nyheter

Det inre lagret i ett fiberlindat tryckkärl är främst en beklädnadsstruktur, vars huvudsakliga funktion är att fungera som en tätningsbarriär för att förhindra läckage av högtrycksgas eller vätska som lagras inuti, samtidigt som det skyddar det yttre fiberlindade lagret. Detta lager korroderas inte av det interna lagrade materialet, och det yttre lagret är ett hartsförstärkt fiberlindat lager, som huvudsakligen används för att bära det mesta av tryckbelastningen inuti tryckkärlet.

Strukturen hos ett fiberlindat tryckkärl: Tryckkärl av kompositmaterial finns huvudsakligen i fyra strukturella former: cylindriska, sfäriska, ringformade och rektangulära. Ett cirkulärt kärl består av en cylindrisk sektion och två huvuden. Metalltryckkärl tillverkas i enkla former, med överskottsstyrkereserver i axiell riktning. Under inre tryck är de längsgående och breddgående spänningarna hos ett sfäriskt kärl lika stora, och det är hälften av omkretsspänningen hos ett cylindriskt kärl. Metallmaterial har samma hållfasthet i alla riktningar; därför är sfäriska metallkärl konstruerade för samma hållfasthet och har den minsta massan för en given volym och tryck. Spänningstillståndet hos ett sfäriskt kärl är idealiskt, och kärlväggen kan göras så tunt som möjligt. På grund av den större svårigheten att tillverka sfäriska kärl används de dock i allmänhet endast i speciella tillämpningar som rymdfarkoster. Ringformade behållare är sällsynta i industriell produktion, men deras struktur är fortfarande nödvändig i vissa specifika situationer. Till exempel använder rymdfarkoster denna speciella struktur för att utnyttja begränsat utrymme fullt ut. Rektangulära behållare används huvudsakligen för att maximera utrymmesutnyttjandet när utrymmet är begränsat, såsom rektangulära tankvagnar för bilar och järnvägstankvagnar. Dessa behållare är vanligtvis lågtrycks- eller atmosfärstryckskärl, och lättare vikt är att föredra.

Komplexiteten i tryckkärlens struktur, de plötsliga förändringarna i ändkåporna och deras tjocklek, samt den varierande tjockleken och vinkeln på ändkåporna, medför många svårigheter vid design, analys, beräkning och gjutning. Ibland kräver tryckkärl av kompositmaterial inte bara lindning i olika vinklar och hastighetsförhållanden i ändkåporna, utan kräver också olika lindningsmetoder beroende på strukturen. Samtidigt måste man beakta inverkan av praktiska faktorer som friktionskoefficienten. Därför kan endast en korrekt och rimlig strukturell design korrekt styra lindningsprocessen för...kompositmaterialtryckkärl, och därigenom produceras lättviktiga tryckkärlsprodukter av kompositmaterial som uppfyller designkraven.

Material för fiberlindade tryckkärl

Det fiberlindade lagret, som den huvudsakliga lastbärande komponenten, måste ha hög hållfasthet, hög modul, låg densitet, termisk stabilitet, god hartsvätbarhet, god lindningsbearbetningsbarhet och jämn fiberbunttäthet. Vanligt förekommande armeringsfibermaterial för lätta komposittryckkärl inkluderar kolfiber, PBO-fiber, aramidfiber och polyetenfiber med ultrahög molekylvikt.

Kolfiberär ett fiberhaltigt kolmaterial vars huvudkomponent är kol. Det bildas genom att organiska fiberprekursorer karboniseras vid höga temperaturer och är ett högpresterande fibermaterial med en kolhalt som överstiger 95 %. Kolfiber har utmärkta egenskaper, och forskningen på det började för över 100 år sedan. Det är ett höghållfast, högmodulärt och högpresterande lindat fibermaterial med låg densitet, huvudsakligen kännetecknat av följande:

1. Låg densitet och lätt vikt. Kolfiberns densitet är 1,7~2 g/cm³, vilket motsvarar 1/4 av stålets densitet och 1/2 av aluminiumlegeringens densitet.

2. Hög hållfasthet och hög modul: Dess hållfasthet är 4-5 gånger högre än stål, och dess elasticitetsmodul är 5-6 gånger högre än aluminiumlegeringar, vilket uppvisar absolut elastisk återhämtning (Zhang Eryong och Sun Yan, 2020). Draghållfastheten och elasticitetsmodulen för kolfiber kan nå 3500-6300 MPa respektive 230-700 GPa.

3. Låg värmeutvidgningskoefficient: Kolfiberns värmeledningsförmåga minskar med ökande temperatur, vilket gör den motståndskraftig mot snabb kylning och uppvärmning. Den spricker inte ens efter kylning från flera tusen grader Celsius till rumstemperatur, och den smälter eller mjuknar inte i en icke-oxiderande atmosfär vid 3000 ℃; den blir inte spröd vid vätsketemperaturer.

4. God korrosionsbeständighet: Kolfiber är inert mot syror och kan motstå starka syror som koncentrerad saltsyra och svavelsyra. Dessutom har kolfiberkompositer egenskaper som strålningsbeständighet, god kemisk stabilitet, förmåga att absorbera giftiga gaser och neutronmoderering, vilket gör dem allmänt användbara inom flyg- och rymdfart, militären och många andra områden.

Aramid, en organisk fiber syntetiserad från aromatiska polyftalamider, uppstod i slutet av 1960-talet. Dess densitet är lägre än kolfiberns. Den har hög hållfasthet, högt utbyte, god slagtålighet, god kemisk stabilitet och värmebeständighet, och dess pris är bara hälften så högt som kolfiberns.Aramidfibrerhar huvudsakligen följande egenskaper:

1. Goda mekaniska egenskaper. Aramidfiber är en flexibel polymer med högre draghållfasthet än vanliga polyestrar, bomull och nylon. Den har större töjning, en mjuk känsla och god spinnbarhet, vilket gör att den kan tillverkas till fibrer med olika finhet och längd.

2. Utmärkt flamskyddsmedel och värmebeständighet. Aramid har ett begränsande syreindex större än 28, så det fortsätter inte att brinna efter att det tagits bort från lågan. Det har god termisk stabilitet, kan användas kontinuerligt vid 205 ℃ och bibehåller hög hållfasthet även vid temperaturer över 205 ℃. Samtidigt har aramidfibrer en hög sönderdelningstemperatur, bibehåller hög hållfasthet även vid höga temperaturer och börjar först förkolna vid temperaturer över 370 ℃.

3. Stabila kemiska egenskaper. Aramidfibrer uppvisar utmärkt resistens mot de flesta kemikalier, tål de flesta höga koncentrationer av oorganiska syror och har god alkaliresistens vid rumstemperatur.

4. Utmärkta mekaniska egenskaper. Den har enastående mekaniska egenskaper som ultrahög hållfasthet, hög modul och låg vikt. Dess hållfasthet är 5-6 gånger högre än ståltråd, dess elasticitetsmodul är 2-3 gånger högre än ståltråd eller glasfiber, dess seghet är dubbelt så hög som ståltråd och dess vikt är bara 1/5 av ståltråd. Aromatiska polyamidfibrer har länge varit ett allmänt använt högpresterande fibermaterial, främst lämpligt för tryckkärl inom flyg- och rymdfart med stränga krav på kvalitet och form.

PBO-fiber utvecklades i USA på 1980-talet som ett armeringsmaterial för kompositmaterial som utvecklats för flygindustrin. Det är en av de mest lovande medlemmarna i polyamidfamiljen som innehåller heterocykliska aromatiska föreningar och är känd som 2000-talets superfiber. PBO-fiber har utmärkta fysikaliska och kemiska egenskaper; dess styrka, elasticitetsmodul och värmebeständighet är bland de bästa av alla fibrer. Dessutom har PBO-fiber utmärkt slagtålighet, nötningsbeständighet och dimensionsstabilitet, och är lätt och flexibel, vilket gör den till ett idealiskt textilmaterial. PBO-fiber har följande huvudegenskaper:

1. Utmärkta mekaniska egenskaper. Avancerade PBO-fiberprodukter har en hållfasthet på 5,8 GPa och en elasticitetsmodul på 180 GPa, den högsta bland befintliga kemiska fibrer.

2. Utmärkt termisk stabilitet. Den tål temperaturer upp till 600 ℃, med ett gränsindex på 68. Den varken bränner eller krymper i lågor, och dess värmebeständighet och flamskyddsförmåga är högre än någon annan organisk fiber.

Som en ultrahögpresterande fiber för 2000-talet har PBO-fibern enastående fysikaliska, mekaniska och kemiska egenskaper. Dess styrka och elasticitetsmodul är dubbelt så hög som aramidfiber, och den har samma värmebeständighet och flamskyddsförmåga som meta-aramidpolyamid. Dess fysikaliska och kemiska egenskaper överträffar helt aramidfiberns. En PBO-fiber med en diameter på 1 mm kan lyfta ett föremål som väger upp till 450 kg, och dess styrka är mer än 10 gånger högre än stålfiber.

Polyetenfiber med ultrahög molekylvikt, även känd som höghållfast, högmodulär polyetenfiber, är fibern med den högsta specifika styrkan och specifika modulen i världen. Det är en fiber spunnen av polyeten med en molekylvikt på 1 miljon till 5 miljoner. Ultrahögmolekylär polyetenfiber har huvudsakligen följande egenskaper:

1. Hög specifik hållfasthet och hög specifik modul. Dess specifika hållfasthet är mer än tio gånger högre än för ståltråd med samma tvärsnitt, och dess specifika modul är näst efter speciell kolfiber. Vanligtvis är dess molekylvikt större än 10, med en draghållfasthet på 3,5 GPa, en elasticitetsmodul på 116 GPa och en töjning på 3,4 %.

2. Låg densitet. Dess densitet är generellt 0,97~0,98 g/cm³, vilket gör att den kan flyta på vatten.

3. Låg brottöjning. Den har en stark energiabsorptionsförmåga, utmärkt slag- och skärmotstånd, utmärkt väderbeständighet och är resistent mot ultravioletta strålar, neutroner och gammastrålar. Den har också hög specifik energiabsorption, låg dielektricitetskonstant, hög elektromagnetisk våggenomsläpplighet och motståndskraft mot kemisk korrosion, samt god slitstyrka och lång böjhållfasthet.

Polyetenfiber har många överlägsna egenskaper, vilket visar en betydande fördel ihögpresterande fiberFrån förtöjningslinor i oljefält till havs till högpresterande lättviktskompositmaterial uppvisar den enorma fördelar i modern krigföring, såväl som inom flyg-, rymd- och sjöfartssektorerna, och spelar en avgörande roll i försvarsutrustning och andra områden.