вести

Внатрешниот слој на садот под притисок намотан со влакна е првенствено облога, чија главна функција е да дејствува како заптивна бариера за да се спречи истекување на гасот или течноста под висок притисок складирана внатре, а истовремено да го заштити надворешниот слој намотан со влакна. Овој слој не е кородиран од внатрешно складираниот материјал, а надворешниот слој е слој намотан со влакна зајакнат со смола, главно се користи за да го издржи поголемиот дел од оптоварувањето на притисокот во садот под притисок.

Структура на сад под притисок направен од влакна: Садовите под притисок од композитни материјали главно се достапни во четири структурни форми: цилиндрични, сферични, прстенести и правоаголни. Кружниот сад се состои од цилиндричен пресек и две глави. Металните садови под притисок се произведуваат во едноставни форми, со вишок резерви на цврстина во аксијалната насока. Под внатрешен притисок, надолжните и латитудиналните напрегања на сферичниот сад се еднакви, а тоа е половина од периферниот напрегање на цилиндричниот сад. Металните материјали имаат еднаква цврстина во сите насоки; затоа, сферичните метални садови се дизајнирани за еднаква цврстина и имаат минимална маса за даден волумен и притисок. Состојбата на напрегање на сферичниот сад е идеална, а ѕидот на садот може да се направи најтенкиот. Сепак, поради поголемата тешкотија во производството на сферични садови, тие генерално се користат само во специјални апликации како што се вселенските летала. Контејнерите во облик на прстен се ретки во индустриското производство, но нивната структура е сè уште неопходна во одредени специфични ситуации. На пример, вселенските летала ја користат оваа посебна структура за целосно искористување на ограничениот простор. Правоаголните контејнери главно се користат за максимизирање на искористеноста на просторот кога просторот е ограничен, како што се правоаголни вагони-цистерни за автомобили и железнички вагони-цистерни. Овие контејнери се генерално садови со низок притисок или атмосферски притисок, а се претпочитаат полесни.

Сложеноста на структурата на садовите под притисок од композитниот материјал, ненадејните промени на крајните капачиња и нивната дебелина, како и променливата дебелина и агол на крајните капачиња носат многу тешкотии при дизајнирањето, анализата, пресметката и обликувањето. Понекогаш, садовите под притисок од композитниот материјал не само што бараат намотување под различни агли и соодноси на брзина на крајните капачиња, туку бараат и различни методи на намотување во зависност од структурата. Истовремено, мора да се земе предвид влијанието на практичните фактори како што е коефициентот на триење. Затоа, само правилен и разумен структурен дизајн може правилно да го води процесот на производство на намотки.композитен материјалсадови под притисок, со што се произведуваат производи од лесни композитни материјали кои ги исполнуваат барањата за дизајн.

Материјали за садови под притисок со влакна

Слојот намотан со влакна, како главна компонента што носи товар, мора да поседува висока цврстина, висок модул, мала густина, термичка стабилност, добра навлажнливост на смолата, добра обработливост на намотување и рамномерна затегнатост на снопот влакна. Најчесто користени материјали за зајакнување на влакна за лесни композитни садови под притисок вклучуваат јаглеродни влакна, PBO влакна, арамидни влакна и полиетиленски влакна со ултра висока молекуларна тежина.

Јаглеродни влакнае влакнест јаглероден материјал чија главна компонента е јаглерод. Се формира со карбонизација на прекурсори на органски влакна на високи температури и е високо-перформансен влакнест материјал со содржина на јаглерод што надминува 95%. Јаглеродните влакна имаат одлични својства, а истражувањата за нив започнаа пред повеќе од 100 години. Тоа е високо-перформансен намотан влакнест материјал со висока цврстина, висок модул и мала густина, кој главно се карактеризира со следново:

1. Мала густина и мала тежина. Густината на јаглеродните влакна е 1,7~2 g/cm³, што е еквивалентно на 1/4 од густината на челикот и 1/2 од густината на алуминиумската легура.

2. Висока цврстина и висок модул на еластичност: Неговата цврстина е 4-5 пати поголема од челикот, а неговиот модул на еластичност е 5-6 пати поголем од алуминиумските легури, покажувајќи апсолутно еластично закрепнување (Zhang Eryong и Sun Yan, 2020). Затегнувачката цврстина и модулот на еластичност на јаглеродните влакна можат да достигнат 3500-6300 MPa и 230-700 GPa, соодветно.

3. Низок коефициент на топлинска експанзија: Топлинската спроводливост на јаглеродните влакна се намалува со зголемување на температурата, што ги прави отпорни на брзо ладење и загревање. Нема да пукнат дури и по ладење од неколку илјади степени Целзиусови на собна температура и нема да се стопат или омекнат во неоксидирачка атмосфера на 3000℃; нема да станат кршливи на температури на течност.

4. Добра отпорност на корозија: Јаглеродните влакна се инертни на киселини и можат да издржат силни киселини како што се концентрирана хлороводородна киселина и сулфурна киселина. Понатаму, композитите од јаглеродни влакна поседуваат и карактеристики како што се отпорност на зрачење, добра хемиска стабилност, способност за апсорпција на токсични гасови и модерација на неутрони, што ги прави широко применливи во воздухопловството, војската и многу други области.

Арамидот, органско влакно синтетизирано од ароматични полифталамиди, се појави кон крајот на 1960-тите. Неговата густина е помала од онаа на јаглеродните влакна. Поседува висока цврстина, висок принос, добра отпорност на удар, добра хемиска стабилност и отпорност на топлина, а неговата цена е само половина од цената на јаглеродните влакна.Арамидни влакнаглавно имаат следниве карактеристики:

1. Добри механички својства. Арамидно влакно е флексибилен полимер со поголема затегнувачка цврстина од обичните полиестери, памук и најлон. Има поголемо издолжување, меко чувство при влечење и добра способност за предење, што овозможува да се направат влакна со различна финост и должина.

2. Одлично средство за забавување на пламенот и отпорност на топлина. Арамидот има ограничувачки индекс на кислород поголем од 28, така што не продолжува да гори откако ќе се отстрани од пламенот. Има добра термичка стабилност, може да се користи континуирано на 205℃ и одржува висока цврстина дури и на температури над 205℃. Истовремено, арамидните влакна имаат висока температура на распаѓање, одржувајќи висока цврстина дури и на високи температури и почнуваат да се карбонизираат само на температури над 370℃.

3. Стабилни хемиски својства. Арамидните влакна покажуваат одлична отпорност на повеќето хемикалии, можат да издржат повеќето високи концентрации на неоргански киселини и имаат добра отпорност на алкалии на собна температура.

4. Одлични механички својства. Поседува извонредни механички својства како што се ултра-висока цврстина, висок модул на еластичност и мала тежина. Неговата цврстина е 5-6 пати поголема од онаа на челичната жица, неговиот модул на еластичност е 2-3 пати поголем од оној на челичната жица или стаклените влакна, неговата цврстина е двојно поголема од онаа на челичната жица, а неговата тежина е само 1/5 од онаа на челичната жица. Ароматичните полиамидни влакна долго време се широко користени високо-перформансни влакнести материјали, првенствено погодни за воздухопловни и авијациски садови под притисок со строги барања за квалитет и облик.

PBO влакната беа развиени во Соединетите Американски Држави во 1980-тите како зајакнувачки материјал за композитни материјали развиени за воздухопловната индустрија. Тоа е еден од најперспективните членови на семејството полиамиди што содржи хетероциклични ароматични соединенија и е познат како супервлакно на 21 век. PBO влакната поседуваат одлични физички и хемиски својства; нивната цврстина, модул на еластичност и отпорност на топлина се меѓу најдобрите од сите влакна. Понатаму, PBO влакната имаат одлична отпорност на удар, отпорност на абење и димензионална стабилност, а се лесни и флексибилни, што ги прави идеален текстилен материјал. PBO влакната ги имаат следниве главни карактеристики:

1. Одлични механички својства. Производите од висококвалитетни PBO влакна имаат јачина од 5,8 GPa и модул на еластичност од 180 GPa, највисок меѓу постојните хемиски влакна.

2. Одлична термичка стабилност. Може да издржи температури до 600℃, со граничен индекс од 68. Не гори ниту се собира во пламен, а неговата отпорност на топлина и отпорност на пламен се повисоки од кое било друго органско влакно.

Како ултра-високо-перформансно влакно од 21-от век, PBO влакното поседува извонредни физички, механички и хемиски својства. Неговата цврстина и модул на еластичност се двојно поголеми од арамидните влакна, а поседува и отпорност на топлина и отпорност на пламен од мета-арамиден полиамид. Неговите физички и хемиски својства целосно ги надминуваат оние на арамидните влакна. PBO влакно со дијаметар од 1 mm може да подигне предмет со тежина до 450 кг, а неговата цврстина е повеќе од 10 пати поголема од челичните влакна.

Полиетиленски влакна со ултра висока молекуларна тежина, исто така познато како полиетиленско влакно со висока цврстина и висок модул, е влакното со највисока специфична цврстина и специфичен модул во светот. Тоа е влакно предено од полиетилен со молекуларна тежина од 1 милион до 5 милиони. Полиетиленското влакно со ултра висока молекуларна тежина главно ги има следниве карактеристики:

1. Висока специфична цврстина и висок специфичен модул. Неговата специфична цврстина е повеќе од десет пати поголема од онаа на челичната жица со ист пресек, а нејзиниот специфичен модул е ​​втор по големина веднаш зад специјалните јаглеродни влакна. Типично, неговата молекуларна тежина е поголема од 10, со цврстина на истегнување од 3,5 GPa, модул на еластичност од 116 GPa и издолжување од 3,4%.

2. Мала густина. Неговата густина е генерално 0,97~0,98 g/cm³, што му овозможува да плови по вода.

3. Мало издолжување при кинење. Има силен капацитет за апсорпција на енергија, одлична отпорност на удар и сечење, одлична отпорност на временски услови и е отпорен на ултравиолетови зраци, неутрони и гама зраци. Исто така, поседува висока специфична апсорпција на енергија, ниска диелектрична константа, висока пропустливост на електромагнетни бранови и отпорност на хемиска корозија, како и добра отпорност на абење и долг век на траење при свиткување.

Полиетиленските влакна поседуваат многу супериорни својства, што покажува значајна предност вовисоко-перформансни влакнапазар. Од прицврстувачки линии во офшор нафтените полиња до високо-перформансни лесни композитни материјали, тој покажува огромни предности во современото војување, како и во авијацискиот, воздухопловниот и поморскиот сектор, играјќи клучна улога во одбранбената опрема и други области.