warta

Lapisan jero wadah tekanan gulungan serat utamina mangrupikeun struktur pelapis, anu fungsi utama na nyaéta pikeun ngajaga lapisan gulungan serat luar pikeun nyegah bocorna gas atanapi cairan tekanan tinggi anu disimpen di jerona, bari ogé ngajaga lapisan gulungan serat luar. Lapisan ieu henteu kakorosi ku bahan internal anu disimpen, sareng lapisan luar mangrupikeun lapisan gulungan serat anu diperkuat résin, utamina dianggo pikeun nahan seuseueurna beban tekanan dina wadah tekanan.

Struktur wadah tekanan anu dibungkus serat: Wadah tekanan bahan komposit utamina aya dina opat bentuk struktural: silinder, buleud, annular, sareng pasagi panjang. Wadah bunder diwangun ku bagian silinder sareng dua sirah. Wadah tekanan logam diproduksi dina bentuk anu saderhana, kalayan cadangan kakuatan anu kaleuleuwihi dina arah aksial. Dina tekanan internal, tegangan longitudinal sareng latitudinal tina wadah buleud sami, sareng éta satengah tegangan keliling wadah silinder. Bahan logam gaduh kakuatan anu sami dina sadaya arah; ku kituna, wadah logam buleud dirancang pikeun kakuatan anu sami sareng gaduh massa minimum pikeun volume sareng tekanan anu dipasihkeun. Kaayaan tegangan wadah buleud idéal, sareng témbok wadah tiasa didamel anu paling ipis. Nanging, kusabab kasusah anu langkung ageung dina ngadamel wadah buleud, umumna ngan ukur dianggo dina aplikasi khusus sapertos pesawat ruang angkasa. Wadah bentuk cincin jarang dina produksi industri, tapi strukturna masih diperyogikeun dina kaayaan khusus anu tangtu. Salaku conto, pesawat ruang angkasa nganggo struktur khusus ieu pikeun ngamangpaatkeun rohangan anu terbatas. Wadah pasagi panjang utamina dianggo pikeun maksimalkeun panggunaan rohangan nalika rohangan terbatas, sapertos gerbong tangki pasagi panjang pikeun mobil sareng gerbong tangki karéta api. Wadah-wadah ieu umumna mangrupikeun wadah anu bertekanan rendah atanapi bertekanan atmosfir, sareng langkung dipikaresep ku anu beuratna langkung hampang.

Kompleksitas struktur wadah tekanan bahan komposit, parobahan dadakan dina tutup tungtung sareng ketebalanna, sareng ketebalan sareng sudut tutup tungtung anu variabel nyababkeun seueur kasusah dina desain, analisis, itungan, sareng pencetakan. Kadang-kadang, wadah tekanan bahan komposit henteu ngan ukur meryogikeun lilitan dina sudut sareng rasio kecepatan anu béda dina tutup tungtung, tapi ogé meryogikeun metode lilitan anu béda-béda gumantung kana strukturna. Sakaligus, pangaruh faktor praktis sapertos koefisien gesekan kedah dipertimbangkeun. Ku alatan éta, ngan ukur desain struktural anu leres sareng wajar anu tiasa nungtun prosés produksi lilitan kalayan leres.bahan kompositwadah tekanan, sahingga ngahasilkeun produk wadah tekanan bahan komposit anu hampang anu nyumponan sarat desain.

Bahan pikeun Wadah Tekanan Serat-Lurus

Lapisan lilitan serat, salaku komponén utama anu nahan beban, kedah ngagaduhan kakuatan anu luhur, modulus anu luhur, kapadetan anu handap, stabilitas termal, kabaseuhan résin anu saé, prosés lilitan anu saé, sareng kateguhan bundel serat anu seragam. Bahan serat panguat anu umum dianggo pikeun wadah tekanan komposit anu hampang kalebet serat karbon, serat PBO, serat aramid, sareng serat polietilen beurat molekul ultra-luhur.

Serat karbonnyaéta bahan karbon serat anu komponén utama nyaéta karbon. Ieu dibentuk ku cara ngakarbonisasi prékursor serat organik dina suhu anu luhur sareng mangrupikeun bahan serat kinerja tinggi kalayan kandungan karbon ngaleuwihan 95%. Serat karbon ngagaduhan sipat anu saé, sareng panilitian ngeunaan éta dimimitian langkung ti 100 taun ka pengker. Éta mangrupikeun bahan serat gulung kinerja tinggi anu kakuatan tinggi, modulus tinggi, sareng kapadetan rendah, utamina dicirikeun ku ieu:

1. Kapadetanna handap sareng beuratna hampang. Kapadetan serat karbon nyaéta 1,7 ~ 2 g / cm³, sami sareng 1/4 kapadetan baja sareng 1/2 kapadetan paduan aluminium.

2. Kakuatan luhur sareng modulus luhur: Kakuatanana 4-5 kali langkung luhur tibatan baja, sareng modulus élastisna 5-6 kali langkung luhur tibatan paduan aluminium, nunjukkeun pamulihan élastis mutlak (Zhang Eryong sareng Sun Yan, 2020). Kakuatan tarik sareng modulus élastis serat karbon masing-masing tiasa ngahontal 3500-6300 MPa sareng 230-700 GPa.

3. Koefisien ékspansi termal anu handap: Konduktivitas termal serat karbon nurun kalayan ningkatna suhu, janten tahan kana pendinginan sareng pemanasan anu gancang. Éta moal retak sanajan parantos didinginkan ti sababaraha rébu derajat Celsius ka suhu kamar, sareng éta moal lebur atanapi lemes dina atmosfir non-oksidasi dina 3000℃; éta moal janten rapuh dina suhu cair.

4. Résistansi korosi anu saé: Serat karbon inert kana asam sareng tiasa tahan asam kuat sapertos asam klorida pekat sareng asam sulfat. Salajengna, komposit serat karbon ogé ngagaduhan ciri sapertos résistansi radiasi, stabilitas kimia anu saé, kamampuan pikeun nyerep gas toksik, sareng moderasi neutron, jantenkeun éta tiasa dianggo sacara lega dina aerospace, militer, sareng seueur widang sanésna.

Aramid, serat organik anu disintésis tina poliftalamida aromatik, muncul dina ahir taun 1960-an. Kapadatanna leuwih handap tibatan serat karbon. Serat ieu mibanda kakuatan anu luhur, hasil anu luhur, résistansi dampak anu saé, stabilitas kimia anu saé, sareng résistansi panas, sareng hargana ngan satengahna tina serat karbon.Serat aramidutamana mibanda ciri-ciri ieu:

1. Sipat mékanis anu saé. Serat aramid nyaéta polimér fléksibel kalayan kakuatan tarik anu langkung luhur tibatan poliéster biasa, katun, sareng nilon. Serat ieu ngagaduhan elongasi anu langkung ageung, karasa lemes ku leungeun, sareng kamampuan spinning anu saé, anu ngamungkinkeun serat ieu didamel janten serat anu béda-béda kehalusan sareng panjangna.

2. Tahan seuneu sareng tahan panas anu saé pisan. Aramid gaduh indéks oksigén anu ngawatesan langkung ti 28, janten henteu teras kaduruk saatos dicabut tina seuneu. Éta gaduh stabilitas termal anu saé, tiasa dianggo terus-terusan dina suhu 205℃, sareng ngajaga kakuatan anu luhur bahkan dina suhu di luhur 205℃. Sakaligus, serat aramid gaduh suhu dekomposisi anu luhur, ngajaga kakuatan anu luhur bahkan dina suhu anu luhur, sareng ngan ukur mimiti ngakarbonisasi dina suhu di luhur 370℃.

3. Sipat kimia anu stabil. Serat aramid nunjukkeun résistansi anu saé pisan kana kalolobaan bahan kimia, tiasa nahan kalolobaan asam anorganik konsentrasi anu luhur, sareng gaduh résistansi alkali anu saé dina suhu kamar.

4. Sipat mékanis anu saé pisan. Serat poliamida aromatik ieu mibanda sipat mékanis anu luar biasa sapertos kakuatan ultra-luhur, modulus anu luhur, sareng beurat anu hampang. Kakuatanana 5-6 kali lipat tibatan kawat baja, modulus élastisna 2-3 kali lipat tibatan kawat baja atanapi serat gelas, kateguhanana dua kali lipat tibatan kawat baja, sareng beuratna ngan ukur 1/5 tibatan kawat baja. Serat poliamida aromatik parantos lami dianggo sacara lega salaku bahan serat kinerja tinggi, utamina cocog pikeun wadah tekanan aerospace sareng penerbangan kalayan sarat anu ketat pikeun kualitas sareng bentuk.

Serat PBO dimekarkeun di Amérika Serikat dina taun 1980-an salaku bahan panguat pikeun bahan komposit anu dimekarkeun pikeun industri aerospace. Ieu mangrupikeun salah sahiji anggota kulawarga poliamida anu paling ngajangjikeun anu ngandung sanyawa aromatik hétérosiklik sareng dikenal salaku serat super abad ka-21. Serat PBO ngagaduhan sipat fisik sareng kimia anu saé; kakuatan, modulus élastis, sareng tahan panasna mangrupikeun anu pangsaéna tina sadaya serat. Salajengna, serat PBO ngagaduhan résistansi dampak anu saé, résistansi abrasi, sareng stabilitas diménsi, sareng hampang sareng fléksibel, jantenkeun éta bahan tékstil anu idéal. Serat PBO ngagaduhan ciri utama ieu:

1. Sipat mékanis anu saé pisan. Produk serat PBO kelas luhur gaduh kakuatan 5,8 GPa sareng modulus élastis 180 GPa, anu pangluhurna di antara serat kimia anu tos aya.

2. Stabilitas termal anu saé pisan. Serat ieu tiasa tahan suhu dugi ka 600℃, kalayan indéks pangwates 68. Serat ieu henteu kaduruk atanapi menyusut dina seuneu, sareng résistansi panas sareng résistansi seuneu na langkung luhur tibatan serat organik anu sanés.

Salaku serat kinerja ultra-luhur abad ka-21, serat PBO mibanda sipat fisik, mékanis, sareng kimia anu luar biasa. Kakuatan sareng modulus élastisna dua kali lipat tibatan serat aramid, sareng mibanda résistansi panas sareng résistansi seuneu sapertos poliamida meta-aramid. Sipat fisik sareng kimiana ngaleuwihan serat aramid. Serat PBO diaméter 1mm tiasa ngangkat barang anu beuratna dugi ka 450kg, sareng kakuatanna langkung ti 10 kali lipat tibatan serat baja.

Serat polietilen beurat molekul ultra-luhur, katelah ogé serat polietilen modulus tinggi kakuatan tinggi, nyaéta serat anu gaduh kakuatan spésifik sareng modulus spésifik pangluhurna di dunya. Éta mangrupikeun serat anu dipintal tina polietilen kalayan beurat molekul 1 juta dugi ka 5 juta. Serat polietilen beurat molekul ultra tinggi utamina gaduh ciri-ciri ieu:

1. Kakuatan spésifik anu luhur sareng modulus spésifik anu luhur. Kakuatan spésifikna langkung ti sapuluh kali lipat kawat baja anu sami penampangna, sareng modulus spésifikna kadua saatos serat karbon khusus. Biasana, beurat molekulna langkung ageung tibatan 10, kalayan kakuatan tarik 3,5 GPa, modulus élastis 116 GPa, sareng elongasi 3,4%.

2. Kapadetanna handap. Kapadetanna umumna 0,97~0,98 g/cm³, anu ngamungkinkeun éta ngambang dina cai.

3. Elongasi nalika putus handap. Ieu logam mibanda kapasitas nyerep énergi anu kuat, résistansi dampak sareng motong anu saé pisan, résistansi cuaca anu saé pisan, sareng tahan kana sinar ultraviolét, neutron, sareng sinar gamma. Éta ogé mibanda panyerepan énergi spésifik anu luhur, konstanta dielektrik anu handap, transmitansi gelombang éléktromagnétik anu luhur, sareng résistansi kana korosi kimia, ogé résistansi aus anu saé sareng umur fléksibel anu panjang.

Serat polietilen mibanda seueur sipat anu unggul, nunjukkeun kaunggulan anu signifikan dinaserat kinerja tinggipasar. Tina jalur tambat di ladang minyak lepas pantai dugi ka bahan komposit hampang kinerja tinggi, éta nunjukkeun kaunggulan anu luar biasa dina perang modéren, ogé dina séktor penerbangan, aerospace, sareng maritim, maénkeun peran penting dina peralatan pertahanan sareng widang sanésna.