ข่าว

คาร์บอนไฟเบอร์ถังความดันคอมโพสิตแบบพันเส้นใย เป็นถังผนังบางที่ประกอบด้วยชั้นบุภายในที่ปิดสนิท และชั้นเส้นใยความแข็งแรงสูงที่พันเป็นเส้นใย ซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากการพันและทอเส้นใย เมื่อเปรียบเทียบกับถังความดันโลหะแบบดั้งเดิม ชั้นบุภายในของถังความดันคอมโพสิตทำหน้าที่ในการจัดเก็บ ปิดผนึก และป้องกันการกัดกร่อนทางเคมี ในขณะที่ชั้นคอมโพสิตส่วนใหญ่ใช้เพื่อรับภาระความดันภายใน เนื่องจากความแข็งแรงจำเพาะสูงและการออกแบบที่ดีของวัสดุคอมโพสิต ถังความดันคอมโพสิตจึงไม่เพียงแต่เพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนักอย่างมากเท่านั้น แต่ยังช่วยลดมวลของถังลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับถังความดันโลหะแบบดั้งเดิม
ชั้นในของภาชนะรับแรงดันที่พันด้วยเส้นใยนั้นส่วนใหญ่เป็นโครงสร้างแบบบุรอง ซึ่งมีหน้าที่หลักคือทำหน้าที่เป็นกำแพงกั้นเพื่อป้องกันการรั่วไหลของก๊าซหรือของเหลวที่มีแรงดันสูงที่เก็บอยู่ภายใน และในขณะเดียวกันก็ปกป้องชั้นนอกที่พันด้วยเส้นใยด้วย ชั้นนี้จะไม่ถูกกัดกร่อนโดยวัสดุที่เก็บอยู่ภายใน และชั้นนอกเป็นชั้นที่พันด้วยเส้นใยเสริมด้วยเมทริกซ์เรซิน ซึ่งส่วนใหญ่ใช้เพื่อรับแรงดันส่วนใหญ่ในภาชนะรับแรงดัน
1. โครงสร้างของภาชนะรับแรงดันแบบพันเส้นใย
ภาชนะรับแรงดันคอมโพสิตมีโครงสร้างหลัก 4 รูปแบบ ได้แก่ ทรงกระบอก ทรงกลม ทรงวงแหวน และทรงสี่เหลี่ยม ภาชนะทรงกระบอกประกอบด้วยส่วนทรงกระบอกและส่วนหัวสองส่วน ภาชนะรับแรงดันโลหะทำเป็นรูปทรงที่เรียบง่ายโดยมีกำลังรับแรงสำรองมากเกินไปในทิศทางตามแนวแกน ภาชนะทรงกลมมีแรงเค้นเท่ากันในทิศทางตามแนวยาวและแนวขวางภายใต้แรงดันภายใน และมีแรงเค้นตามแนวเส้นรอบวงเป็นครึ่งหนึ่งของภาชนะทรงกระบอก เนื่องจากความแข็งแรงของวัสดุโลหะเท่ากันในทุกทิศทาง ดังนั้นภาชนะทรงกลมที่ทำจากโลหะจึงได้รับการออกแบบให้มีความแข็งแรงเท่ากัน และมีมวลน้อยที่สุดเมื่อปริมาตรและแรงดันคงที่ สภาวะแรงของภาชนะทรงกลมเป็นสภาวะที่เหมาะสมที่สุด ผนังภาชนะจึงสามารถทำได้บางที่สุด อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความยากลำบากในการผลิตภาชนะทรงกลม จึงมักใช้เฉพาะในยานอวกาศและโอกาสพิเศษอื่นๆ เท่านั้น ภาชนะทรงวงแหวนในการผลิตทางอุตสาหกรรมนั้นหายากมาก แต่ในบางโอกาสหรือความต้องการเฉพาะ เช่น ยานอวกาศ เพื่อใช้พื้นที่ที่มีจำกัดให้เกิดประโยชน์สูงสุด จึงจะใช้โครงสร้างพิเศษนี้ ตู้คอนเทนเนอร์ทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้าส่วนใหญ่ใช้ในกรณีที่พื้นที่จำกัด เพื่อใช้พื้นที่และโครงสร้างให้เกิดประโยชน์สูงสุด เช่น รถถังบรรทุกน้ำมันทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้าสำหรับรถยนต์ รถถังบรรทุกน้ำมันสำหรับรถไฟ เป็นต้น ตู้คอนเทนเนอร์ประเภทนี้โดยทั่วไปเป็นตู้คอนเทนเนอร์ความดันต่ำหรือความดันบรรยากาศ และยิ่งน้ำหนักเบายิ่งดี
ความซับซ้อนของโครงสร้างของคอมโพสิตการเปลี่ยนแปลงความหนาของส่วนหัวและส่วนอื่นๆ อย่างกะทันหัน ความหนาและมุมของส่วนหัวที่แปรผัน ฯลฯ ทำให้เกิดความยากลำบากมากมายในการออกแบบ วิเคราะห์ คำนวณ และขึ้นรูปภาชนะรับแรงดันคอมโพสิต บางครั้ง ภาชนะรับแรงดันคอมโพสิตไม่เพียงแต่ต้องมีการพันด้วยมุมที่แตกต่างกันและอัตราส่วนความเร็วที่แปรผันในส่วนหัวเท่านั้น แต่ยังต้องใช้วิธีการพันที่แตกต่างกันตามโครงสร้างที่แตกต่างกันด้วย ในขณะเดียวกัน ต้องพิจารณาถึงอิทธิพลของปัจจัยในทางปฏิบัติ เช่น สัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน ดังนั้น การออกแบบโครงสร้างที่ถูกต้องและเหมาะสมเท่านั้นที่จะสามารถชี้นำกระบวนการผลิตการพันของภาชนะรับแรงดันคอมโพสิตได้อย่างถูกต้อง เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ภาชนะรับแรงดันคอมโพสิตน้ำหนักเบาที่ตรงตามข้อกำหนดการออกแบบ
2. วัสดุของภาชนะรับแรงดันแบบพันเส้นใย
เนื่องจากเป็นส่วนรับน้ำหนักหลัก ชั้นเส้นใยที่พันรอบต้องมีความแข็งแรงสูง โมดูลัสสูง ความหนาแน่นต่ำ เสถียรภาพทางความร้อนที่ดี และการเปียกเรซินที่ดี รวมถึงกระบวนการพันที่ดีและความแน่นของกลุ่มเส้นใยที่สม่ำเสมอ เส้นใยเสริมแรงที่ใช้กันทั่วไปสำหรับภาชนะรับแรงดันคอมโพสิตน้ำหนักเบา ได้แก่เส้นใยคาร์บอนเส้นใย PBOเส้นใยโพลีอะมีนอะโรมาติกและเส้นใย UHMWPE