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Fibra de carbonoO vaso de pressão composto enrolado é um recipiente de paredes finas constituído por um revestimento hermeticamente fechado e uma camada de fibra enrolada de alta resistência, formada principalmente por processos de enrolamento e tecelagem de fibras. Comparado aos vasos de pressão metálicos tradicionais, o revestimento dos vasos de pressão compostos serve para armazenamento, vedação e proteção contra corrosão química, enquanto a camada composta é utilizada principalmente para suportar a carga de pressão interna. Devido à alta resistência específica e à boa capacidade de projeto dos compósitos, os vasos de pressão compostos não só melhoraram significativamente sua capacidade de carga, como também reduziram consideravelmente a massa do recipiente em comparação com os vasos de pressão metálicos tradicionais.
A camada interna do vaso de pressão com revestimento de fibra é principalmente uma estrutura de revestimento, cuja principal função é atuar como uma barreira de vedação para evitar vazamentos de gases ou líquidos de alta pressão armazenados em seu interior e, ao mesmo tempo, proteger a camada externa de fibra. Essa camada não será corroída pelo material armazenado internamente, enquanto a camada externa é uma camada de fibra reforçada com uma matriz de resina, que é utilizada principalmente para suportar a maior parte das cargas de pressão no vaso.
1. Estrutura de vasos de pressão com revestimento de fibra
Existem quatro formas estruturais principais para vasos de pressão compostos: cilíndricos, esféricos, anulares e retangulares. Um vaso cilíndrico consiste em uma seção cilíndrica e duas tampas. Vasos de pressão metálicos são fabricados em formatos simples com reservas de resistência excessiva na direção axial. Vasos esféricos apresentam tensões iguais nas direções da trama e da urdidura sob pressão interna, sendo a tensão circunferencial metade da tensão dos vasos cilíndricos. A resistência do material metálico é igual em todas as direções, portanto, o recipiente esférico de metal é projetado para ter resistência uniforme e massa mínima quando o volume e a pressão são determinados. O estado de força do recipiente esférico é o mais ideal, e a parede do recipiente pode ser a mais fina possível. No entanto, devido à maior dificuldade de fabricação de recipientes esféricos, eles geralmente são usados ​​apenas em espaçonaves e outras aplicações especiais. Recipientes anulares são muito raros na produção industrial, mas em algumas situações específicas ou quando essa estrutura é necessária, como em veículos espaciais, para aproveitar ao máximo o espaço limitado, essa estrutura especial é utilizada. Os contêineres retangulares são utilizados principalmente em situações de espaço limitado, maximizando o aproveitamento do espaço e das estruturas, como vagões-tanque retangulares para automóveis e vagões-tanque ferroviários. Esses contêineres geralmente são de baixa pressão ou pressão atmosférica, e quanto mais leves forem, melhor, de acordo com os requisitos de qualidade.
A complexidade da estrutura docompostoA própria estrutura do vaso de pressão, com suas mudanças repentinas na espessura da tampa e na base, além da variação na espessura e no ângulo da tampa, entre outros fatores, apresenta diversas dificuldades para o projeto, análise, cálculo e moldagem. Em alguns casos, vasos de pressão compostos precisam não apenas ser enrolados em diferentes ângulos e com diferentes taxas de velocidade na tampa, mas também adotar diferentes métodos de enrolamento de acordo com a estrutura. Ao mesmo tempo, é necessário considerar a influência de fatores práticos, como o coeficiente de atrito. Portanto, somente um projeto estrutural correto e adequado pode orientar o processo de produção de vasos de pressão compostos, de modo a produzir vasos de pressão compostos leves que atendam aos requisitos do projeto.
2. Material do vaso de pressão com revestimento de fibra
Como principal componente de suporte de carga, a camada de enrolamento de fibras deve apresentar alta resistência, alto módulo de elasticidade, baixa densidade, estabilidade térmica e boa molhabilidade da resina, além de boa processabilidade de enrolamento e compactação uniforme dos feixes de fibras. As fibras de reforço comumente utilizadas em vasos de pressão compostos leves incluem:fibras de carbono, fibras PBO,fibras de poliamina aromáticase fibras UHMWPE.