новости

Углеродное волокноКомпозитный сосуд высокого давления с обмоткой (Winding Composite Pressure Vessel) представляет собой тонкостенный сосуд, состоящий из герметичного лейнера и высокопрочного слоя намотки волокон, сформированного преимущественно методом намотки и плетения волокон. По сравнению с традиционными металлическими сосудами высокого давления, лейнер композитных сосудов высокого давления выполняет функции хранения, герметизации и защиты от химической коррозии, а композитный слой в основном используется для восприятия внутренней нагрузки. Благодаря высокой удельной прочности и хорошей конструкционной гибкости композитных материалов, композитные сосуды высокого давления не только значительно повысили свою грузоподъемность, но и значительно снизили массу по сравнению с традиционными металлическими сосудами высокого давления.
Внутренний слой сосуда высокого давления, изготовленного из намотанного волокна, представляет собой, главным образом, облицовочную структуру, основная функция которой заключается в обеспечении герметичности, предотвращающей утечку газов или жидкостей под высоким давлением, хранящихся внутри, а также в защите внешнего слоя, намотанного волокнами. Этот слой не подвержен коррозии под воздействием находящегося внутри материала, а внешний слой, намотанный волокном, армирован смоляной матрицей и в основном предназначен для выдерживания большинства нагрузок давления в сосуде высокого давления.
1. Конструкция сосудов высокого давления с намотанным волокном
Существует четыре основных конструктивных формы композитных сосудов под давлением: цилиндрическая, сферическая, кольцевая и прямоугольная. Цилиндрический сосуд состоит из цилиндрической секции и двух днищ. Металлические сосуды под давлением изготавливаются в виде простых форм с избыточным запасом прочности в осевом направлении. Сферические сосуды имеют одинаковые напряжения в направлениях основы и утка под внутренним давлением и составляют половину окружного напряжения цилиндрических сосудов. Прочность металлического материала одинакова во всех направлениях, поэтому сферический сосуд, изготовленный из металла, рассчитан на одинаковую прочность и имеет минимальную массу при определенных объеме и давлении. Силовое состояние сферического сосуда является наиболее идеальным, стенка сосуда также может быть изготовлена максимально тонкой. Однако из-за большей сложности изготовления сферических сосудов, они, как правило, используются только в космических аппаратах и других специальных случаях. Кольцевой сосуд в промышленном производстве встречается очень редко, но в некоторых особых случаях или при необходимости такой конструкции, например, в космических аппаратах, для полного использования ограниченного пространства, будет использоваться эта специальная конструкция. Прямоугольный контейнер в основном используется в случаях ограниченного пространства, для максимального использования пространства и применения конструкций, таких как автомобильные прямоугольные цистерны, железнодорожные цистерны и т. д. Такие контейнеры, как правило, являются контейнерами низкого давления или контейнерами атмосферного давления, и чем легче требования к качеству, тем лучше.
Сложность структурыкомпозитныйСам сосуд высокого давления, резкое изменение толщины головки и днища, переменная толщина и угол наклона головки и т. д. создают множество трудностей при проектировании, анализе, расчёте и формовании. Иногда композитные сосуды высокого давления требуют не только намотки под разными углами и с разными скоростями в головной части, но и применения различных методов намотки в зависимости от конструкции. При этом необходимо учитывать влияние практических факторов, таких как коэффициент трения. Поэтому только правильное и разумное проектирование конструкции может правильно направлять процесс намотки композитных сосудов высокого давления, обеспечивая получение лёгких композитных сосудов высокого давления, соответствующих проектным требованиям.
2. Материал намотанного на волокна сосуда высокого давления
Будучи основной несущей частью, слой намотки волокон должен обладать высокой прочностью, высоким модулем упругости, низкой плотностью, термостойкостью и хорошей смачиваемостью смолой, а также хорошей обрабатываемостью намотки и равномерной плотностью пучка волокон. К наиболее распространённым армирующим волокнам для лёгких композитных сосудов высокого давления относятся:углеродные волокна, волокна ПБО,ароматические полиаминовые волокнаи волокна СВМПЭ.