hír

A szálerősítésű nyomástartó edény belső rétege elsősorban egy bélésszerkezet, amelynek fő funkciója, hogy tömítőgátként működjön, megakadályozza a benne tárolt nagynyomású gáz vagy folyadék szivárgását, miközben védi a külső szálerősítésű réteget is. Ezt a réteget nem korrodálja a benne tárolt anyag, és a külső réteg egy gyantával erősített szálerősítésű réteg, amelyet főként a nyomástartó edényben lévő nyomásterhelés nagy részének viselésére használnak.

A száltekercses nyomástartó edény szerkezete: A kompozit anyagú nyomástartó edények főként négy szerkezeti formában kaphatók: hengeres, gömb alakú, gyűrű alakú és téglalap alakú. A kör alakú edény egy hengeres szakaszból és két fejrészből áll. A fém nyomástartó edényeket egyszerű formákban gyártják, tengelyirányú többlet szilárdsági tartalékokkal. Belső nyomás alatt a gömb alakú edény hossz- és szélességi feszültsége egyenlő, és ez a hengeres edény kerületi feszültségének a fele. A fém anyagok minden irányban azonos szilárdsággal rendelkeznek; ezért a gömb alakú fémedényeket azonos szilárdságra tervezték, és egy adott térfogathoz és nyomáshoz minimális tömeggel rendelkeznek. A gömb alakú edény feszültségi állapota ideális, és az edényfal a legvékonyabbra készíthető. A gömb alakú edények gyártásának nagyobb nehézsége miatt azonban általában csak speciális alkalmazásokban, például űrhajókban használják őket. A gyűrű alakú tartályok ritkák az ipari termelésben, de bizonyos speciális helyzetekben mégis szükségesek a szerkezetük. Például az űrhajók ezt a speciális szerkezetet alkalmazzák a korlátozott hely teljes kihasználására. A téglalap alakú tartályokat főként a helykihasználás maximalizálására használják, amikor a hely korlátozott, például téglalap alakú tartálykocsikhoz autókhoz és vasúti tartálykocsikhoz. Ezek a tartályok általában alacsony nyomású vagy légköri nyomású edények, és a könnyebb súly előnyösebb.

A kompozit anyagú nyomástartó edények szerkezetének összetettsége, a végzárók és azok vastagságának hirtelen változásai, valamint a végzárók változó vastagsága és szöge számos nehézséget okoz a tervezésben, elemzésben, számításban és öntésben. A kompozit anyagú nyomástartó edényeknél néha nemcsak a végzárókban különböző szögekben és sebességarányokban kell tekercselni, hanem a szerkezettől függően eltérő tekercselési módszereket is. Ezzel egyidejűleg figyelembe kell venni a gyakorlati tényezők, például a súrlódási együttható hatását. Ezért csak a helyes és ésszerű szerkezeti tervezés irányíthatja megfelelően a tekercselési gyártási folyamatot.kompozit anyagnyomástartó edényeket, ezáltal olyan könnyű kompozit anyagú nyomástartó edénytermékeket állítva elő, amelyek megfelelnek a tervezési követelményeknek.

Szálas tekercselésű nyomástartó edények anyagai

A száltekercselésű rétegnek, mint fő teherhordó alkotóelemnek, nagy szilárdsággal, nagy modulussal, alacsony sűrűséggel, hőstabilitással, jó gyantanedvesíthetőséggel, jó tekercselési feldolgozhatósággal és egyenletes szálköteg-tömörséggel kell rendelkeznie. A könnyű kompozit nyomástartó edényekhez gyakran használt erősítő szálas anyagok közé tartozik a szénszál, a PBO szál, az aramid szál és az ultranagy molekulatömegű polietilén szál.

Szénszálegy rostos szénanyag, amelynek fő összetevője a szén. Szerves rostprekurzorok magas hőmérsékleten történő karbonizálásával képződik, és egy nagy teljesítményű rostanyag, amelynek széntartalma meghaladja a 95%-ot. A szénszál kiváló tulajdonságokkal rendelkezik, és a kutatása több mint 100 évvel ezelőtt kezdődött. Nagy szilárdságú, nagy modulusú és kis sűrűségű, nagy teljesítményű tekercselt rostanyag, amelyet főként a következők jellemeznek:

1. Alacsony sűrűség és könnyű súly. A szénszál sűrűsége 1,7~2 g/cm³, ami az acél sűrűségének negyedének és az alumíniumötvözet sűrűségének felének felel meg.

2. Nagy szilárdság és nagy modulus: Szilárdsága 4-5-ször nagyobb, mint az acélé, rugalmassági modulusa pedig 5-6-szor nagyobb, mint az alumíniumötvözeté, így abszolút rugalmas visszaalakulást mutat (Zhang Eryong és Sun Yan, 2020). A szénszál szakítószilárdsága és rugalmassági modulusa elérheti a 3500-6300 MPa-t, illetve a 230-700 GPa-t.

3. Alacsony hőtágulási együttható: A szénszál hővezető képessége a hőmérséklet növekedésével csökken, így ellenáll a gyors hűtésnek és melegítésnek. Több ezer Celsius-fokról szobahőmérsékletre történő lehűlés után sem reped meg, és 3000 ℃-on nem oxidáló atmoszférában nem olvad meg és nem lágyul meg, folyékony hőmérsékleten pedig nem válik rideggé.

4. Jó korrózióállóság: A szénszál inert a savakkal szemben, és ellenáll az erős savaknak, például a tömény sósavnak és a kénsavnak. Továbbá a szénszálas kompozitok olyan tulajdonságokkal is rendelkeznek, mint a sugárzásállóság, a jó kémiai stabilitás, a mérgező gázok elnyelésének képessége és a neutronmoderálás, így széles körben alkalmazhatók a repülőgépiparban, a katonai iparban és sok más területen.

Az aramid, egy aromás poliftalamidokból szintetizált szerves szál, az 1960-as évek végén jelent meg. Sűrűsége alacsonyabb, mint a szénszálé. Nagy szilárdsággal, magas hozammal, jó ütésállósággal, jó kémiai stabilitással és hőállósággal rendelkezik, és az ára csak a szénszálénak a fele.Aramid szálakfőként a következő tulajdonságokkal rendelkeznek:

1. Jó mechanikai tulajdonságok. Az aramid szál egy rugalmas polimer, amelynek nagyobb a szakítószilárdsága, mint a hagyományos poliésztereknek, pamutnak és nejlonnak. Nagyobb a nyúlása, puha tapintású és jó a fonhatósága, így különböző finomságú és hosszúságú szálakká alakítható.

2. Kiváló égésgátló és hőálló. Az aramid határ oxigénindexe nagyobb, mint 28, így a lángból való eltávolítás után nem ég tovább. Jó hőstabilitással rendelkezik, 205 ℃-on folyamatosan használható, és 205 ℃ feletti hőmérsékleten is megőrzi nagy szilárdságát. Ugyanakkor az aramid szálak magas bomlási hőmérséklettel rendelkeznek, magas hőmérsékleten is megőrzik nagy szilárdságukat, és csak 370 ℃ feletti hőmérsékleten kezdenek elszenesedni.

3. Stabil kémiai tulajdonságok. Az aramid szálak kiválóan ellenállnak a legtöbb vegyszernek, ellenállnak a szervetlen savak nagy koncentrációjának, és szobahőmérsékleten jó lúgállósággal rendelkeznek.

4. Kiváló mechanikai tulajdonságok. Kiemelkedő mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, mint például az ultra nagy szilárdság, a nagy modulus és a könnyű súly. Szilárdsága 5-6-szorosa az acélhuzalénak, rugalmassági modulusa 2-3-szorosa az acélhuzalénak vagy üvegszálénak, szívóssága kétszerese az acélhuzalénak, súlya pedig mindössze 1/5-e az acélhuzalénak. Az aromás poliamid szálak régóta széles körben használt nagy teljesítményű szálasanyagok, elsősorban repülőgépipari és repülési nyomástartó edényekhez alkalmasak, szigorú minőségi és alakbeli követelményekkel.

A PBO szálat az Egyesült Államokban fejlesztették ki az 1980-as években, repülőgépipar számára fejlesztett kompozit anyagok erősítőanyagaként. A heterociklusos aromás vegyületeket tartalmazó poliamid család egyik legígéretesebb tagja, és a 21. század szuperszálaként ismert. A PBO szál kiváló fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkezik; szilárdsága, rugalmassági modulusa és hőállósága az összes szál közül a legjobbak közé tartozik. Továbbá a PBO szál kiváló ütésállósággal, kopásállósággal és méretstabilitással rendelkezik, valamint könnyű és rugalmas, így ideális textilanyag. A PBO szál a következő főbb jellemzőkkel rendelkezik:

1. Kiváló mechanikai tulajdonságok. A csúcskategóriás PBO szálak 5,8 GPa szilárdsággal és 180 GPa rugalmassági modulussal rendelkeznek, ami a legmagasabb a meglévő kémiai szálak között.

2. Kiváló hőstabilitás. Akár 600 ℃-os hőmérsékletet is elvisel, 68-as határértékkel. Nem ég és nem zsugorodik lángban, hőállósága és égésgátló képessége pedig magasabb, mint bármely más szerves szálé.

21. századi ultra-nagy teljesítményű szálként a PBO szál kiemelkedő fizikai, mechanikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkezik. Szilárdsága és rugalmassági modulusa kétszerese az aramid szálénak, hőállósága és lángállósága pedig a meta-aramid poliamidéhoz hasonló. Fizikai és kémiai tulajdonságai teljes mértékben felülmúlják az aramid szálét. Egy 1 mm átmérőjű PBO szál akár 450 kg súlyú tárgyat is képes felemelni, szilárdsága pedig több mint tízszerese az acélszálénak.

Ultra nagy molekulatömegű polietilén szálA nagy szilárdságú, nagy modulusú polietilén szálként is ismert, a világ legnagyobb fajlagos szilárdságú és fajlagos modulusú szála. 1 millió és 5 millió közötti molekulatömegű polietilénből fonott szál. Az ultranagy molekulatömegű polietilén szál fő jellemzői a következők:

1. Nagy fajlagos szilárdság és nagy fajlagos modulus. Fajlagos szilárdsága több mint tízszerese az azonos keresztmetszetű acélhuzalénak, fajlagos modulusa pedig csak a speciális szénszálak után áll. Molekulatömege jellemzően nagyobb, mint 10, szakítószilárdsága 3,5 GPa, rugalmassági modulusa 116 GPa, nyúlása pedig 3,4%.

2. Alacsony sűrűség. Sűrűsége általában 0,97~0,98 g/cm³, így képes a vízen úszni.

3. Alacsony szakadási nyúlás. Erős energiaelnyelő képességgel, kiváló ütés- és vágásállósággal, kiváló időjárásállósággal rendelkezik, és ellenáll az ultraibolya sugaraknak, neutronoknak és gammasugaraknak. Emellett magas fajlagos energiaelnyeléssel, alacsony dielektromos állandóval, magas elektromágneses hullámáteresztő képességgel és kémiai korrózióállósággal, valamint jó kopásállósággal és hosszú hajlítási élettartammal rendelkezik.

A polietilén szál számos kiváló tulajdonsággal rendelkezik, amelyek jelentős előnyt jelentenek a következőkben:nagy teljesítményű szálpiac. A tengeri olajmezők kikötőköteleitől a nagy teljesítményű könnyű kompozit anyagokig óriási előnyöket kínál a modern hadviselésben, valamint a repülésben, a repülőgépiparban és a tengerészeti ágazatban, kulcsszerepet játszva a védelmi felszerelésekben és más területeken.