uutiset

Kuitukankaisen paineastian sisäkerros on ensisijaisesti vuorausrakenne, jonka päätehtävänä on toimia tiivistyskerroksena, joka estää sisällä olevan korkeapaineisen kaasun tai nesteen vuotamisen ja samalla suojata ulompaa kuitukankaista kerrosta. Tämä kerros ei syövytä sisällä olevaa varastoitua materiaalia, ja ulompi kerros on hartsivahvisteinen kuitukankainen kerros, jota käytetään pääasiassa kannattelemaan suurinta osaa paineastian sisäisestä painekuormasta.

Kuitukankaasta valmistetun paineastian rakenne: Komposiittimateriaaleista valmistettuja paineastioita on pääasiassa neljää eri rakennemuotoa: lieriömäisiä, pallomaisia, rengasmaisia ​​ja suorakaiteen muotoisia. Pyöreä säiliö koostuu lieriömäisestä osasta ja kahdesta päästä. Metallisia paineastioita valmistetaan yksinkertaisina muotoina, ja niillä on aksiaalisessa suunnassa ylimääräisiä lujuusreservejä. Sisäisen paineen alaisena pallomaisen säiliön pituus- ja leveysjännitykset ovat yhtä suuret, ja se on puolet lieriömäisen säiliön kehäjännityksestä. Metallimateriaaleilla on sama lujuus kaikkiin suuntiin; siksi pallomaiset metallisäiliöt on suunniteltu yhtä lujiksi ja niillä on pienin massa tietyllä tilavuudella ja paineella. Pallomaisen säiliön jännitystila on ihanteellinen, ja säiliön seinämä voidaan tehdä ohuimmaksi. Pallomaisten säiliöiden valmistuksen suuremman vaikeuden vuoksi niitä käytetään kuitenkin yleensä vain erikoissovelluksissa, kuten avaruusaluksissa. Rengasmaiset säiliöt ovat harvinaisia ​​teollisessa tuotannossa, mutta niiden rakenne on silti välttämätön tietyissä erityistilanteissa. Esimerkiksi avaruusalukset käyttävät tätä erityisrakennetta rajoitetun tilan täysimääräiseen hyödyntämiseen. Suorakaiteen muotoisia säiliöitä käytetään pääasiassa tilankäytön maksimoimiseksi, kun tilaa on rajoitetusti, kuten suorakaiteen muotoisissa säiliövaunuissa autoille ja rautatiesäiliövaunuissa. Nämä säiliöt ovat yleensä matalapaine- tai ilmakehän paineastioita, ja kevyempi paino on parempi.

Komposiittimateriaalista valmistetun paineastian rakenteen monimutkaisuus, päätykansien ja niiden paksuuden äkilliset muutokset sekä päätykansien vaihteleva paksuus ja kulma aiheuttavat monia vaikeuksia suunnittelussa, analysoinnissa, laskennassa ja muovauksessa. Joskus komposiittimateriaalista valmistetut paineastiat eivät vaadi ainoastaan ​​käämitystä eri kulmissa ja nopeussuhteissa päätykansissa, vaan myös erilaisia ​​käämitysmenetelmiä rakenteesta riippuen. Samanaikaisesti on otettava huomioon käytännön tekijöiden, kuten kitkakertoimen, vaikutus. Siksi vain oikea ja järkevä rakennesuunnittelu voi ohjata käämityksen tuotantoprosessia asianmukaisesti.komposiittimateriaalipaineastioita, jolloin syntyy kevyitä komposiittimateriaalista valmistettuja paineastiatuotteita, jotka täyttävät suunnitteluvaatimukset.

Kuitukäämittyjen paineastioiden materiaalit

Kuitukerroksella, joka on tärkein kuormaa kantava komponentti, on oltava korkea lujuus, korkea moduuli, alhainen tiheys, lämmönkestävyys, hyvä hartsin kostuvuus, hyvä käämityksen prosessoitavuus ja tasainen kuitukimppujen tiiviys. Yleisesti käytettyjä kuituvahvikemateriaaleja kevyissä komposiittipaineastioissa ovat hiilikuitu, PBO-kuitu, aramidikuitu ja erittäin suurimolekyylipainoinen polyeteenikuitu.

hiilikuituon kuituinen hiilimateriaali, jonka pääkomponentti on hiili. Se muodostetaan hiilettämällä orgaanisia kuituesiasteita korkeissa lämpötiloissa, ja se on erittäin suorituskykyinen kuitumateriaali, jonka hiilipitoisuus on yli 95 %. Hiilikuidulla on erinomaiset ominaisuudet, ja sen tutkimus aloitettiin yli 100 vuotta sitten. Se on erittäin luja, korkean moduulin ja matalan tiheyden omaava, erittäin suorituskykyinen kierretty kuitumateriaali, jolle on ominaista pääasiassa seuraavat ominaisuudet:

1. Alhainen tiheys ja kevyt paino. Hiilikuidun tiheys on 1,7–2 g/cm³, mikä vastaa 1/4 teräksen tiheydestä ja 1/2 alumiiniseoksen tiheydestä.

2. Suuri lujuus ja korkea kimmomoduuli: Sen lujuus on 4–5 kertaa suurempi kuin teräksellä ja sen kimmomoduuli on 5–6 kertaa suurempi kuin alumiiniseoksilla, mikä osoittaa absoluuttista elastista palautumista (Zhang Eryong ja Sun Yan, 2020). Hiilikuidun vetolujuus ja kimmomoduuli voivat olla vastaavasti 3500–6300 MPa ja 230–700 GPa.

3. Alhainen lämpölaajenemiskerroin: Hiilikuidun lämmönjohtavuus pienenee lämpötilan noustessa, minkä ansiosta se kestää nopeaa jäähdytystä ja kuumentamista. Se ei halkeile edes useista tuhansista celsiusasteista huoneenlämpötilaan jäähdytettynä, eikä se sula tai pehmene hapettumattomassa ilmakehässä 3000 ℃:ssa eikä haurastu nestemäisissä lämpötiloissa.

4. Hyvä korroosionkestävyys: Hiilikuitu on inertti happoille ja kestää vahvoja happoja, kuten väkevää suolahappoa ja rikkihappoa. Lisäksi hiilikuitukomposiiteilla on ominaisuuksia, kuten säteilynkestävyys, hyvä kemiallinen stabiilius, kyky absorboida myrkyllisiä kaasuja ja neutronien hidastuminen, minkä ansiosta niitä voidaan käyttää laajalti ilmailu- ja avaruustekniikassa, sotilasalalla ja monilla muilla aloilla.

Aramidi, aromaattisista polyftaaliamideista syntetisoitu orgaaninen kuitu, syntyi 1960-luvun lopulla. Sen tiheys on pienempi kuin hiilikuidun. Sillä on korkea lujuus, korkea saanto, hyvä iskunkestävyys, hyvä kemiallinen stabiilius ja lämmönkestävyys, ja sen hinta on vain puolet hiilikuidun hinnasta.Aramidikuitujapääasiassa seuraavat ominaisuudet:

1. Hyvät mekaaniset ominaisuudet. Aramidikuitu on joustava polymeeri, jonka vetolujuus on suurempi kuin tavallisilla polyestereillä, puuvillalla ja nailonilla. Sen venymä on suurempi, se tuntuu pehmeältä ja sen kehrättävyys on hyvä, minkä ansiosta siitä voidaan valmistaa eri hienoisia ja pituisia kuituja.

2. Erinomainen palonestoaine ja lämmönkestävyys. Aramidin rajahappi-indeksi on yli 28, joten se ei jatka palamista liekistä poistamisen jälkeen. Sillä on hyvä lämmönkestävyys, sitä voidaan käyttää jatkuvasti 205 ℃:ssa, ja se säilyttää korkean lujuuden jopa yli 205 ℃:n lämpötiloissa. Samanaikaisesti aramidikuiduilla on korkea hajoamislämpötila, joten ne säilyttävät korkean lujuuden myös korkeissa lämpötiloissa, ja ne alkavat hiiltyä vasta yli 370 ℃:n lämpötiloissa.

3. Vakaat kemialliset ominaisuudet. Aramidikuidut kestävät erinomaisesti useimpia kemikaaleja, useimpia epäorgaanisten happojen korkeita pitoisuuksia ja niillä on hyvä emäksenkestävyys huoneenlämmössä.

4. Erinomaiset mekaaniset ominaisuudet. Sillä on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet, kuten erittäin korkea lujuus, korkea kimmokerroin ja kevyt paino. Sen lujuus on 5–6 kertaa teräslangan lujuus, kimmokerroin 2–3 kertaa teräslangan tai lasikuidun lujuus, sitkeys kaksinkertainen teräslangan lujuus ja paino vain 1/5 teräslangan painosta. Aromaattisia polyamidikuituja on pitkään käytetty laajalti korkean suorituskyvyn kuitumateriaaleina, jotka soveltuvat ensisijaisesti ilmailu- ja ilmailualan paineastioihin, joilla on tiukat laatu- ja muotovaatimukset.

PBO-kuitu kehitettiin Yhdysvalloissa 1980-luvulla lujitemateriaaliksi ilmailuteollisuudelle kehitetyille komposiittimateriaaleille. Se on yksi lupaavimmista heterosyklisiä aromaattisia yhdisteitä sisältävien polyamidien perheenjäsenistä, ja se tunnetaan 2000-luvun superkuituna. PBO-kuidulla on erinomaiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet; sen lujuus, kimmokerroin ja lämmönkestävyys ovat parhaimmistoa kaikista kuiduista. Lisäksi PBO-kuidulla on erinomainen iskunkestävyys, kulutuskestävyys ja mittapysyvyys, ja se on kevyt ja joustava, mikä tekee siitä ihanteellisen tekstiilimateriaalin. PBO-kuidulla on seuraavat pääominaisuudet:

1. Erinomaiset mekaaniset ominaisuudet. Huippuluokan PBO-kuitutuotteiden lujuus on 5,8 GPa ja kimmokerroin 180 GPa, mikä on korkein olemassa olevien kemiallisten kuitujen joukossa.

2. Erinomainen lämmönkestävyys. Kestää jopa 600 ℃:n lämpötiloja, ja sen raja-arvo on 68. Se ei pala tai kutistu liekissä, ja sen lämmönkestävyys ja palonestokyky ovat korkeammat kuin millään muulla orgaanisella kuidulla.

2000-luvun erittäin suorituskykyisenä kuituna PBO-kuidulla on erinomaiset fysikaaliset, mekaaniset ja kemialliset ominaisuudet. Sen lujuus ja kimmokerroin ovat kaksi kertaa aramidikuidun lujuudet, ja sillä on meta-aramidipolyamidin lämmönkestävyys ja palonesto. Sen fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet ylittävät täysin aramidikuidun ominaisuudet. 1 mm:n halkaisijaltaan oleva PBO-kuitu voi nostaa jopa 450 kg painavan esineen, ja sen lujuus on yli 10 kertaa teräskuidun lujuus.

Erittäin suuren molekyylipainon omaava polyeteenikuitu, joka tunnetaan myös nimellä erittäin luja, korkean moduulin polyeteenikuitu, on kuitu, jolla on maailman suurin ominaislujuus ja ominaismoduuli. Se on polyeteenistä kehrätty kuitu, jonka molekyylipaino on 1–5 miljoonaa. Erittäin suuren molekyylipainon omaavalla polyeteenikuidulla on pääasiassa seuraavat ominaisuudet:

1. Korkea ominaislujuus ja korkea ominaismoduuli. Sen ominaislujuus on yli kymmenen kertaa saman poikkileikkauksen omaavan teräslangan kaltainen, ja sen ominaismoduuli on toiseksi paras vain erikoishiilikuidun jälkeen. Tyypillisesti sen molekyylipaino on yli 10, vetolujuus 3,5 GPa, kimmomoduuli 116 GPa ja venymä 3,4 %.

2. Alhainen tiheys. Sen tiheys on yleensä 0,97–0,98 g/cm³, minkä ansiosta se kelluu veden pinnalla.

3. Alhainen murtovenymä. Sillä on vahva energianabsorptiokyky, erinomainen iskun- ja viillonkestävyys, erinomainen säänkestävyys ja se kestää ultraviolettisäteitä, neutroneja ja gammasäteitä. Sillä on myös korkea ominaisenergianabsorptiokyky, alhainen dielektrisyysvakio, korkea sähkömagneettisten aaltojen läpäisykyky ja kemiallisen korroosion kestävyys sekä hyvä kulutuskestävyys ja pitkä taivutusikä.

Polyeteenikuitu omaa monia erinomaisia ​​ominaisuuksia, mikä osoittaa merkittävää etua mm.korkean suorituskyvyn kuitumarkkinat. Offshore-öljykenttien kiinnitysköysistä korkean suorituskyvyn kevyisiin komposiittimateriaaleihin, sillä on valtavia etuja nykyaikaisessa sodankäynnissä sekä ilmailu-, avaruus- ja merenkulkualoilla, ja sillä on ratkaiseva rooli puolustusvarusteissa ja muilla alueilla.