balita

Ang panloob na patong ng isang fiber-wound pressure vessel ay pangunahing isang istrukturang lining, na ang pangunahing tungkulin ay magsilbing sealing barrier upang maiwasan ang pagtagas ng high-pressure gas o likido na nakaimbak sa loob, habang pinoprotektahan din ang panlabas na fiber-wound layer. Ang patong na ito ay hindi kinakalawang ng panloob na nakaimbak na materyal, at ang panlabas na patong ay isang resin-reinforced fiber-wound layer, na pangunahing ginagamit upang dalhin ang karamihan ng pressure load sa loob ng pressure vessel.

Ang istruktura ng isang fiber-wound pressure vessel: Ang mga composite material pressure vessel ay pangunahing may apat na anyong istruktura: cylindrical, spherical, annular, at rectangular. Ang isang pabilog na vessel ay binubuo ng isang cylindrical section at dalawang head. Ang mga metal pressure vessel ay ginagawa sa mga simpleng hugis, na may labis na reserbang lakas sa direksyon ng axial. Sa ilalim ng internal pressure, ang longitudinal at latitudinal stress ng isang spherical vessel ay pantay, at ito ay kalahati ng circumferential stress ng isang cylindrical vessel. Ang mga metal material ay may pantay na lakas sa lahat ng direksyon; samakatuwid, ang mga spherical metal vessel ay idinisenyo para sa pantay na lakas at may minimum na masa para sa isang partikular na volume at pressure. Ang stress state ng isang spherical vessel ay mainam, at ang dingding ng vessel ay maaaring gawing pinakamanipis. Gayunpaman, dahil sa mas malaking kahirapan sa paggawa ng mga spherical vessel, ang mga ito ay karaniwang ginagamit lamang sa mga espesyal na aplikasyon tulad ng spacecraft. Ang mga lalagyan na hugis-singsing ay bibihira sa industriyal na produksyon, ngunit ang kanilang istraktura ay kinakailangan pa rin sa ilang partikular na sitwasyon. Halimbawa, ginagamit ng spacecraft ang espesyal na istrukturang ito upang lubos na magamit ang limitadong espasyo. Ang mga rectangular container ay pangunahing ginagamit upang ma-maximize ang paggamit ng espasyo kapag limitado ang espasyo, tulad ng mga rectangular tank car para sa mga sasakyan at mga railway tank car. Ang mga lalagyang ito ay karaniwang mga sisidlan na may mababang presyon o presyon ng atmospera, at mas mainam kung mas magaan.

Ang kasalimuotan ng istruktura ng pressure vessel ng composite material, ang mga biglaang pagbabago sa mga end cap at kapal nito, at ang pabagu-bagong kapal at anggulo ng mga end cap ay nagdudulot ng maraming kahirapan sa disenyo, pagsusuri, pagkalkula, at paghubog. Minsan, ang mga pressure vessel ng composite material ay hindi lamang nangangailangan ng winding sa iba't ibang anggulo at speed ratio sa mga end cap, kundi nangangailangan din ng iba't ibang paraan ng pag-winding depende sa istraktura. Kasabay nito, dapat isaalang-alang ang impluwensya ng mga praktikal na salik tulad ng coefficient of friction. Samakatuwid, tanging ang isang tama at makatwirang disenyo ng istruktura ang maaaring wastong gumabay sa proseso ng produksyon ng winding.pinaghalong materyalmga pressure vessel, sa gayon ay nakakagawa ng mga magaan na composite material na produktong pressure vessel na nakakatugon sa mga kinakailangan sa disenyo.

Mga Materyales para sa mga Pressure Vessel na may Fiber-Wound

Ang fiber-wound layer, bilang pangunahing bahagi ng pagdadala ng karga, ay dapat magtaglay ng mataas na lakas, mataas na modulus, mababang densidad, thermal stability, mahusay na resin wettability, mahusay na winding processability, at pare-parehong fiber bundle tightness. Ang mga karaniwang ginagamit na reinforcing fiber materials para sa mga magaan na composite pressure vessels ay kinabibilangan ng carbon fiber, PBO fiber, aramid fiber, at ultra-high molecular weight polyethylene fiber.

hibla ng karbonay isang fibrous carbon material na ang pangunahing bahagi ay carbon. Ito ay nabubuo sa pamamagitan ng pag-carbonize ng mga organic fiber precursor sa mataas na temperatura at isang high-performance fiber material na may carbon content na higit sa 95%. Ang carbon fiber ay may mahusay na mga katangian, at ang pananaliksik dito ay nagsimula mahigit 100 taon na ang nakalilipas. Ito ay isang high-strength, high-modulus, at low-density high-performance wound fiber material, na pangunahing nailalarawan sa pamamagitan ng mga sumusunod:

1. Mababang densidad at magaan. Ang densidad ng carbon fiber ay 1.7~2 g/cm³, katumbas ng 1/4 ng densidad ng bakal at 1/2 ng densidad ng aluminum alloy.

2. Mataas na lakas at mataas na modulus: Ang lakas nito ay 4-5 beses na mas mataas kaysa sa bakal, at ang elastic modulus nito ay 5-6 beses na mas mataas kaysa sa mga aluminum alloy, na nagpapakita ng ganap na elastic recovery (Zhang Eryong at Sun Yan, 2020). Ang tensile strength at elastic modulus ng carbon fiber ay maaaring umabot sa 3500-6300 MPa at 230-700 GPa, ayon sa pagkakabanggit.

3. Mababang koepisyent ng thermal expansion: Ang thermal conductivity ng carbon fiber ay bumababa kasabay ng pagtaas ng temperatura, kaya lumalaban ito sa mabilis na paglamig at pag-init. Hindi ito mabibitak kahit na lumamig mula sa ilang libong digri Celsius hanggang sa temperatura ng silid, at hindi ito matutunaw o lalambot sa isang non-oxidizing na kapaligiran sa 3000℃; hindi ito magiging malutong sa temperatura ng likido.

4. Mahusay na resistensya sa kalawang: Ang carbon fiber ay hindi tinatablan ng mga asido at kayang tiisin ang malalakas na asido tulad ng concentrated hydrochloric acid at sulfuric acid. Bukod pa rito, ang mga carbon fiber composite ay mayroon ding mga katangian tulad ng resistensya sa radiation, mahusay na kemikal na katatagan, kakayahang sumipsip ng mga nakalalasong gas, at neutron moderation, na ginagawa itong malawakang magagamit sa aerospace, militar, at marami pang ibang larangan.

Ang Aramid, isang organikong hibla na ginawa mula sa mga aromatic polyphthalamide, ay lumitaw noong huling bahagi ng dekada 1960. Ang densidad nito ay mas mababa kaysa sa carbon fiber. Ito ay nagtataglay ng mataas na lakas, mataas na ani, mahusay na resistensya sa impact, mahusay na kemikal na katatagan, at resistensya sa init, at ang presyo nito ay kalahati lamang ng carbon fiber.Mga hibla ng aramidpangunahing may mga sumusunod na katangian:

1. Magagandang mekanikal na katangian. Ang hibla ng aramid ay isang nababaluktot na polimer na may mas mataas na lakas ng pagniniting kaysa sa mga ordinaryong polyester, bulak, at nylon. Ito ay may mas mahusay na pagpahaba, malambot na pakiramdam ng kamay, at mahusay na kakayahang umikot, na nagpapahintulot dito na gawing mga hibla na may iba't ibang pino at haba.

2. Napakahusay na panlaban sa apoy at init. Ang Aramid ay may limiting oxygen index na higit sa 28, kaya hindi ito patuloy na nasusunog pagkatapos tanggalin sa apoy. Mayroon itong mahusay na thermal stability, maaaring gamitin nang tuluy-tuloy sa 205℃, at nagpapanatili ng mataas na lakas kahit sa temperaturang higit sa 205℃. Kasabay nito, ang mga hibla ng aramid ay may mataas na temperatura ng pagkabulok, na nagpapanatili ng mataas na lakas kahit sa mataas na temperatura, at nagsisimula lamang mag-carbonize sa temperaturang higit sa 370℃.

3. Matatag na mga katangiang kemikal. Ang mga hibla ng aramid ay nagpapakita ng mahusay na resistensya sa karamihan ng mga kemikal, kayang tiisin ang karamihan sa mataas na konsentrasyon ng mga inorganic acid, at may mahusay na resistensya sa alkali sa temperatura ng silid.

4. Napakahusay na mekanikal na katangian. Taglay nito ang mga natatanging mekanikal na katangian tulad ng napakataas na lakas, mataas na modulus, at magaan na timbang. Ang lakas nito ay 5-6 na beses kaysa sa alambreng bakal, ang elastic modulus nito ay 2-3 beses kaysa sa alambreng bakal o glass fiber, ang tibay nito ay doble kaysa sa alambreng bakal, at ang bigat nito ay 1/5 lamang kaysa sa alambreng bakal. Ang mga aromatic polyamide fiber ay matagal nang malawakang ginagamit na mga materyales na may mataas na pagganap na hibla, pangunahing angkop para sa mga pressure vessel sa aerospace at abyasyon na may mahigpit na mga kinakailangan para sa kalidad at hugis.

Ang hibla ng PBO ay binuo sa Estados Unidos noong dekada 1980 bilang isang materyal na pampalakas para sa mga composite na materyales na binuo para sa industriya ng aerospace. Isa ito sa mga pinakapangakong miyembro ng pamilya ng polyamide na naglalaman ng mga heterocyclic aromatic compound at kilala bilang super fiber ng ika-21 siglo. Ang hibla ng PBO ay nagtataglay ng mahusay na pisikal at kemikal na mga katangian; ang lakas, elastic modulus, at resistensya sa init ay kabilang sa mga pinakamahusay sa lahat ng mga hibla. Bukod pa rito, ang hibla ng PBO ay may mahusay na resistensya sa impact, resistensya sa abrasion, at dimensional stability, at magaan at flexible, kaya isa itong mainam na materyal na tela. Ang hibla ng PBO ay may mga sumusunod na pangunahing katangian:

1. Napakahusay na mekanikal na katangian. Ang mga high-end na produktong PBO fiber ay may lakas na 5.8 GPa at elastic modulus na 180 GPa, ang pinakamataas sa mga umiiral na kemikal na hibla.

2. Napakahusay na thermal stability. Kaya nitong tiisin ang temperaturang hanggang 600℃, na may limiting index na 68. Hindi ito nasusunog o lumiliit sa apoy, at ang heat resistance at flame retardance nito ay mas mataas kaysa sa anumang ibang organic fiber.

Bilang isang ultra-high-performance fiber para sa ika-21 siglo, ang PBO fiber ay nagtataglay ng natatanging pisikal, mekanikal, at kemikal na mga katangian. Ang lakas at elastic modulus nito ay doble kaysa sa aramid fiber, at taglay nito ang resistensya sa init at flame retardance ng meta-aramid polyamide. Ang pisikal at kemikal na mga katangian nito ay lubos na nakahigitan sa aramid fiber. Ang isang 1mm diameter na PBO fiber ay kayang magbuhat ng isang bagay na tumitimbang ng hanggang 450kg, at ang lakas nito ay higit sa 10 beses kaysa sa steel fiber.

Ultra-mataas na molekular na timbang na polyethylene fiber, na kilala rin bilang high-strength, high-modulus polyethylene fiber, ay ang hibla na may pinakamataas na specific strength at specific modulus sa mundo. Ito ay isang hibla na hinabi mula sa polyethylene na may molecular weight na 1 milyon hanggang 5 milyon. Ang ultra-high molecular weight polyethylene fiber ay pangunahing may mga sumusunod na katangian:

1. Mataas na tiyak na lakas at mataas na tiyak na modulus. Ang tiyak na lakas nito ay higit sa sampung beses kaysa sa bakal na alambre na may parehong cross-section, at ang tiyak na modulus nito ay pangalawa lamang sa espesyal na carbon fiber. Karaniwan, ang molekular na timbang nito ay higit sa 10, na may tensile strength na 3.5 GPa, elastic modulus na 116 GPa, at elongation na 3.4%.

2. Mababang densidad. Ang densidad nito ay karaniwang 0.97~0.98 g/cm³, na nagpapahintulot dito na lumutang sa tubig.

3. Mababang elongation at break. Ito ay may malakas na kapasidad sa pagsipsip ng enerhiya, mahusay na impact at cut resistance, mahusay na resistensya sa panahon, at lumalaban sa ultraviolet rays, neutrons, at gamma rays. Ito rin ay nagtataglay ng mataas na specific energy absorption, mababang dielectric constant, mataas na electromagnetic wave transmittance, at resistensya sa chemical corrosion, pati na rin ang mahusay na wear resistance at mahabang flexural life.

Ang polyethylene fiber ay nagtataglay ng maraming nakahihigit na katangian, na nagpapakita ng isang malaking kalamangan sahibla na may mataas na pagganapmerkado. Mula sa mga linya ng pagduong sa mga offshore oil field hanggang sa mga high-performance lightweight composite materials, nagpapakita ito ng napakalaking bentahe sa modernong pakikidigma, pati na rin sa mga sektor ng abyasyon, aerospace, at maritima, na gumaganap ng mahalagang papel sa mga kagamitang pangdepensa at iba pang mga larangan.