вести

Унутрашњи слој посуде под притиском са влакнима је првенствено облога, чија је главна функција да делује као заптивна баријера како би се спречило цурење гаса или течности под високим притиском која се налази унутра, а истовремено штити спољашњи слој са влакнима. Овај слој не кородира унутрашњи ускладиштени материјал, а спољашњи слој је слој са влакнима ојачан смолом, који се углавном користи за ношење највећег дела оптерећења притиска унутар посуде под притиском.

Структура посуде под притиском од влакана: Посуде под притиском од композитних материјала углавном се долазе у четири структурна облика: цилиндрични, сферни, прстенасти и правоугаони. Кружна посуда се састоји од цилиндричног дела и два поклопца. Металне посуде под притиском се производе у једноставним облицима, са вишком резерви чврстоће у аксијалном правцу. Под унутрашњим притиском, уздужни и латитудинални напони сферне посуде су једнаки, и то је половина обимног напона цилиндричне посуде. Метални материјали имају једнаку чврстоћу у свим правцима; стога су сферне металне посуде пројектоване за једнаку чврстоћу и имају минималну масу за дату запремину и притисак. Напонско стање сферне посуде је идеално, а зид посуде може бити најтањи. Међутим, због веће тешкоће у производњи сферних посуда, оне се генерално користе само у посебним применама као што су свемирске летелице. Контејнери у облику прстена су ретки у индустријској производњи, али је њихова структура и даље неопходна у одређеним специфичним ситуацијама. На пример, свемирске летелице користе ову посебну структуру да би у потпуности искористиле ограничени простор. Правоугаони контејнери се углавном користе за максимизирање искоришћења простора када је простор ограничен, као што су правоугаоне цистерне за аутомобиле и железничке цистерне. Ови контејнери су генерално посуде ниског притиска или атмосферског притиска, а пожељније је да буду лакши.

Сложеност структуре посуде под притиском од композитног материјала, нагле промене у завршним капама и њиховој дебљини, као и променљива дебљина и угао завршних капа доносе многе потешкоће у пројектовању, анализи, прорачуну и обликовању. Понекад, посуде под притиском од композитног материјала не само да захтевају намотавање под различитим угловима и односима брзина у завршним капама, већ захтевају и различите методе намотавања у зависности од структуре. Истовремено, мора се узети у обзир утицај практичних фактора као што је коефицијент трења. Стога, само исправан и разуман структурни дизајн може правилно водити процес производње намотавања.композитни материјалпосуде под притиском, чиме се производе лагани производи од композитних материјала за посуде под притиском који испуњавају захтеве дизајна.

Материјали за посуде под притиском намотане влакнима

Слој намотан влакнима, као главна компонента која носи оптерећење, мора поседовати високу чврстоћу, висок модул еластичности, ниску густину, термичку стабилност, добру влажност смоле, добру обрадивост намотавања и равномерну затегнутост снопа влакана. Уобичајено коришћени материјали од влакана за ојачавање лаганих композитних посуда под притиском укључују угљенична влакна, ПБО влакна, арамидна влакна и полиетиленска влакна ултра високе молекулске тежине.

Карбонска влакнаје влакнасти угљенични материјал чија је главна компонента угљеник. Формира се карбонизацијом прекурсора органских влакана на високим температурама и представља високоперформансни влакнасти материјал са садржајем угљеника који прелази 95%. Угљенична влакна имају одлична својства, а истраживања о њима су почела пре више од 100 година. То је високочврсти, високомодуларни и високоперформансни материјал од намотаних влакана ниске густине, који се углавном карактерише следећим:

1. Мала густина и мала тежина. Густина угљеничних влакана је 1,7~2 г/цм³, што је еквивалентно 1/4 густине челика и 1/2 густине легуре алуминијума.

2. Висока чврстоћа и висок модул еластичности: Његова чврстоћа је 4-5 пута већа од челика, а модул еластичности је 5-6 пута већи од легура алуминијума, показујући апсолутни еластични опоравак (Zhang Eryong и Sun Yan, 2020). Затезна чврстоћа и модул еластичности угљеничних влакана могу достићи 3500-6300 MPa и 230-700 GPa, респективно.

3. Низак коефицијент термичког ширења: Термичка проводљивост угљеничних влакана се смањује са повећањем температуре, што их чини отпорним на брзо хлађење и загревање. Неће пуцати чак ни након хлађења са неколико хиљада степени Целзијуса на собну температуру, а неће се топити нити омекшати у неоксидујућој атмосфери на 3000℃; неће постати крхка на течним температурама.

4. Добра отпорност на корозију: Угљенична влакна су инертна према киселинама и могу да издрже јаке киселине као што су концентрована хлороводонична киселина и сумпорна киселина. Штавише, композити од угљеничних влакана такође поседују карактеристике као што су отпорност на зрачење, добра хемијска стабилност, способност апсорпције токсичних гасова и модерација неутрона, што их чини широко применљивим у ваздухопловству, војсци и многим другим областима.

Арамид, органско влакно синтетизовано од ароматичних полифталамида, појавио се крајем 1960-их. Његова густина је мања од густине угљеничних влакана. Поседује високу чврстоћу, висок принос, добру отпорност на ударце, добру хемијску стабилност и отпорност на топлоту, а његова цена је само упола нижа од цене угљеничних влакана.Арамидна влакнауглавном имају следеће карактеристике:

1. Добра механичка својства. Арамидно влакно је флексибилан полимер са већом затезном чврстоћом од обичних полиестера, памука и најлона. Има веће издужење, мекан је на додир и добру предивост, што омогућава израду влакана различите финоће и дужине.

2. Одлична отпорност на пламен и топлоту. Арамид има гранични индекс кисеоника већи од 28, тако да не наставља да гори након што се уклони из пламена. Има добру термичку стабилност, може се континуирано користити на 205℃ и одржава високу чврстоћу чак и на температурама изнад 205℃. Истовремено, арамидна влакна имају високу температуру разлагања, одржавајући високу чврстоћу чак и на високим температурама, и почињу да се карбонизују тек на температурама изнад 370℃.

3. Стабилна хемијска својства. Арамидна влакна показују одличну отпорност на већину хемикалија, могу да издрже већину високих концентрација неорганских киселина и имају добру отпорност на алкалије на собној температури.

4. Одлична механичка својства. Поседује изванредна механичка својства као што су ултра висока чврстоћа, висок модул еластичности и мала тежина. Његова чврстоћа је 5-6 пута већа од челичне жице, модул еластичности је 2-3 пута већи од челичне жице или стаклених влакана, жилавост је двоструко већа од челичне жице, а тежина је само 1/5 тежине челичне жице. Ароматична полиамидна влакна су одавно широко коришћени висококвалитетни материјали, првенствено погодни за ваздухопловне и ваздухопловне посуде под притиском са строгим захтевима за квалитет и облик.

ПБО влакна су развијена у Сједињеним Државама 1980-их година као материјал за ојачање композитних материјала развијених за ваздухопловну индустрију. То је један од најперспективнијих чланова породице полиамида који садржи хетероциклична ароматична једињења и познат је као супер влакно 21. века. ПБО влакна поседују одлична физичка и хемијска својства; њихова чврстоћа, модул еластичности и отпорност на топлоту су међу најбољима од свих влакана. Штавише, ПБО влакна имају одличну отпорност на ударце, отпорност на хабање и димензионалну стабилност, а лагана су и флексибилна, што их чини идеалним текстилним материјалом. ПБО влакна имају следеће главне карактеристике:

1. Одлична механичка својства. Врхунски производи од ПБО влакана имају чврстоћу од 5,8 ГПа и модул еластичности од 180 ГПа, што је највиши међу постојећим хемијским влакнима.

2. Одлична термичка стабилност. Може да издржи температуре до 600℃, са граничним индексом од 68. Не гори нити се скупља у пламену, а његова отпорност на топлоту и отпорност на пламен су веће него код било ког другог органског влакна.

Као ултра-високоперформансно влакно 21. века, ПБО влакно поседује изванредна физичка, механичка и хемијска својства. Његова чврстоћа и модул еластичности су двоструко већи од арамидних влакана, а поседује отпорност на топлоту и отпорност на пламен од мета-арамидног полиамида. Његова физичка и хемијска својства потпуно превазилазе она арамидних влакана. ПБО влакно пречника 1 мм може подићи предмет тежине до 450 кг, а његова чврстоћа је више од 10 пута већа од челичних влакана.

Полиетиленска влакна ултра високе молекулске тежине, такође познато као влакно од полиетилена високе чврстоће и високог модула, је влакно са највећом специфичном чврстоћом и специфичним модулом на свету. То је влакно испредено од полиетилена молекулске тежине од 1 милион до 5 милиона. Полиетиленско влакно ултра високе молекулске тежине углавном има следеће карактеристике:

1. Висока специфична чврстоћа и висок специфични модул еластичности. Његова специфична чврстоћа је више од десет пута већа од челичне жице истог попречног пресека, а специфични модул еластичности је други одмах после специјалних угљеничних влакана. Типично, његова молекулска тежина је већа од 10, са затезном чврстоћом од 3,5 GPa, модулом еластичности од 116 GPa и издужењем од 3,4%.

2. Ниска густина. Његова густина је генерално 0,97~0,98 г/цм³, што му омогућава да плута на води.

3. Мало издужење при кидању. Има снажан капацитет апсорпције енергије, одличну отпорност на ударце и сечење, одличну отпорност на временске услове и отпоран је на ултраљубичасте зраке, неутроне и гама зраке. Такође поседује високу специфичну апсорпцију енергије, ниску диелектричну константу, високу пропустљивост електромагнетних таласа и отпорност на хемијску корозију, као и добру отпорност на хабање и дуг век трајања при савијању.

Полиетиленска влакна поседују многа супериорна својства, показујући значајну предност увисокоперформансна влакнатржиште. Од привезних конопаца у приобалним нафтним пољима до високо ефикасних лаганих композитних материјала, показује огромне предности у савременом ратовању, као и у авијацији, ваздухопловству и поморству, играјући кључну улогу у одбрамбеној опреми и другим областима.