的火烧变黑，没有伤及到较深的玻璃纤维和碳纤维，可以对表面进行清洁处理；局部明显过度受热和灼痕，气瓶内部铝胆变形，玻璃纤维层和碳纤维层受损的气瓶应报废。4.7 结构损伤 结构损伤有可能是由于气瓶遭受到强大外力、气瓶材料局部较大变化以及充气压力高于额定压力而引起的，结构损伤将大大影响气瓶应力分布和强度，具有较大的安全隐患，因此，如果发现结构损伤如气瓶弓起，局部凸起，气瓶内胆变形以及几何尺寸超过标称值的气瓶，应予以报废。4.8 化学品腐蚀损伤 复合材料容易受到某些化学制剂（有时候是净化水）的腐蚀。如果气瓶与该类物质接触， 应仔细检查复合材料表面是否有破坏迹象。如果有褪色、有污点或树脂软化等被化学品损坏过迹象，应予以报废。
