жаңалықтар

Талшықпен оралған қысымды ыдыстың ішкі қабаты негізінен төсем құрылымы болып табылады, оның негізгі функциясы ішінде сақталған жоғары қысымды газдың немесе сұйықтықтың ағып кетуіне жол бермеу үшін тығыздағыш тосқауыл ретінде әрекет ету, сонымен қатар сыртқы талшықпен оралған қабатты қорғау болып табылады. Бұл қабат ішкі сақталған материалмен коррозияланбайды, ал сыртқы қабат - негізінен қысымды ыдыстағы қысым жүктемесінің көп бөлігін көтеру үшін қолданылатын шайырмен күшейтілген талшықпен оралған қабат.

Талшық тәрізді қысымды ыдыстың құрылымы: Композиттік материалдан жасалған қысымды ыдыстар негізінен төрт құрылымдық формада болады: цилиндрлік, сфералық, сақиналы және тікбұрышты. Дөңгелек ыдыс цилиндрлік қимадан және екі бастан тұрады. Металл қысымды ыдыстар қарапайым пішіндерде жасалады, осьтік бағытта артық беріктік қоры болады. Ішкі қысым кезінде сфералық ыдыстың бойлық және ендік кернеулері бірдей және ол цилиндрлік ыдыстың шеңберлік кернеуінің жартысына тең. Металл материалдар барлық бағытта бірдей беріктікке ие; сондықтан сфералық металл ыдыстар бірдей беріктікке арналған және берілген көлем мен қысым үшін минималды массаға ие. Сфералық ыдыстың кернеу күйі өте қолайлы, ал ыдыс қабырғасын ең жұқа етіп жасауға болады. Дегенмен, сфералық ыдыстарды өндірудегі үлкен қиындықтарға байланысты олар әдетте тек ғарыш аппараттары сияқты арнайы қолданбаларда қолданылады. Сақина тәрізді контейнерлер өнеркәсіптік өндірісте сирек кездеседі, бірақ олардың құрылымы белгілі бір нақты жағдайларда қажет. Мысалы, ғарыш аппараттары шектеулі кеңістікті толық пайдалану үшін осы арнайы құрылымды пайдаланады. Тікбұрышты контейнерлер негізінен кеңістік шектеулі болған кезде кеңістікті пайдалануды барынша арттыру үшін қолданылады, мысалы, автомобильдерге арналған тікбұрышты цистерналар және теміржол цистерналары. Бұл контейнерлер, әдетте, төмен қысымды немесе атмосфералық қысымды ыдыстар болып табылады, сондықтан жеңіл салмаққа артықшылық беріледі.

Композиттік материалдан жасалған қысымды ыдыстар құрылымының күрделілігі, соңғы қақпақтардың және олардың қалыңдығының кенеттен өзгеруі, сондай-ақ соңғы қақпақтардың өзгермелі қалыңдығы мен бұрышы жобалауға, талдауға, есептеуге және қалыптауға көптеген қиындықтар туғызады. Кейде композиттік материалдан жасалған қысымды ыдыстар соңғы қақпақтарда әртүрлі бұрыштар мен жылдамдық қатынастарында орауды ғана емес, сонымен қатар құрылымға байланысты әртүрлі орауды қажет етеді. Сонымен қатар, үйкеліс коэффициенті сияқты практикалық факторлардың әсерін ескеру қажет. Сондықтан, тек дұрыс және ақылға қонымды құрылымдық жобалау ғана ораманы өндіру процесін дұрыс басқара алады.композиттік материалқысымды ыдыстар, осылайша жобалау талаптарына сай келетін жеңіл композиттік материалдан жасалған қысымды ыдыс өнімдерін шығарады.

Талшықпен оралған қысымды ыдыстарға арналған материалдар

Талшықты-орамалы қабат, негізгі жүктеме көтергіш компонент ретінде, жоғары беріктікке, жоғары модульге, төмен тығыздыққа, термиялық тұрақтылыққа, шайырдың жақсы ылғалдануына, жақсы орамалы өңдеуге және біркелкі талшық байламының тығыздығына ие болуы керек. Жеңіл композиттік қысымды ыдыстар үшін жиі қолданылатын арматуралық талшық материалдарына көміртек талшығы, PBO талшығы, арамид талшығы және ультра жоғары молекулалық салмақты полиэтилен талшығы жатады.

Көміртекті талшықнегізгі компоненті көміртек болып табылатын талшықты көміртекті материал. Ол органикалық талшық прекурсорларын жоғары температурада көміртектеу арқылы түзіледі және көміртегі мөлшері 95%-дан асатын жоғары өнімді талшықты материал болып табылады. Көміртек талшығының керемет қасиеттері бар, және оны зерттеу 100 жылдан астам уақыт бұрын басталды. Бұл негізінен келесі сипаттамалармен сипатталатын жоғары беріктікке ие, жоғары модульді және төмен тығыздықты жоғары өнімді оралған талшықты материал:

1. Тығыздығы төмен және салмағы жеңіл. Көміртекті талшықтың тығыздығы 1,7 ~ 2 г/см³, бұл болаттың тығыздығының 1/4 бөлігіне және алюминий қорытпасының тығыздығының 1/2 бөлігіне тең.

2. Жоғары беріктік және жоғары модуль: Оның беріктігі болаттан 4-5 есе жоғары, ал серпімділік модулі алюминий қорытпаларынан 5-6 есе жоғары, абсолютті серпімді қалпына келтіруді көрсетеді (Чжан Эрён және Сунь Ян, 2020). Көміртекті талшықтың созылу беріктігі мен серпімділік модулі сәйкесінше 3500-6300 МПа және 230-700 ГПа жетуі мүмкін.

3. Термиялық кеңею коэффициентінің төмендігі: Көміртекті талшықтың жылу өткізгіштігі температураның жоғарылауымен төмендейді, бұл оны тез салқындатуға және қыздыруға төзімді етеді. Ол бірнеше мың градус Цельсийден бөлме температурасына дейін салқындағаннан кейін де жарылмайды және 3000 ℃ температурада тотықпайтын атмосферада балқымайды немесе жұмсармайды; сұйық температурада сынғыш болмайды.

4. Жақсы коррозияға төзімділік: Көміртекті талшық қышқылдарға инертті және концентрлі тұз қышқылы мен күкірт қышқылы сияқты күшті қышқылдарға төтеп бере алады. Сонымен қатар, көміртекті талшық композиттері радиацияға төзімділік, жақсы химиялық тұрақтылық, улы газдарды сіңіру қабілеті және нейтрондарды модерациялау сияқты сипаттамаларға ие, бұл оларды аэроғарыш, әскери және басқа да көптеген салаларда кеңінен қолдануға мүмкіндік береді.

Ароматты полифталамидтерден синтезделген органикалық талшық арамид 1960 жылдардың соңында пайда болды. Оның тығыздығы көміртекті талшыққа қарағанда төмен. Ол жоғары беріктікке, жоғары өнімділікке, жақсы соққыға төзімділікке, жақсы химиялық тұрақтылыққа және ыстыққа төзімділікке ие, ал бағасы көміртекті талшықтың екі есесіне ғана тең.Арамид талшықтарынегізінен келесі сипаттамаларға ие:

1. Жақсы механикалық қасиеттер. Арамид талшығы - кәдімгі полиэстерге, мақтаға және нейлонға қарағанда созылу беріктігі жоғары икемді полимер. Оның созылуы, жұмсақ қол сезімі және жақсы иірілуі бар, бұл оны әртүрлі жұқалық пен ұзындықтағы талшықтарға айналдыруға мүмкіндік береді.

2. Тамаша отқа төзімділік және ыстыққа төзімділік. Арамидтің оттегінің шекті индексі 28-ден жоғары, сондықтан ол жалыннан алынғаннан кейін жануды жалғастырмайды. Ол жақсы термиялық тұрақтылыққа ие, 205℃ температурада үздіксіз пайдалануға болады және 205℃ жоғары температурада да жоғары беріктікті сақтайды. Сонымен қатар, арамид талшықтары жоғары ыдырау температурасына ие, тіпті жоғары температурада да жоғары беріктікті сақтайды және тек 370℃ жоғары температурада ғана көміртектене бастайды.

3. Тұрақты химиялық қасиеттері. Арамид талшықтары көптеген химиялық заттарға тамаша төзімділік көрсетеді, бейорганикалық қышқылдардың жоғары концентрациясына төтеп бере алады және бөлме температурасында жақсы сілтілік төзімділікке ие.

4. Тамаша механикалық қасиеттер. Ол аса жоғары беріктік, жоғары модуль және жеңіл салмақ сияқты керемет механикалық қасиеттерге ие. Оның беріктігі болат сымға қарағанда 5-6 есе, серпімділік модулі болат сымға немесе шыны талшыққа қарағанда 2-3 есе, беріктігі болат сымға қарағанда екі есе, ал салмағы болат сымның тек 1/5 бөлігін құрайды. Хош иісті полиамид талшықтары ұзақ уақыт бойы кеңінен қолданылатын жоғары өнімді талшықты материалдар болып табылады, негізінен сапа мен пішінге қатаң талаптар қойылатын аэроғарыштық және авиациялық қысымды кемелерге жарамды.

PBO талшығы 1980 жылдары Америка Құрама Штаттарында аэроғарыш өнеркәсібі үшін жасалған композиттік материалдарға арналған арматуралық материал ретінде жасалды. Ол гетероциклді хош иісті қосылыстары бар полиамидтер тұқымдасының ең перспективалы мүшелерінің бірі және 21 ғасырдың супер талшығы ретінде белгілі. PBO талшығы тамаша физикалық және химиялық қасиеттерге ие; оның беріктігі, серпімділік модулі және ыстыққа төзімділігі барлық талшықтардың ең жақсыларының қатарына жатады. Сонымен қатар, PBO талшығы тамаша соққыға төзімділікке, абразияға төзімділікке және өлшемдік тұрақтылыққа ие, жеңіл және икемді, бұл оны тамаша тоқыма материалына айналдырады. PBO талшығының келесі негізгі сипаттамалары бар:

1. Тамаша механикалық қасиеттер. Жоғары сапалы PBO талшықты өнімдерінің беріктігі 5,8 ГПа және серпімділік модулі 180 ГПа, бұл қолданыстағы химиялық талшықтардың ішіндегі ең жоғары көрсеткіш.

2. Тамаша термиялық тұрақтылық. Ол 600℃ дейінгі температураға төтеп бере алады, шекті индексі 68. Ол жалында жанбайды немесе кішіреймейді, ал оның ыстыққа төзімділігі мен жалынға төзімділігі кез келген басқа органикалық талшыққа қарағанда жоғары.

ХХІ ғасырдағы аса жоғары өнімді талшық ретінде PBO талшығы керемет физикалық, механикалық және химиялық қасиеттерге ие. Оның беріктігі мен серпімділік модулі арамид талшығынан екі есе жоғары, ал мета-арамидті полиамидтің ыстыққа төзімділігі мен жалынға төзімділігіне ие. Оның физикалық және химиялық қасиеттері арамидті талшықтан толығымен асып түседі. Диаметрі 1 мм PBO талшығы салмағы 450 кг-ға дейінгі затты көтере алады, ал беріктігі болат талшығынан 10 еседен астам.

Ультра жоғары молекулалық салмақты полиэтилен талшығы, сондай-ақ жоғары беріктікке ие, жоғары модульді полиэтилен талшығы деп те аталады, әлемдегі ең жоғары меншікті беріктікке және меншікті модульге ие талшық. Бұл молекулалық салмағы 1 миллионнан 5 миллионға дейінгі полиэтиленнен иірілген талшық. Өте жоғары молекулалық салмақты полиэтилен талшығы негізінен келесі сипаттамаларға ие:

1. Жоғары меншікті беріктік және жоғары меншікті модуль. Оның меншікті беріктігі бірдей көлденең қимадағы болат сымның он есесінен асады, ал меншікті модулі арнайы көміртекті талшықтан кейінгі екінші орында. Әдетте, оның молекулалық салмағы 10-нан жоғары, созылу беріктігі 3,5 ГПа, серпімділік модулі 116 ГПа және созылу 3,4%.

2. Тығыздығы төмен. Оның тығыздығы әдетте 0,97-0,98 г/см³, бұл оның суда қалқып жүруіне мүмкіндік береді.

3. Үзілу кезіндегі созылу деңгейі төмен. Ол энергияны сіңіру қабілеті жоғары, соққыға және кесуге тамаша төзімді, ауа райына тамаша төзімді және ультракүлгін сәулелерге, нейтрондарға және гамма сәулелеріне төзімді. Сондай-ақ, ол жоғары меншікті энергия сіңіру қабілетіне, төмен диэлектрлік тұрақтыға, жоғары электромагниттік толқын өткізгіштігіне және химиялық коррозияға төзімділікке, сондай-ақ жақсы тозуға төзімділікке және ұзақ иілу мерзіміне ие.

Полиэтилен талшығы көптеген жоғары қасиеттерге ие, бұл айтарлықтай артықшылықты көрсетедіжоғары өнімді талшықнарық. Теңіз мұнай кен орындарындағы айлақ желілерінен бастап жоғары өнімді жеңіл композиттік материалдарға дейін, ол қазіргі заманғы соғыста, сондай-ақ авиация, аэроғарыш және теңіз салаларында үлкен артықшылықтарға ие, қорғаныс жабдықтары мен басқа да салаларда маңызды рөл атқарады.