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U stratu internu di un vasu à pressione avvoltu in fibre hè principalmente una struttura di rivestimentu, chì a so funzione principale hè di agisce cum'è una barriera di sigillatura per impedisce e perdite di gas o liquidu à alta pressione almacenatu dentru, mentre prutegge ancu u stratu esternu avvoltu in fibre. Stu stratu ùn hè micca currudu da u materiale almacenatu internu, è u stratu esternu hè un stratu avvoltu in fibre rinforzatu cù resina, principalmente utilizatu per supportà a maiò parte di u caricu di pressione in u vasu à pressione.

A struttura di un recipiente à pressione avvoltu in fibre: I recipienti à pressione in materiale cumpostu si presentanu principalmente in quattru forme strutturali: cilindrica, sferica, anulare è rettangulare. Un recipiente circulare hè custituitu da una sezione cilindrica è duie teste. I recipienti à pressione metallichi sò fabbricati in forme simplici, cù riserve di forza eccessiva in a direzzione assiale. Sottu pressione interna, e tensioni longitudinali è latitudinali di un recipiente sfericu sò uguali, è hè a metà di a tensione circunferenziale di un recipiente cilindricu. I materiali metallichi anu a stessa resistenza in tutte e direzzione; dunque, i recipienti metallichi sferichi sò cuncepiti per una resistenza uguale è anu a massa minima per un vulume è una pressione dati. U statu di tensione di un recipiente sfericu hè ideale, è a parete di u recipiente pò esse fatta a più fina. Tuttavia, per via di a maggiore difficultà in a fabricazione di recipienti sferichi, sò generalmente usati solu in applicazioni speciali cum'è i veiculi spaziali. I contenitori in forma d'anellu sò rari in a pruduzzione industriale, ma a so struttura hè sempre necessaria in certe situazioni specifiche. Per esempiu, i veiculi spaziali utilizanu sta struttura speciale per fà pienu usu di u spaziu limitatu. I contenitori rettangulari sò principalmente usati per massimizà l'utilizzazione di u spaziu quandu u spaziu hè limitatu, cum'è i vagoni cisterna rettangulari per l'automobile è i vagoni cisterna ferroviari. Quessi cuntenitori sò generalmente recipienti à bassa pressione o pressione atmosferica, è si preferisce un pesu più ligeru.

A cumplessità di a struttura di i recipienti à pressione in materiale cumpostu, i cambiamenti bruschi in i tappi terminali è u so spessore, è u spessore è l'angulu variabili di i tappi terminali portanu parechje difficultà à a cuncepzione, l'analisi, u calculu è u stampaggio. Calchì volta, i recipienti à pressione in materiale cumpostu ùn richiedenu micca solu l'avvolgimentu à diversi anguli è rapporti di velocità in i tappi terminali, ma richiedenu ancu diversi metudi d'avvolgimentu secondu a struttura. Simultaneamente, deve esse cunsiderata l'influenza di fattori pratichi cum'è u coefficientu d'attritu. Dunque, solu una cuncepzione strutturale curretta è raghjonevule pò guidà currettamente u prucessu di pruduzzione di l'avvolgimentu dimateriale cumposturecipienti à pressione, producendu cusì prudutti di recipienti à pressione in materiale cumpostu leggeru chì rispondenu à i requisiti di cuncepimentu.

Materiali per Recipienti à Pressione Fibra-Avvolti

U stratu di fibre avvolte, cum'è u principale cumpunente portante, deve pussede una resistenza elevata, un modulu elevatu, una bassa densità, una stabilità termica, una bona bagnabilità di a resina, una bona processabilità di l'avvolgimentu è una tenuta uniforme di u fasciu di fibre. I materiali di fibre di rinforzu cumunimenti usati per i recipienti à pressione cumposti leggeri includenu fibra di carboniu, fibra PBO, fibra aramidica è fibra di polietilene à pesu moleculare ultra-altu.

Fibra di carbonehè un materiale fibrosu di carbone chì u so cumpunente principale hè u carbone. Hè furmatu da a carbonizazione di precursori di fibre organiche à alte temperature è hè un materiale di fibra d'altu rendimentu cù un cuntenutu di carbone superiore à 95%. A fibra di carbone hà eccellenti proprietà, è a ricerca nantu à questu hè cuminciata più di 100 anni fà. Hè un materiale di fibra avvolta d'altu rendimentu à alta resistenza, altu modulu è bassa densità, carattarizatu principalmente da i seguenti:

1. Bassa densità è pesu ligeru. A densità di a fibra di carbone hè 1,7 ~ 2 g / cm³, equivalente à 1/4 di a densità di l'acciaiu è 1/2 di a densità di a lega d'aluminiu.

2. Alta resistenza è altu modulu: A so resistenza hè 4-5 volte più alta di l'acciaiu, è u so modulu elasticu hè 5-6 volte più altu di e leghe d'aluminiu, mustrendu una ripresa elastica assoluta (Zhang Eryong è Sun Yan, 2020). A resistenza à a trazione è u modulu elasticu di a fibra di carbonu ponu ghjunghje rispettivamente à 3500-6300 MPa è 230-700 GPa.

3. Cuefficiente bassu di dilatazione termica: A cunduttività termica di a fibra di carbone diminuisce cù l'aumentu di a temperatura, rendendula resistente à u raffreddamentu è à u riscaldamentu rapidi. Ùn si creperà ancu dopu à u raffreddamentu da parechji millaie di gradi Celsius à a temperatura ambiente, è ùn si scioglierà nè si ammorbidirà in un'atmosfera non ossidante à 3000 ℃; ùn diventerà micca fragile à temperature di u liquidu.

4. Bona resistenza à a currusione: A fibra di carbone hè inerte à l'acidi è pò suppurtà acidi forti cum'è l'acidu cloridricu cuncintratu è l'acidu sulfuricu. Inoltre, i cumposti di fibra di carbone pussedenu ancu caratteristiche cum'è a resistenza à e radiazioni, una bona stabilità chimica, a capacità di assorbe i gas tossichi è a moderazione di i neutroni, ciò chì li rende largamente applicabili in l'aerospaziale, in u militare è in parechji altri campi.

L'aramide, una fibra urganica sintetizzata da poliftalamidi aromatiche, hè apparsa à a fine di l'anni 1960. A so densità hè più bassa di quella di a fibra di carbone. Hà una alta resistenza, un altu rendimentu, una bona resistenza à l'impattu, una bona stabilità chimica è resistenza à u calore, è u so prezzu hè solu a metà di quellu di a fibra di carbone.Fibre aramidicheanu principalmente e seguenti caratteristiche:

1. Bone proprietà meccaniche. A fibra aramidica hè un polimeru flessibile cù una resistenza à a trazione più alta chè i poliesteri ordinari, u cotone è u nylon. Hà un allungamentu più grande, una sensazione di dolcezza à u toccu è una bona filabilità, chì permette di trasfurmà si in fibre di diverse finezze è lunghezze.

2. Eccellente ritardante di fiamma è resistenza à u calore. L'aramide hà un indice limite di ossigenu superiore à 28, dunque ùn cuntinueghja micca à brusgià dopu esse stata cacciata da una fiamma. Hà una bona stabilità termica, pò esse aduprata continuamente à 205 ℃, è mantene una alta resistenza ancu à temperature superiori à 205 ℃. Simultaneamente, e fibre aramidiche anu una alta temperatura di decomposizione, mantenendu una alta resistenza ancu à alte temperature, è cumincianu à carbonizà solu à temperature superiori à 370 ℃.

3. Proprietà chimiche stabili. E fibre aramidiche mostranu una eccellente resistenza à a maiò parte di i prudutti chimichi, ponu suppurtà a maiò parte di l'alte concentrazioni d'acidi inorganici è anu una bona resistenza à l'alcali à temperatura ambiente.

4. Eccellenti proprietà meccaniche. Pussede proprietà meccaniche eccezziunali cum'è ultra-alta resistenza, altu modulu è pesu ligeru. A so resistenza hè 5-6 volte quella di u filu d'acciaiu, u so modulu elasticu hè 2-3 volte quellu di u filu d'acciaiu o di a fibra di vetru, a so tenacità hè duie volte quella di u filu d'acciaiu è u so pesu hè solu 1/5 di quellu di u filu d'acciaiu. E fibre di poliammide aromatiche sò state dapoi longu largamente aduprate cum'è materiali di fibre ad alte prestazioni, principalmente adatte per i recipienti à pressione aerospaziali è aeronautici cù requisiti rigorosi di qualità è forma.

A fibra PBO hè stata sviluppata in i Stati Uniti in l'anni 1980 cum'è materiale di rinforzu per i materiali cumposti sviluppati per l'industria aerospaziale. Hè unu di i membri più promettenti di a famiglia di poliammide chì cuntene cumposti aromatichi eterociclichi è hè cunnisciuta cum'è a super fibra di u XXI seculu. A fibra PBO pussede eccellenti proprietà fisiche è chimiche; a so resistenza, u so modulu elasticu è a so resistenza à u calore sò trà i migliori di tutte e fibre. Inoltre, a fibra PBO hà una eccellente resistenza à l'impattu, resistenza à l'abrasione è stabilità dimensionale, è hè ligera è flessibile, ciò chì a rende un materiale tessile ideale. A fibra PBO hà e seguenti caratteristiche principali:

1. Eccellenti proprietà meccaniche. I prudutti di fibra PBO di alta gamma anu una resistenza di 5,8 GPa è un modulu elasticu di 180 GPa, u più altu trà e fibre chimiche esistenti.

2. Eccellente stabilità termica. Pò suppurtà temperature finu à 600 ℃, cù un indice limite di 68. Ùn brusgia nè si restringe in una fiamma, è a so resistenza à u calore è a so ritardanza di fiamma sò più alte di qualsiasi altra fibra organica.

Cum'è fibra ultra-alta prestazione di u XXI seculu, a fibra PBO pussede proprietà fisiche, meccaniche è chimiche eccezziunali. A so resistenza è u so modulu elasticu sò duie volte quelli di a fibra aramidica, è pussede a resistenza à u calore è a ritardanza di fiamma di a poliammide meta-aramidica. E so proprietà fisiche è chimiche superanu cumpletamente quelle di a fibra aramidica. Una fibra PBO di 1 mm di diametru pò alzà un ughjettu chì pesa finu à 450 kg, è a so resistenza hè più di 10 volte quella di a fibra d'acciaiu.

Fibra di polietilene à pesu moleculare ultra-altu, cunnisciuta ancu cum'è fibra di polietilene à alta resistenza è à modulu altu, hè a fibra cù a più alta resistenza specifica è u modulu specificu in u mondu. Hè una fibra filata da polietilene cù un pesu moleculare da 1 milione à 5 milioni. A fibra di polietilene à pesu moleculare ultra-altu hà principalmente e seguenti caratteristiche:

1. Alta resistenza specifica è altu modulu specificu. A so resistenza specifica hè più di dece volte quella di u filu d'acciaiu di a listessa sezione trasversale, è u so modulu specificu hè secondu solu à a fibra di carbone speciale. Tipicamente, u so pesu moleculare hè più grande di 10, cù una resistenza à a trazione di 3,5 GPa, un modulu elasticu di 116 GPa è un allungamentu di 3,4%.

2. Bassa densità. A so densità hè generalmente 0,97 ~ 0,98 g / cm³, ciò chì li permette di galleggià nantu à l'acqua.

3. Bassu allungamentu à a rottura. Hà una forte capacità d'assorbimentu d'energia, una eccellente resistenza à l'impattu è à u tagliu, una eccellente resistenza à l'intemperie, è hè resistente à i raggi ultravioletti, i neutroni è i raggi gamma. Hà ancu un altu assorbimentu d'energia specificu, una bassa costante dielettrica, una alta trasmittanza d'onde elettromagnetiche è una resistenza à a corrosione chimica, è ancu una bona resistenza à l'usura è una longa vita à flessione.

A fibra di polietilene pussede parechje proprietà superiori, dimustrendu un vantaghju significativu in ufibra d'altu rendimentumercatu. Da e linee d'ormeghju in i campi petroliferi offshore à i materiali cumposti leggeri d'alta prestazione, presenta enormi vantaghji in a guerra muderna, è ancu in i settori aeronauticu, aerospaziale è marittimu, ghjucendu un rolu cruciale in l'equipaggiamentu difensivu è in altri settori.