nyheder

Det indre lag af en fiberviklet trykbeholder er primært en foringsstruktur, hvis hovedfunktion er at fungere som en tætningsbarriere for at forhindre lækage af højtryksgas eller -væske, der er opbevaret indeni, samtidig med at det ydre fiberviklede lag beskyttes. Dette lag korroderes ikke af det indre opbevarede materiale, og det ydre lag er et harpiksforstærket fiberviklet lag, der hovedsageligt bruges til at bære det meste af trykbelastningen inde i trykbeholderen.

Strukturen af ​​en fiberviklet trykbeholder: Trykbeholdere af kompositmateriale findes hovedsageligt i fire strukturelle former: cylindriske, sfæriske, ringformede og rektangulære. En cirkulær beholder består af en cylindrisk sektion og to topstykker. Metaltrykbeholdere fremstilles i enkle former med overskydende styrkereserver i aksial retning. Under indre tryk er de langsgående og breddemæssige spændinger i en sfærisk beholder ens, og det er halvdelen af ​​den omkredsmæssige spænding i en cylindrisk beholder. Metalmaterialer har samme styrke i alle retninger; derfor er sfæriske metalbeholdere designet til samme styrke og har den minimale masse for et givet volumen og tryk. Spændingstilstanden for en sfærisk beholder er ideel, og beholdervæggen kan gøres tyndest mulig. På grund af de større vanskeligheder ved fremstilling af sfæriske beholdere anvendes de dog generelt kun i specielle anvendelser såsom rumfartøjer. Ringformede beholdere er sjældne i industriel produktion, men deres struktur er stadig nødvendig i visse specifikke situationer. For eksempel anvender rumfartøjer denne specielle struktur for at udnytte begrænset plads fuldt ud. Rektangulære beholdere bruges hovedsageligt til at maksimere pladsudnyttelsen, når pladsen er begrænset, såsom rektangulære tankvogne til biler og jernbanetankvogne. Disse beholdere er generelt lavtryksbeholdere eller beholdere med atmosfærisk tryk, og lettere vægt foretrækkes.

Kompleksiteten af ​​​​kompositmaterialetrykbeholderstrukturen, de pludselige ændringer i endekapperne og deres tykkelse samt den variable tykkelse og vinkel på endekapperne medfører mange vanskeligheder ved design, analyse, beregning og støbning. Nogle gange kræver kompositmaterialetrykbeholdere ikke kun vikling i forskellige vinkler og hastighedsforhold i endekapperne, men kræver også forskellige viklingsmetoder afhængigt af strukturen. Samtidig skal indflydelsen af ​​​​praktiske faktorer som friktionskoefficienten tages i betragtning. Derfor kan kun et korrekt og rimeligt strukturelt design korrekt styre viklingsproduktionsprocessen for...kompositmaterialetrykbeholdere, hvorved der produceres letvægts trykbeholderprodukter af kompositmateriale, der opfylder designkravene.

Materialer til fiberviklede trykbeholdere

Det fiberviklede lag, som den primære lastbærende komponent, skal have høj styrke, højt modul, lav densitet, termisk stabilitet, god harpiksbefugtningsevne, god viklingsbearbejdningsevne og ensartet fiberbundttæthed. Almindeligt anvendte forstærkende fibermaterialer til letvægtskomposittrykbeholdere omfatter kulfiber, PBO-fiber, aramidfiber og polyethylenfiber med ultrahøj molekylvægt.

Kulfiberer et fiberholdigt kulstofmateriale, hvis hovedkomponent er kulstof. Det dannes ved at karbonisere organiske fiberforløbere ved høje temperaturer og er et højtydende fibermateriale med et kulstofindhold på over 95%. Kulfiber har fremragende egenskaber, og forskningen i det begyndte for over 100 år siden. Det er et højtydende viklet fibermateriale med høj styrke, højt modul og lav densitet, der hovedsageligt er karakteriseret ved følgende:

1. Lav densitet og let vægt. Kulfiberens densitet er 1,7~2 g/cm³, hvilket svarer til 1/4 af stålets densitet og 1/2 af aluminiumlegeringens densitet.

2. Høj styrke og højt modul: Dens styrke er 4-5 gange højere end stål, og dens elasticitetsmodul er 5-6 gange højere end aluminiumlegeringer, hvilket udviser absolut elastisk genvinding (Zhang Eryong og Sun Yan, 2020). Kulfiberens trækstyrke og elasticitetsmodul kan nå henholdsvis 3500-6300 MPa og 230-700 GPa.

3. Lav varmeudvidelseskoefficient: Kulfiberens varmeledningsevne falder med stigende temperatur, hvilket gør den modstandsdygtig over for hurtig afkøling og opvarmning. Den vil ikke revne, selv efter afkøling fra flere tusinde grader Celsius til stuetemperatur, og den vil ikke smelte eller blødgøre i en ikke-oxiderende atmosfære ved 3000 ℃; den vil ikke blive sprød ved væsketemperaturer.

4. God korrosionsbestandighed: Kulfiber er inert over for syrer og kan modstå stærke syrer såsom koncentreret saltsyre og svovlsyre. Derudover har kulfiberkompositter også egenskaber som strålingsbestandighed, god kemisk stabilitet, evnen til at absorbere giftige gasser og neutronmoderering, hvilket gør dem bredt anvendelige inden for luftfart, militær og mange andre områder.

Aramid, en organisk fiber syntetiseret fra aromatiske polyphthalamider, opstod i slutningen af ​​1960'erne. Dens densitet er lavere end kulfibers. Den har høj styrke, højt udbytte, god slagfasthed, god kemisk stabilitet og varmebestandighed, og dens pris er kun halvdelen af ​​kulfibers.Aramidfibrehar hovedsageligt følgende karakteristika:

1. Gode mekaniske egenskaber. Aramidfiber er en fleksibel polymer med højere trækstyrke end almindelige polyestere, bomuld og nylon. Den har større forlængelse, en blød fornemmelse og god spindbarhed, hvilket gør det muligt at lave fibre af forskellig finhed og længde.

2. Fremragende flammehæmmende og varmebestandig. Aramid har et begrænsende iltindeks på over 28, så det fortsætter ikke med at brænde efter at være fjernet fra flammen. Det har god termisk stabilitet, kan bruges kontinuerligt ved 205 ℃ og opretholder høj styrke selv ved temperaturer over 205 ℃. Samtidig har aramidfibre en høj nedbrydningstemperatur, opretholder høj styrke selv ved høje temperaturer og begynder først at karbonisere ved temperaturer over 370 ℃.

3. Stabile kemiske egenskaber. Aramidfibre udviser fremragende resistens over for de fleste kemikalier, kan modstå de fleste høje koncentrationer af uorganiske syrer og har god alkaliresistens ved stuetemperatur.

4. Fremragende mekaniske egenskaber. Den har enestående mekaniske egenskaber såsom ultrahøj styrke, højt modul og let vægt. Dens styrke er 5-6 gange så høj som ståltråd, dens elasticitetsmodul er 2-3 gange så høj som ståltråd eller glasfiber, dens sejhed er dobbelt så høj som ståltråd, og dens vægt er kun 1/5 af ståltråd. Aromatiske polyamidfibre har længe været et udbredt højtydende fibermateriale, primært egnet til trykbeholdere til rumfart og luftfart med strenge krav til kvalitet og form.

PBO-fiber blev udviklet i USA i 1980'erne som et forstærkningsmateriale til kompositmaterialer udviklet til luftfartsindustrien. Det er et af de mest lovende medlemmer af polyamidfamilien, der indeholder heterocykliske aromatiske forbindelser, og er kendt som det 21. århundredes superfiber. PBO-fiber besidder fremragende fysiske og kemiske egenskaber; dens styrke, elasticitetsmodul og varmebestandighed er blandt de bedste af alle fibre. Desuden har PBO-fiber fremragende slagfasthed, slidstyrke og dimensionsstabilitet, og den er let og fleksibel, hvilket gør den til et ideelt tekstilmateriale. PBO-fiber har følgende hovedkarakteristika:

1. Fremragende mekaniske egenskaber. High-end PBO-fiberprodukter har en styrke på 5,8 GPa og et elasticitetsmodul på 180 GPa, det højeste blandt eksisterende kemiske fibre.

2. Fremragende termisk stabilitet. Den kan modstå temperaturer op til 600 ℃ med et grænseindeks på 68. Den hverken brænder eller krymper i flammer, og dens varmebestandighed og flammehæmning er højere end nogen anden organisk fiber.

Som en ultra-højtydende fiber til det 21. århundrede besidder PBO-fiber fremragende fysiske, mekaniske og kemiske egenskaber. Dens styrke og elasticitetsmodul er dobbelt så højt som aramidfiber, og den har samme varmebestandighed og flammehæmning som meta-aramidpolyamid. Dens fysiske og kemiske egenskaber overgår fuldstændigt aramidfiberens. En PBO-fiber med en diameter på 1 mm kan løfte en genstand, der vejer op til 450 kg, og dens styrke er mere end 10 gange så høj som stålfiber.

Polyethylenfiber med ultrahøj molekylvægt, også kendt som højstyrke-, højmodulær polyethylenfiber, er fiberen med den højeste specifikke styrke og specifikke modul i verden. Det er en fiber spundet af polyethylen med en molekylvægt på 1 million til 5 millioner. Polyethylenfiber med ultrahøj molekylvægt har primært følgende egenskaber:

1. Høj specifik styrke og højt specifikt modul. Dens specifikke styrke er mere end ti gange så høj som ståltråd med samme tværsnit, og dens specifikke modul er kun overgået af speciel kulfiber. Typisk er dens molekylvægt større end 10, med en trækstyrke på 3,5 GPa, et elasticitetsmodul på 116 GPa og en forlængelse på 3,4%.

2. Lav densitet. Dens densitet er generelt 0,97~0,98 g/cm³, hvilket gør det muligt at flyde på vand.

3. Lav brudforlængelse. Den har en stærk energiabsorptionsevne, fremragende slag- og snitmodstand, fremragende vejrbestandighed og er modstandsdygtig over for ultraviolette stråler, neutroner og gammastråler. Den har også høj specifik energiabsorption, lav dielektricitetskonstant, høj elektromagnetisk bølgetransmission og modstandsdygtighed over for kemisk korrosion, samt god slidstyrke og lang bøjningslevetid.

Polyethylenfiber besidder mange overlegne egenskaber, hvilket viser en betydelig fordel ihøjtydende fibermarked. Fra fortøjningsliner i offshore oliefelter til højtydende letvægtskompositmaterialer udviser det enorme fordele i moderne krigsførelse, såvel som i luftfart, rumfart og maritim sektor, og spiller en afgørende rolle i forsvarsudstyr og andre områder.