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Fibra de carbonoEl recipiente a presión compuesto de bobinado es un recipiente de paredes delgadas compuesto por un revestimiento hermético y una capa de fibra de alta resistencia, formada principalmente mediante el proceso de bobinado y tejido de fibra. En comparación con los recipientes a presión metálicos tradicionales, el revestimiento de los recipientes a presión compuestos sirve como almacenamiento, sellado y protección contra la corrosión química, y la capa compuesta se utiliza principalmente para soportar la carga de presión interna. Gracias a la alta resistencia específica y la facilidad de diseño de los compuestos, los recipientes a presión compuestos no solo han mejorado considerablemente su capacidad de carga, sino que también han reducido significativamente su masa en comparación con los recipientes a presión metálicos tradicionales.
La capa interna del recipiente a presión de fibra enrollada es principalmente una estructura de revestimiento, cuya función principal es actuar como barrera de sellado para evitar fugas de gases o líquidos a alta presión almacenados en su interior, a la vez que protege la capa externa de fibra enrollada. Esta capa no se corroe por el material almacenado internamente, y la capa externa es una capa de fibra enrollada reforzada con una matriz de resina, que se utiliza principalmente para soportar la mayoría de las cargas de presión en el recipiente a presión.
1. Estructura de los recipientes a presión con fibra enrollada
Existen cuatro formas estructurales principales de recipientes a presión compuestos: cilíndricos, esféricos, anulares y rectangulares. Un recipiente cilíndrico consta de una sección cilíndrica y dos tapas. Los recipientes a presión metálicos se fabrican en formas simples con un exceso de reserva de resistencia axial. Los recipientes esféricos tienen tensiones iguales en la urdimbre y la trama bajo presión interna, y la tensión circunferencial es la mitad de la de los recipientes cilíndricos. La resistencia del material metálico es igual en todas las direcciones, por lo que el recipiente esférico de metal está diseñado para una resistencia uniforme y tiene la masa mínima cuando el volumen y la presión son determinados. El estado de fuerza del recipiente esférico es el más ideal, y la pared del recipiente también puede ser la más delgada. Sin embargo, debido a la mayor dificultad en la fabricación de recipientes esféricos, generalmente solo se utilizan en naves espaciales y otras ocasiones especiales. El contenedor anular en la producción industrial es muy poco común, pero en algunas ocasiones específicas o cuando se necesita esta estructura, por ejemplo, en vehículos espaciales, para aprovechar al máximo el espacio limitado, se utiliza esta estructura especial. El contenedor rectangular se utiliza principalmente para satisfacer las necesidades de espacio limitado, maximizar el uso del espacio y el uso de estructuras, como vagones cisterna rectangulares para automóviles, vagones cisterna de ferrocarril, etc. Dichos contenedores son generalmente contenedores de baja presión o contenedores de presión atmosférica y los requisitos de calidad son cuanto más ligeros, mejor.
La complejidad de la estructura de lacompuestoEl propio recipiente a presión, los cambios repentinos en el espesor del cabezal, su espesor y ángulo variables, etc., dificultan enormemente el diseño, el análisis, el cálculo y el moldeo. En ocasiones, los recipientes a presión compuestos no solo requieren bobinarse con diferentes ángulos y relaciones de velocidad variables en el cabezal, sino que también requieren diferentes métodos de bobinado según la estructura. Además, debe considerarse la influencia de factores prácticos como el coeficiente de fricción. Por lo tanto, solo un diseño estructural correcto y razonable puede guiar correctamente el proceso de producción de bobinado de recipientes a presión compuestos, para así producir recipientes a presión compuestos ligeros que cumplan con los requisitos de diseño.
2. Material del recipiente a presión de fibra enrollada
Como componente principal de carga, la capa de bobinado de fibra debe presentar alta resistencia, alto módulo, baja densidad, estabilidad térmica y buena humectabilidad de la resina, así como buena procesabilidad del bobinado y una tensión uniforme del haz de fibras. Las fibras de refuerzo comúnmente utilizadas para recipientes a presión compuestos ligeros incluyenfibras de carbono, fibras de PBO,fibras de poliamina aromáticay fibras UHMWPE.