навіны

Унутраны пласт валаконна-абматанага сасуда пад ціскам — гэта ў першую чаргу абліцавальная структура, асноўная функцыя якой заключаецца ў тым, каб выконваць ролю герметычнага бар'ера для прадухілення ўцечкі газу або вадкасці пад высокім ціскам, якія захоўваюцца ўнутры, а таксама абараняць вонкавы валаконна-абматаны пласт. Гэты пласт не падвяргаецца карозіі ад унутранага матэрыялу, а вонкавы пласт — гэта валаконна-абматаны пласт, узмоцнены смалой, які ў асноўным выкарыстоўваецца для вытрымкі большай часткі нагрузкі ціску ўнутры сасуда пад ціскам.

Структура сасуда пад ціскам з валакніста-наматанага матэрыялу: Сасуды пад ціскам з кампазітных матэрыялаў у асноўным бываюць чатырох структурных формаў: цыліндрычныя, сферычныя, кальцавыя і прамавугольныя. Круглы сасуд складаецца з цыліндрычнай часткі і двух вечкаў. Металічныя сасуды пад ціскам вырабляюцца простых формаў з дадатковымі запасамі трываласці ў восевым кірунку. Пад унутраным ціскам падоўжныя і шыротныя напружанні сферычнага сасуда роўныя і складаюць палову акружнага напружання цыліндрычнага сасуда. Металічныя матэрыялы маюць аднолькавую трываласць ва ўсіх напрамках; таму сферычныя металічныя сасуды распрацаваны для аднолькавай трываласці і маюць мінімальную масу для зададзенага аб'ёму і ціску. Напружаны стан сферычнага сасуда ідэальны, і сценку сасуда можна зрабіць максімальна тонкай. Аднак з-за большай складанасці вырабу сферычных сасудаў яны звычайна выкарыстоўваюцца толькі ў спецыяльных мэтах, такіх як касмічныя караблі. Кальцавыя кантэйнеры рэдка сустракаюцца ў прамысловай вытворчасці, але іх канструкцыя ўсё яшчэ неабходная ў пэўных канкрэтных сітуацыях. Напрыклад, касмічныя караблі выкарыстоўваюць гэтую спецыяльную канструкцыю для поўнага выкарыстання абмежаванай прасторы. Прамавугольныя кантэйнеры ў асноўным выкарыстоўваюцца для максімальнага выкарыстання прасторы, калі прастора абмежаваная, напрыклад, прамавугольныя цыстэрны для аўтамабіляў і чыгуначныя цыстэрны. Гэтыя кантэйнеры звычайна з'яўляюцца сасудамі нізкага або атмасфернага ціску, і пераважнейшымі з'яўляюцца меншыя па вазе.

Складанасць канструкцыі кампазітнага матэрыялу сасудаў пад ціскам, рэзкія змены тарцовых вечкаў і іх таўшчыні, а таксама зменная таўшчыня і вугал тарцовых вечкаў ствараюць шмат цяжкасцей пры праектаванні, аналізе, разліку і фармаванні. Часам кампазітныя сасуды пад ціскам патрабуюць не толькі намоткі пад рознымі вугламі і суадносінамі хуткасцей у тарцовых вечках, але і розных метадаў намоткі ў залежнасці ад канструкцыі. Адначасова неабходна ўлічваць уплыў практычных фактараў, такіх як каэфіцыент трэння. Такім чынам, толькі правільная і разумная канструкцыя можа належным чынам кіраваць працэсам вытворчасці намоткі.кампазітны матэрыялсасуды пад ціскам, тым самым вырабляючы вырабы з лёгкіх кампазітных матэрыялаў, якія адпавядаюць патрабаванням канструкцыі.

Матэрыялы для сасудаў пад ціскам з валаконна-абматаных валакністых панэляў

Пласт з валакна, як асноўны апорны кампанент, павінен валодаць высокай трываласцю, высокім модулем пругкасці, нізкай шчыльнасцю, тэрмічнай стабільнасцю, добрай змочвальнасцю смалой, добрай апрацоўваемасцю намотвання і раўнамернай шчыльнасцю пучка валокнаў. Да часта выкарыстоўваных армавальных валакністых матэрыялаў для лёгкіх кампазітных сасудаў пад ціскам адносяцца вугляроднае валакно, валакно ПБО, араміднае валакно і поліэтыленавае валакно звышвысокай малекулярнай масай.

Вугляроднае валакно— гэта валакністы вугляродны матэрыял, асноўным кампанентам якога з'яўляецца вуглярод. Ён утвараецца шляхам карбанізацыі арганічных валокнаў-папярэднікаў пры высокіх тэмпературах і з'яўляецца высокапрадукцыйным валакністым матэрыялам з утрыманнем вугляроду больш за 95%. Вугляроднае валакно валодае выдатнымі ўласцівасцямі, і даследаванні яго пачаліся больш за 100 гадоў таму. Гэта высокатрывалы, высокамодульны і нізкашчыльны высокапрадукцыйны валакністы матэрыял, які характарызуецца наступнымі ў асноўным наступнымі характарыстыкамі:

1. Нізкая шчыльнасць і лёгкая вага. Шчыльнасць вугляроднага валакна складае 1,7~2 г/см³, што эквівалентна 1/4 шчыльнасці сталі і 1/2 шчыльнасці алюмініевага сплаву.

2. Высокая трываласць і высокі модуль пругкасці: трываласць у 4-5 разоў вышэйшая за сталь, а модуль пругкасці ў 5-6 разоў вышэйшы за алюмініевыя сплавы, што дазваляе цалкам аднавіць пругкасць (Zhang Eryong і Sun Yan, 2020). Трываласць на расцяжэнне і модуль пругкасці вугляроднага валакна могуць дасягаць 3500-6300 МПа і 230-700 ГПа адпаведна.

3. Нізкі каэфіцыент цеплавога пашырэння: цеплаправоднасць вугляроднага валакна памяншаецца з павышэннем тэмпературы, што робіць яго ўстойлівым да хуткага астуджэння і награвання. Яно не трэскаецца нават пасля астуджэння ад некалькіх тысяч градусаў Цэльсія да пакаёвай тэмпературы, не плавіцца і не размякчаецца ў неакісляльнай атмасферы пры 3000℃; яно не становіцца далікатным пры вадкіх тэмпературах.

4. Добрая каразійная ўстойлівасць: вугляроднае валакно інертнае да кіслот і можа супрацьстаяць моцным кіслотам, такім як канцэнтраваная саляная кіслата і серная кіслата. Акрамя таго, вугляродныя валакністыя кампазіты валодаюць такімі характарыстыкамі, як радыяцыйная ўстойлівасць, добрая хімічная стабільнасць, здольнасць паглынаць таксічныя газы і нейтроннае запаволенне, што робіць іх шырока прымяняльнымі ў аэракасмічнай, ваеннай і многіх іншых галінах.

Араміда, арганічнае валакно, сінтэзаванае з араматычных поліфталамідаў, з'явілася ў канцы 1960-х гадоў. Яго шчыльнасць ніжэйшая, чым у вугляроднага валакна. Ён валодае высокай трываласцю, высокай цякучасцю, добрай ударатрываласцю, добрай хімічнай стабільнасцю і цеплаўстойлівасцю, а яго кошт толькі ўдвая ніжэйшы, чым у вугляроднага валакна.Арамідныя валокныу асноўным маюць наступныя характарыстыкі:

1. Добрыя механічныя ўласцівасці. Араміднае валакно — гэта гнуткі палімер з большай трываласцю на расцяжэнне, чым звычайныя поліэфіры, бавоўна і нейлон. Яно мае большае падаўжэнне, мяккае навобмацак і добрую прадзельнасць, што дазваляе вырабляць з яго валокны рознай тонкасці і даўжыні.

2. Выдатная вогнеўстойлівасць і тэрмаўстойлівасць. Арамід мае лімітавы кіслародны індэкс больш за 28, таму ён не працягвае гарэць пасля зняцця з полымя. Ён мае добрую тэрмічную стабільнасць, можа выкарыстоўвацца бесперапынна пры тэмпературы 205℃ і захоўвае высокую трываласць нават пры тэмпературах вышэй за 205℃. Адначасова арамідныя валокны маюць высокую тэмпературу раскладання, захоўваючы высокую трываласць нават пры высокіх тэмпературах, і пачынаюць карбанізавацца толькі пры тэмпературах вышэй за 370℃.

3. Стабільныя хімічныя ўласцівасці. Арамідныя валокны дэманструюць выдатную ўстойлівасць да большасці хімічных рэчываў, могуць вытрымліваць уздзеянне большасці высокіх канцэнтрацый неарганічных кіслот і маюць добрую шчолачную ўстойлівасць пры пакаёвай тэмпературы.

4. Выдатныя механічныя ўласцівасці. Валодае выдатнымі механічнымі ўласцівасцямі, такімі як звышвысокая трываласць, высокі модуль пругкасці і лёгкая вага. Яго трываласць у 5-6 разоў вышэйшая за сталёвы дрот, модуль пругкасці ў 2-3 разы вышэйшы за сталёвы дрот або шкловалакно, трываласць удвая вышэйшая за сталёвы дрот, а вага складае ўсяго 1/5 ад вагі сталёвага дроту. Араматычныя поліамідныя валокны ўжо даўно шырока выкарыстоўваюцца ў якасці высокапрадукцыйных валакністых матэрыялаў, у першую чаргу прыдатных для аэракасмічных і авіяцыйных сасудаў пад ціскам з строгімі патрабаваннямі да якасці і формы.

Валакно ПБО было распрацавана ў Злучаных Штатах у 1980-х гадах у якасці армавальнага матэрыялу для кампазітных матэрыялаў, прызначаных для аэракасмічнай прамысловасці. Гэта адзін з найбольш перспектыўных прадстаўнікоў сямейства поліамідаў, якія змяшчаюць гетэрацыклічныя араматычныя злучэнні, і вядома як супервалакно 21-га стагоддзя. Валакно ПБО валодае выдатнымі фізічнымі і хімічнымі ўласцівасцямі; яго трываласць, модуль пругкасці і цеплаўстойлівасць з'яўляюцца аднымі з найлепшых сярод усіх валокнаў. Акрамя таго, валакно ПБО мае выдатную ўдаратрываласць, устойлівасць да ізаляцыі і стабільнасць памераў, а таксама лёгкае і гнуткае, што робіць яго ідэальным тэкстыльным матэрыялам. Валакно ПБО мае наступныя асноўныя характарыстыкі:

1. Выдатныя механічныя ўласцівасці. Высокакласныя вырабы з валакна ПБО маюць трываласць 5,8 ГПа і модуль пругкасці 180 ГПа, што з'яўляецца самым высокім паказчыкам сярод існуючых хімічных валокнаў.

2. Выдатная тэрмаўстойлівасць. Вытрымлівае тэмпературу да 600℃ з лімітам 68. Не гарыць і не сціскаецца ў полымі, а яго цеплаўстойлівасць і вогнеўстойлівасць вышэйшыя, чым у любога іншага арганічнага валакна.

Як звышвысокапрадукцыйнае валакно 21-га стагоддзя, валакно ПБО валодае выдатнымі фізічнымі, механічнымі і хімічнымі ўласцівасцямі. Яго трываласць і модуль пругкасці ўдвая вышэйшыя, чым у араміднага валакна, а таксама яно валодае цеплаўстойлівасцю і вогнеўстойлівасцю, як мета-арамідны поліамід. Яго фізічныя і хімічныя ўласцівасці значна пераўзыходзяць араміднае валакно. Валакно ПБО дыяметрам 1 мм можа падняць прадмет вагой да 450 кг, а яго трываласць больш чым у 10 разоў вышэйшая за сталёвае валакно.

Поліэтыленавае валакно звышвысокай малекулярнай масы, таксама вядомае як высокатрывалае, высокамодульнае поліэтыленавае валакно, з'яўляецца валакном з найвышэйшай удзельнай трываласцю і ўдзельным модулем пругкасці ў свеце. Гэта валакно, якое вырабляецца з поліэтылену з малекулярнай масай ад 1 мільёна да 5 мільёнаў. Звышвысокамалекулярнае поліэтыленавае валакно мае наступныя асноўныя характарыстыкі:

1. Высокая ўдзельная трываласць і высокі ўдзельны модуль пругкасці. Яго ўдзельная трываласць больш чым у дзесяць разоў перавышае трываласць сталёвага дроту такога ж папярочнага сячэння, а ўдзельны модуль саступае толькі спецыяльнаму вугляроднаму валакну. Як правіла, яго малекулярная маса перавышае 10, трываласць на расцяжэнне — 3,5 ГПа, модуль пругкасці — 116 ГПа, а адноснае падаўжэнне — 3,4%.

2. Нізкая шчыльнасць. Яго шчыльнасць звычайна складае 0,97~0,98 г/см³, што дазваляе яму плаваць на вадзе.

3. Нізкае адноснае падаўжэнне пры разрыве. Валодае высокай здольнасцю паглынаць энергію, выдатнай устойлівасцю да ўдараў і парэзаў, выдатнай устойлівасцю да надвор'я і ўстойлівы да ультрафіялетавага выпраменьвання, нейтронаў і гама-выпраменьвання. Ён таксама валодае высокім удзельным паглынаннем энергіі, нізкай дыэлектрычнай пастаяннай, высокай прапускальнасцю электрамагнітных хваль і ўстойлівасцю да хімічнай карозіі, а таксама добрай зносаўстойлівасцю і доўгім тэрмінам службы пры выгібе.

Паліэтыленавае валакно валодае многімі выдатнымі ўласцівасцямі, што дэманструе значную перавагу ўвысокапрадукцыйнае валакнорынак. Ад прычальных ліній на марскіх нафтавых радовішчах да высокапрадукцыйных лёгкіх кампазітных матэрыялаў, ён мае велізарныя перавагі ў сучаснай вайне, а таксама ў авіяцыі, аэракасмічнай і марской галінах, адыгрываючы вырашальную ролю ў абарончым абсталяванні і іншых галінах.