noticias

A capa interior dun recipiente a presión enrolado en fibra é principalmente unha estrutura de revestimento, cuxa función principal é actuar como unha barreira de selado para evitar as fugas do gas ou líquido a alta presión almacenado no seu interior, ao mesmo tempo que protexe a capa exterior enrolada en fibra. Esta capa non se corroe polo material almacenado internamente e a capa exterior é unha capa enrolada en fibra reforzada con resina, que se usa principalmente para soportar a maior parte da carga de presión dentro do recipiente a presión.

A estrutura dun recipiente a presión con fibra enrolada: os recipientes a presión de materiais compostos preséntanse principalmente en catro formas estruturais: cilíndrica, esférica, anular e rectangular. Un recipiente circular consta dunha sección cilíndrica e dúas culatas. Os recipientes a presión metálicos fabrícanse en formas simples, con reservas de resistencia excesiva na dirección axial. Baixo presión interna, as tensións lonxitudinais e latitudinais dun recipiente esférico son iguais e é a metade da tensión circunferencial dun recipiente cilíndrico. Os materiais metálicos teñen a mesma resistencia en todas as direccións; polo tanto, os recipientes metálicos esféricos están deseñados para ter a mesma resistencia e teñen a masa mínima para un volume e presión determinados. O estado de tensión dun recipiente esférico é ideal e a parede do recipiente pódese facer o máis delgada posible. Non obstante, debido á maior dificultade na fabricación de recipientes esféricos, xeralmente só se usan en aplicacións especiais, como as naves espaciais. Os recipientes en forma de anel son raros na produción industrial, pero a súa estrutura segue sendo necesaria en certas situacións específicas. Por exemplo, as naves espaciais empregan esta estrutura especial para aproveitar ao máximo o espazo limitado. Os recipientes rectangulares úsanse principalmente para maximizar a utilización do espazo cando o espazo é limitado, como os vagóns cisterna rectangulares para automóbiles e os vagóns cisterna de ferrocarril. Estes recipientes son xeralmente recipientes de baixa presión ou presión atmosférica, e prefírese que sexan máis lixeiros.

A complexidade da estrutura dos recipientes a presión de material composto, os cambios repentinos nas tapas e o seu grosor, e o grosor e ángulo variables das tapas, supoñen moitas dificultades para o deseño, a análise, o cálculo e o moldeo. Ás veces, os recipientes a presión de material composto non só requiren un enrolamento en diferentes ángulos e relacións de velocidade nas tapas, senón que tamén requiren diferentes métodos de enrolamento dependendo da estrutura. Simultaneamente, débese ter en conta a influencia de factores prácticos como o coeficiente de fricción. Polo tanto, só un deseño estrutural correcto e razoable pode guiar adecuadamente o proceso de produción de enrolamento dematerial compostorecipientes a presión, producindo así produtos de recipientes a presión de materiais compostos lixeiros que cumpren os requisitos de deseño.

Materiais para recipientes a presión con fibra enrolada

A capa de fibra enrolada, como principal compoñente portante, debe posuír alta resistencia, alto módulo, baixa densidade, estabilidade térmica, boa mollabilidade da resina, boa procesabilidade do enrolamento e estanquidade uniforme do feixe de fibras. Os materiais de fibra de reforzo que se usan habitualmente para recipientes a presión compostos lixeiros inclúen fibra de carbono, fibra de PBO, fibra de aramida e fibra de polietileno de peso molecular ultraalto.

fibra de carbonoé un material fibroso de carbono cuxo compoñente principal é o carbono. Fórmase carbonizando precursores de fibra orgánica a altas temperaturas e é un material de fibra de alto rendemento cun contido de carbono superior ao 95 %. A fibra de carbono ten excelentes propiedades e a investigación sobre ela comezou hai máis de 100 anos. É un material de fibra enrolada de alto rendemento de alta resistencia, alto módulo e baixa densidade, que se caracteriza principalmente polo seguinte:

1. Baixa densidade e peso lixeiro. A densidade da fibra de carbono é de 1,7~2 g/cm³, o que equivale a 1/4 da densidade do aceiro e a 1/2 da densidade da aliaxe de aluminio.

2. Alta resistencia e alto módulo: a súa resistencia é de 4 a 5 veces maior que a do aceiro e o seu módulo de elasticidade é de 5 a 6 veces maior que a das aliaxes de aluminio, o que presenta unha recuperación elástica absoluta (Zhang Eryong e Sun Yan, 2020). A resistencia á tracción e o módulo de elasticidade da fibra de carbono poden alcanzar os 3500-6300 MPa e os 230-700 GPa, respectivamente.

3. Baixo coeficiente de expansión térmica: a condutividade térmica da fibra de carbono diminúe ao aumentar a temperatura, o que a fai resistente ao arrefriamento e quecemento rápidos. Non se rachará mesmo despois de arrefriar desde varios miles de graos Celsius ata a temperatura ambiente, e non se fundirá nin abrandará nunha atmosfera non oxidante a 3000 ℃; non se volverá fráxil á temperatura do líquido.

4. Boa resistencia á corrosión: a fibra de carbono é inerte aos ácidos e pode soportar ácidos fortes como o ácido clorhídrico concentrado e o ácido sulfúrico. Ademais, os materiais compostos de fibra de carbono tamén posúen características como a resistencia á radiación, a boa estabilidade química, a capacidade de absorber gases tóxicos e a moderación de neutróns, o que os fai amplamente aplicables no sector aeroespacial, militar e en moitos outros campos.

A aramida, unha fibra orgánica sintetizada a partir de poliftalamidas aromáticas, xurdiu a finais da década de 1960. A súa densidade é menor que a da fibra de carbono. Posúe alta resistencia, alto rendemento, boa resistencia ao impacto, boa estabilidade química e resistencia á calor, e o seu prezo é só a metade do da fibra de carbono.fibras de aramidateñen principalmente as seguintes características:

1. Boas propiedades mecánicas. A fibra de aramida é un polímero flexible con maior resistencia á tracción que os poliésteres, o algodón e o nailon ordinarios. Ten un maior alongamento, un tacto suave e unha boa fiabilidade, o que permite convertela en fibras de diferente finura e lonxitude.

2. Excelente retardante de chama e resistencia á calor. A aramida ten un índice límite de osíxeno superior a 28, polo que non continúa a arder despois de retirala da chama. Ten boa estabilidade térmica, pódese usar continuamente a 205 ℃ e mantén unha alta resistencia mesmo a temperaturas superiores a 205 ℃. Ao mesmo tempo, as fibras de aramida teñen unha alta temperatura de descomposición, manteñen unha alta resistencia mesmo a altas temperaturas e só comezan a carbonizarse a temperaturas superiores a 370 ℃.

3. Propiedades químicas estables. As fibras de aramida presentan unha excelente resistencia á maioría dos produtos químicos, poden soportar a maioría das concentracións elevadas de ácidos inorgánicos e teñen unha boa resistencia aos álcalis á temperatura ambiente.

4. Excelentes propiedades mecánicas. Posúe propiedades mecánicas excepcionais, como unha resistencia ultraalta, un módulo elevado e un peso lixeiro. A súa resistencia é de 5 a 6 veces maior que a do arame de aceiro, o seu módulo elástico é de 2 a 3 veces maior que o do arame de aceiro ou a fibra de vidro, a súa tenacidade é o dobre que a do arame de aceiro e o seu peso é só 1/5 do do arame de aceiro. As fibras de poliamida aromáticas levan moito tempo sendo materiais de fibra de alto rendemento amplamente utilizados, principalmente axeitados para recipientes a presión aeroespaciais e de aviación con requisitos rigorosos de calidade e forma.

A fibra de PBO desenvolveuse nos Estados Unidos na década de 1980 como material de reforzo para materiais compostos desenvolvidos para a industria aeroespacial. É un dos membros máis prometedores da familia das poliamidas que conteñen compostos aromáticos heterocíclicos e coñécese como a superfibra do século XXI. A fibra de PBO posúe excelentes propiedades físicas e químicas; a súa resistencia, módulo elástico e resistencia á calor están entre as mellores de todas as fibras. Ademais, a fibra de PBO ten unha excelente resistencia ao impacto, á abrasión e estabilidade dimensional, e é lixeira e flexible, o que a converte nun material téxtil ideal. A fibra de PBO ten as seguintes características principais:

1. Excelentes propiedades mecánicas. Os produtos de fibra PBO de alta gama teñen unha resistencia de 5,8 GPa e un módulo elástico de 180 GPa, o máis alto entre as fibras químicas existentes.

2. Excelente estabilidade térmica. Pode soportar temperaturas de ata 600 ℃, cun índice límite de 68. Non arde nin se contrae nunha chama, e a súa resistencia á calor e retardante de chamas son maiores que as de calquera outra fibra orgánica.

Como fibra de ultra alto rendemento do século XXI, a fibra de PBO posúe propiedades físicas, mecánicas e químicas excepcionais. A súa resistencia e módulo elástico son o dobre que os da fibra de aramida e posúe a resistencia á calor e a ignifugación da poliamida metaaramida. As súas propiedades físicas e químicas superan por completo as da fibra de aramida. Unha fibra de PBO de 1 mm de diámetro pode levantar un obxecto que pesa ata 450 kg e a súa resistencia é máis de 10 veces maior que a da fibra de aceiro.

Fibra de polietileno de peso molecular ultraalto, tamén coñecida como fibra de polietileno de alta resistencia e alto módulo, é a fibra coa maior resistencia específica e módulo específico do mundo. É unha fibra fiada a partir de polietileno cun peso molecular de 1 millón a 5 millóns. A fibra de polietileno de peso molecular ultraalto ten principalmente as seguintes características:

1. Alta resistencia específica e alto módulo específico. A súa resistencia específica é máis de dez veces maior que a do arame de aceiro da mesma sección transversal, e o seu módulo específico só é superado pola fibra de carbono especial. Normalmente, o seu peso molecular é superior a 10, cunha resistencia á tracción de 3,5 GPa, un módulo elástico de 116 GPa e un alongamento do 3,4 %.

2. Baixa densidade. A súa densidade é xeralmente de 0,97~0,98 g/cm³, o que lle permite flotar na auga.

3. Baixa elongación na rotura. Ten unha forte capacidade de absorción de enerxía, excelente resistencia a impactos e cortes, excelente resistencia ás inclemencias meteorolóxicas e é resistente aos raios ultravioleta, neutróns e raios gamma. Tamén posúe unha alta absorción de enerxía específica, baixa constante dieléctrica, alta transmitancia de ondas electromagnéticas e resistencia á corrosión química, así como unha boa resistencia ao desgaste e unha longa vida útil á flexión.

A fibra de polietileno posúe moitas propiedades superiores, o que demostra unha vantaxe significativa nofibra de alto rendementomercado. Desde liñas de amarre en campos petrolíferos mariños ata materiais compostos lixeiros de alto rendemento, presenta enormes vantaxes na guerra moderna, así como nos sectores da aviación, aeroespacial e marítimo, desempeñando un papel crucial nos equipos defensivos e noutras áreas.