Какие факторы влияют на производительность композитных сосудов высокого давления?

Эксплуатационные характеристики композитных сосудов высокого давления зависят от множества факторов, включая свойства материалов, производственный процесс, конструктивные особенности и воздействие окружающей среды, а именно:

Свойства материалов

Свойства волокон: прочность, модуль упругости, удлинение при разрыве и другие механические свойства волокна напрямую влияют на несущую способность сосуда высокого давления. Например, углеродное волокно обладает высокой удельной прочностью и высоким удельным модулем, что позволяет сосуду высокого давления выдерживать высокое давление при сохранении малого веса. Кроме того, коррозионная стойкость и термостойкость волокна также влияют на характеристики сосуда в различных рабочих условиях.

Свойства смолы: смола, как матричный материал, служит для соединения волокон и передачи нагрузки. Прочность, вязкость, термостойкость, химическая стойкость и другие свойства смолы оказывают существенное влияние на общие эксплуатационные характеристики сосуда высокого давления. Например, эпоксидная смола обладает хорошими адгезионными свойствами и высокой прочностью, но относительно низкой вязкостью; в то время как полиуретановая смола обладает хорошей вязкостью и морозостойкостью.

Свойства межфазного соединения волокно-смола: прочность межфазного соединения между волокном и смолой определяет эффективность передачи нагрузки между волокном и смолой. Хорошее межфазное соединение позволяет волокну в полной мере реализовать свою несущую способность, повышая прочность и усталостную прочность сосуда высокого давления. При плохом межфазном соединении волокно и смола легко расслаиваются при приложении силы, что приводит к преждевременному разрушению сосуда.

Производственный процесс

Укладка волокон: угол, порядок и количество слоев укладки волокон влияют на распределение прочности и жесткости сосуда высокого давления. Разумный дизайн укладки позволяет сосуду обладать подходящими механическими свойствами в разных направлениях для выдерживания сложного внутреннего давления и внешних нагрузок. Например, использование комбинации спиральной и кольцевой намотки может повысить осевую и кольцевую прочность сосуда высокого давления.

Процесс формования: различные процессы формования могут привести к различиям во внутренней структуре и свойствах композитов. Например, процесс формования методом намотки волокон позволяет точно контролировать распределение и натяжение волокон и производить сосуды высокого давления с высоким содержанием волокон и равномерной прочностью; в то время как процесс формования методом ручной укладки гибкий, но качество продукции в значительной степени зависит от человеческого фактора и подвержено таким проблемам, как неравномерное распределение волокон и несоответствующее содержание смолы.

Процесс отверждения: температура отверждения, время отверждения и давление отверждения, а также другие параметры процесса отверждения оказывают существенное влияние на характеристики композитов. Соответствующий процесс отверждения позволяет смоле полностью прореагировать сшиванием, улучшая характеристики смолы и прочность межфазного соединения волокно-смола. Неполное отверждение приведет к недостаточной прочности смолы и снижению механических свойств сосуда.