ข่าว

คาร์บอนไฟเบอร์ภาชนะรับแรงดันคอมโพสิตแบบม้วน (Winding Composite Pressure Vessel) เป็นภาชนะผนังบาง ประกอบด้วยแผ่นบุที่ปิดผนึกอย่างแน่นหนาและชั้นใยแก้วที่มีความแข็งแรงสูง ซึ่งส่วนใหญ่ขึ้นรูปด้วยกระบวนการม้วนและทอเส้นใย เมื่อเทียบกับภาชนะรับแรงดันโลหะแบบดั้งเดิม แผ่นบุของภาชนะรับแรงดันคอมโพสิตทำหน้าที่จัดเก็บ ปิดผนึก และป้องกันการกัดกร่อนทางเคมี และชั้นคอมโพสิตส่วนใหญ่ใช้รับน้ำหนักแรงดันภายใน ด้วยความแข็งแรงจำเพาะที่สูงและความสามารถในการออกแบบที่ดีของคอมโพสิต ภาชนะรับแรงดันคอมโพสิตจึงไม่เพียงแต่เพิ่มขีดความสามารถในการรับน้ำหนักได้อย่างมาก แต่ยังลดน้ำหนักของภาชนะลงอย่างมากเมื่อเทียบกับภาชนะรับแรงดันโลหะแบบดั้งเดิม
ชั้นในของภาชนะรับแรงดันแบบพันเส้นใยส่วนใหญ่เป็นโครงสร้างซับใน ซึ่งหน้าที่หลักคือทำหน้าที่เป็นตัวกั้นการปิดผนึกเพื่อป้องกันการรั่วไหลของก๊าซหรือของเหลวแรงดันสูงที่เก็บไว้ภายใน และในขณะเดียวกันก็ปกป้องชั้นใยที่พันอยู่ด้านนอก ชั้นนี้จะไม่ถูกกัดกร่อนจากวัสดุที่เก็บไว้ภายใน และชั้นนอกเป็นชั้นใยที่พันเสริมด้วยเมทริกซ์เรซิน ซึ่งส่วนใหญ่ใช้เพื่อทนต่อแรงดันส่วนใหญ่ในภาชนะรับแรงดัน
1. โครงสร้างของภาชนะรับแรงดันแบบพันด้วยเส้นใย
ภาชนะความดันแบบผสมมีโครงสร้างหลัก 4 แบบ ได้แก่ ทรงกระบอก ทรงกลม วงแหวน และสี่เหลี่ยมผืนผ้า ภาชนะความดันทรงกระบอกประกอบด้วยส่วนทรงกระบอกและหัวสองหัว ภาชนะความดันโลหะถูกผลิตเป็นรูปทรงเรียบง่ายโดยมีความแข็งแรงสำรองส่วนเกินในแนวแกน ภาชนะทรงกลมมีความเค้นเท่ากันในทิศทางการยืนและพุ่งภายใต้แรงกดภายใน และมีค่าความเค้นรอบวงครึ่งหนึ่งของภาชนะทรงกระบอก ความแข็งแรงของวัสดุโลหะเท่ากันในทุกทิศทาง ดังนั้นภาชนะทรงกลมที่ทำจากโลหะจึงได้รับการออกแบบให้มีความแข็งแรงเท่ากัน และมีมวลน้อยที่สุดเมื่อปริมาตรและแรงดันคงที่ สภาวะแรงของภาชนะทรงกลมเหมาะสมที่สุด ผนังภาชนะจึงบางที่สุดได้เช่นกัน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความยากลำบากในการผลิตภาชนะทรงกลม โดยทั่วไปจะใช้เฉพาะในยานอวกาศและโอกาสพิเศษอื่นๆ ภาชนะวงแหวนในการผลิตเชิงอุตสาหกรรมนั้นหายากมาก แต่ในบางโอกาสพิเศษหรือจำเป็นต้องใช้โครงสร้างนี้ เช่น ยานอวกาศ เพื่อใช้ประโยชน์จากพื้นที่จำกัดอย่างเต็มที่ จะใช้โครงสร้างพิเศษนี้ ภาชนะทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้าส่วนใหญ่มีไว้เพื่อตอบสนองความต้องการเมื่อมีพื้นที่จำกัด เพื่อเพิ่มการใช้พื้นที่ให้เกิดประโยชน์สูงสุด และใช้โครงสร้างต่างๆ เช่น รถถังทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้า รถถังรถไฟ เป็นต้น โดยทั่วไปแล้ว ภาชนะประเภทนี้จะเป็นภาชนะแรงดันต่ำหรือภาชนะแรงดันบรรยากาศ และยิ่งมีน้ำหนักเบามากเท่าไหร่ ก็ยิ่งดีเท่านั้น
ความซับซ้อนของโครงสร้างของคอมโพสิตตัวภาชนะรับแรงดันเอง การเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันของความหนาของหัวและส่วนปลาย ความหนาและมุมของหัวที่แปรผัน ฯลฯ นำมาซึ่งความยากลำบากอย่างมากในการออกแบบ การวิเคราะห์ การคำนวณ และการขึ้นรูป บางครั้งภาชนะรับแรงดันคอมโพสิตไม่เพียงแต่ต้องพันด้วยมุมและอัตราความเร็วที่แปรผันในส่วนส่วนหัวเท่านั้น แต่ยังต้องใช้วิธีการพันที่แตกต่างกันไปตามโครงสร้างที่แตกต่างกัน ขณะเดียวกันก็ต้องพิจารณาอิทธิพลของปัจจัยเชิงปฏิบัติ เช่น ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน ดังนั้น การออกแบบโครงสร้างที่ถูกต้องและสมเหตุสมผลเท่านั้นที่จะสามารถนำทางกระบวนการผลิตภาชนะรับแรงดันคอมโพสิตได้อย่างถูกต้อง เพื่อผลิตภาชนะรับแรงดันคอมโพสิตที่มีน้ำหนักเบาและตรงตามข้อกำหนดการออกแบบ
2. วัสดุของภาชนะรับแรงดันแบบพันเส้นใย
เนื่องจากเป็นชิ้นส่วนหลักที่รับน้ำหนัก ชั้นม้วนเส้นใยจึงต้องมีความแข็งแรงสูง โมดูลัสสูง ความหนาแน่นต่ำ เสถียรภาพทางความร้อน และความสามารถในการเปียกของเรซินที่ดี รวมถึงความสามารถในการขึ้นรูปม้วนที่ดีและความแน่นของมัดเส้นใยที่สม่ำเสมอ เส้นใยเสริมแรงที่นิยมใช้กันทั่วไปสำหรับภาชนะรับแรงดันคอมโพสิตน้ำหนักเบา ได้แก่เส้นใยคาร์บอน, เส้นใย PBO,เส้นใยโพลีเอมีนอะโรมาติกและเส้นใย UHMWPE