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Fibra de carbonoVasos de pressão compostos com enrolamento são vasos de parede fina, constituídos por um revestimento hermeticamente selado e uma camada de fibra de alta resistência, formada principalmente pelo processo de enrolamento e tecelagem de fibras. Comparado aos vasos de pressão metálicos tradicionais, o revestimento dos vasos de pressão compostos serve como armazenamento, vedação e proteção contra corrosão química, sendo a camada composta 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 significativamente sua massa em comparação aos vasos de pressão metálicos tradicionais.
A camada interna do vaso de pressão enrolado em fibra é principalmente uma estrutura de revestimento, cuja principal função é atuar como uma barreira de vedação para evitar o vazamento de gases ou líquidos de alta pressão armazenados em seu interior e, ao mesmo tempo, proteger a camada externa enrolada em fibra. Esta camada não será corroída pelo material armazenado internamente, e a camada externa é uma camada de fibra enrolada reforçada com uma matriz de resina, que é usada principalmente para suportar a maioria das cargas de pressão no vaso de pressão.
1. Estrutura de vasos de pressão enrolados em fibra
Existem quatro formas estruturais principais de vasos de pressão compostos: cilíndricos, esféricos, anulares e retangulares. Um vaso cilíndrico consiste em uma seção cilíndrica e duas cabeças. Os vasos de pressão de metal são feitos em formas simples com excesso de reservas de resistência na direção axial. Os vasos esféricos têm tensões iguais nas direções de urdidura e trama sob pressão interna e são metade da tensão circunferencial dos vasos cilíndricos. A resistência do material metálico é igual em todas as direções, portanto, o recipiente esférico feito de metal é projetado para resistência igual e tem a massa mínima quando o volume e a pressão são determinados. O estado de força do recipiente esférico é o mais ideal, a parede do recipiente também pode ser a mais fina. No entanto, devido à maior dificuldade na fabricação de recipientes esféricos, geralmente são usados apenas em naves espaciais e outras ocasiões especiais. Recipientes em anel na produção industrial são muito raros, mas em algumas ocasiões específicas ou necessidade dessa estrutura, por exemplo, naves espaciais, a fim de fazer uso total do espaço limitado, usarão essa estrutura especial. O contêiner retangular é usado principalmente quando o espaço é limitado, maximizando o uso do espaço e o uso de estruturas, como vagões-tanque retangulares automotivos, vagões-tanque ferroviários, etc. Esses contêineres são geralmente contêineres de baixa pressão ou contêineres de pressão atmosférica e os requisitos de qualidade quanto mais leve, melhor.
A complexidade da estrutura docompostoO próprio vaso de pressão, a mudança repentina na espessura da cabeça e do cabeçote, a espessura e o ângulo variáveis da cabeça, etc., trazem muitas dificuldades para o projeto, análise, cálculo e moldagem. Às vezes, os vasos de pressão compostos não só precisam ser enrolados em diferentes ângulos e relações de velocidade variáveis na parte da cabeça, como também precisam adotar diferentes métodos de enrolamento de acordo com as diferentes estruturas. Ao mesmo tempo, a influência de fatores práticos, como o coeficiente de atrito, deve ser considerada. Portanto, somente um projeto estrutural correto e razoável pode orientar corretamente o processo de produção de enrolamento de vasos de pressão compostos, de modo a produzir vasos de pressão compostos leves que atendam aos requisitos de projeto.
2. Material do vaso de pressão enrolado em fibra
Como principal componente de suporte de carga, a camada de enrolamento de fibra deve apresentar alta resistência, alto módulo, baixa densidade, estabilidade térmica e boa molhabilidade da resina, além de boa processabilidade do enrolamento e estanqueidade uniforme do feixe de fibras. As fibras de reforço comumente utilizadas para vasos de pressão de compósitos leves incluem:fibras de carbono, fibras PBO,fibras de poliamina aromáticas, e fibras de UHMWPE.