berita

Lapisan dalam bekas tekanan lilitan gentian terutamanya merupakan struktur lapisan, yang fungsi utamanya adalah untuk bertindak sebagai penghalang pengedap bagi mengelakkan kebocoran gas atau cecair bertekanan tinggi yang tersimpan di dalamnya, di samping melindungi lapisan lilitan gentian luar. Lapisan ini tidak berkarat oleh bahan yang tersimpan di dalam, dan lapisan luarnya ialah lapisan lilitan gentian bertetulang resin, yang kebanyakannya digunakan untuk menanggung sebahagian besar beban tekanan di dalam bekas tekanan.

Struktur bekas tekanan lilitan gentian: Bekas tekanan bahan komposit terutamanya terdapat dalam empat bentuk struktur: silinder, sfera, anulus dan segi empat tepat. Bekas bulat terdiri daripada bahagian silinder dan dua kepala. Bekas tekanan logam dihasilkan dalam bentuk mudah, dengan rizab kekuatan berlebihan dalam arah paksi. Di bawah tekanan dalaman, tegasan membujur dan latitud bekas sfera adalah sama, dan ia adalah separuh daripada tegasan lilitan bekas silinder. Bahan logam mempunyai kekuatan yang sama dalam semua arah; oleh itu, bekas logam sfera direka bentuk untuk kekuatan yang sama dan mempunyai jisim minimum untuk isipadu dan tekanan tertentu. Keadaan tegasan bekas sfera adalah ideal, dan dinding bekas boleh dibuat paling nipis. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh kesukaran yang lebih besar dalam pembuatan bekas sfera, ia biasanya hanya digunakan dalam aplikasi khas seperti kapal angkasa. Bekas berbentuk cincin jarang berlaku dalam pengeluaran perindustrian, tetapi strukturnya masih diperlukan dalam situasi tertentu. Contohnya, kapal angkasa menggunakan struktur khas ini untuk memanfaatkan sepenuhnya ruang terhad. Bekas segi empat tepat terutamanya digunakan untuk memaksimumkan penggunaan ruang apabila ruang terhad, seperti gerabak tangki segi empat tepat untuk kereta dan gerabak tangki kereta api. Bekas-bekas ini biasanya merupakan bekas bertekanan rendah atau bertekanan atmosfera, dan berat yang lebih ringan adalah lebih diutamakan.

Kerumitan struktur bekas tekanan bahan komposit, perubahan mendadak pada penutup hujung dan ketebalannya, serta ketebalan dan sudut penutup hujung yang berubah-ubah membawa banyak kesukaran kepada reka bentuk, analisis, pengiraan dan pengacuan. Kadangkala, bekas tekanan bahan komposit bukan sahaja memerlukan penggulungan pada sudut dan nisbah kelajuan yang berbeza pada penutup hujung, tetapi juga memerlukan kaedah penggulungan yang berbeza bergantung pada strukturnya. Pada masa yang sama, pengaruh faktor praktikal seperti pekali geseran mesti dipertimbangkan. Oleh itu, hanya reka bentuk struktur yang betul dan munasabah dapat membimbing proses pengeluaran penggulungan dengan betul.bahan kompositbekas tekanan, sekali gus menghasilkan produk bekas tekanan bahan komposit ringan yang memenuhi keperluan reka bentuk.

Bahan untuk Kapal Tekanan Lilit Serat

Lapisan lilitan gentian, sebagai komponen galas beban utama, mesti mempunyai kekuatan tinggi, modulus tinggi, ketumpatan rendah, kestabilan haba, kebolehbasahan resin yang baik, kebolehprosesan penggulungan yang baik, dan keketatan berkas gentian yang seragam. Bahan gentian pengukuh yang biasa digunakan untuk bekas tekanan komposit ringan termasuk gentian karbon, gentian PBO, gentian aramid dan gentian polietilena berat molekul ultra tinggi.

Serat karbonialah bahan karbon berserat yang komponen utamanya ialah karbon. Ia dibentuk dengan mengkarbonkan prekursor gentian organik pada suhu tinggi dan merupakan bahan gentian berprestasi tinggi dengan kandungan karbon melebihi 95%. Gentian karbon mempunyai sifat yang sangat baik, dan penyelidikan mengenainya bermula lebih 100 tahun yang lalu. Ia merupakan bahan gentian lilitan berprestasi tinggi, modulus tinggi dan berketumpatan rendah, terutamanya dicirikan oleh yang berikut:

1. Ketumpatan rendah dan ringan. Ketumpatan gentian karbon ialah 1.7~2 g/cm³, bersamaan dengan 1/4 ketumpatan keluli dan 1/2 ketumpatan aloi aluminium.

2. Kekuatan tinggi dan modulus tinggi: Kekuatannya adalah 4-5 kali lebih tinggi daripada keluli, dan modulus elastiknya adalah 5-6 kali lebih tinggi daripada aloi aluminium, menunjukkan pemulihan elastik mutlak (Zhang Eryong dan Sun Yan, 2020). Kekuatan tegangan dan modulus elastik gentian karbon masing-masing boleh mencapai 3500-6300 MPa dan 230-700 GPa.

3. Pekali pengembangan haba yang rendah: Kekonduksian haba gentian karbon berkurangan dengan peningkatan suhu, menjadikannya tahan terhadap penyejukan dan pemanasan yang cepat. Ia tidak akan retak walaupun selepas disejukkan dari beberapa ribu darjah Celsius ke suhu bilik, dan ia tidak akan cair atau lembut dalam atmosfera bukan pengoksidaan pada 3000℃; ia tidak akan menjadi rapuh pada suhu cecair.

4. Rintangan kakisan yang baik: Serat karbon tidak aktif terhadap asid dan boleh menahan asid kuat seperti asid hidroklorik pekat dan asid sulfurik. Tambahan pula, komposit serat karbon juga mempunyai ciri-ciri seperti rintangan sinaran, kestabilan kimia yang baik, keupayaan untuk menyerap gas toksik dan penyederhanaan neutron, menjadikannya boleh digunakan secara meluas dalam aeroangkasa, ketenteraan dan banyak bidang lain.

Aramid, sejenis gentian organik yang disintesis daripada poliftalamida aromatik, muncul pada akhir 1960-an. Ketumpatannya lebih rendah daripada gentian karbon. Ia mempunyai kekuatan yang tinggi, hasil yang tinggi, rintangan hentaman yang baik, kestabilan kimia yang baik dan rintangan haba, dan harganya hanya separuh daripada gentian karbon.Serat aramidterutamanya mempunyai ciri-ciri berikut:

1. Sifat mekanikal yang baik. Serat aramid ialah polimer fleksibel dengan kekuatan tegangan yang lebih tinggi daripada poliester, kapas dan nilon biasa. Ia mempunyai pemanjangan yang lebih besar, rasa tangan yang lembut dan kebolehputaran yang baik, membolehkannya dibuat menjadi gentian dengan kehalusan dan panjang yang berbeza.

2. Rintangan kalis api dan haba yang sangat baik. Aramid mempunyai indeks oksigen pengehad yang lebih besar daripada 28, jadi ia tidak terus terbakar selepas dikeluarkan dari api. Ia mempunyai kestabilan haba yang baik, boleh digunakan secara berterusan pada 205℃, dan mengekalkan kekuatan yang tinggi walaupun pada suhu melebihi 205℃. Pada masa yang sama, gentian aramid mempunyai suhu penguraian yang tinggi, mengekalkan kekuatan yang tinggi walaupun pada suhu tinggi, dan hanya mula mengkarbonkan pada suhu melebihi 370℃.

3. Sifat kimia yang stabil. Serat aramid mempamerkan ketahanan yang sangat baik terhadap kebanyakan bahan kimia, boleh menahan kebanyakan kepekatan asid tak organik yang tinggi, dan mempunyai rintangan alkali yang baik pada suhu bilik.

4. Sifat mekanikal yang sangat baik. Ia mempunyai sifat mekanikal yang luar biasa seperti kekuatan ultra tinggi, modulus tinggi, dan ringan. Kekuatannya adalah 5-6 kali ganda daripada dawai keluli, modulus elastiknya adalah 2-3 kali ganda daripada dawai keluli atau gentian kaca, ketahanannya adalah dua kali ganda daripada dawai keluli, dan beratnya hanya 1/5 daripada dawai keluli. Gentian poliamida aromatik telah lama digunakan secara meluas sebagai bahan gentian berprestasi tinggi, terutamanya sesuai untuk kapal tekanan aeroangkasa dan penerbangan dengan keperluan kualiti dan bentuk yang ketat.

Serat PBO telah dibangunkan di Amerika Syarikat pada tahun 1980-an sebagai bahan pengukuh untuk bahan komposit yang dibangunkan untuk industri aeroangkasa. Ia merupakan salah satu ahli keluarga poliamida yang paling berpotensi yang mengandungi sebatian aromatik heterosiklik dan dikenali sebagai serat super abad ke-21. Serat PBO mempunyai sifat fizikal dan kimia yang sangat baik; kekuatan, modulus elastik dan rintangan habanya adalah antara yang terbaik daripada semua serat. Tambahan pula, serat PBO mempunyai rintangan hentaman, rintangan lelasan dan kestabilan dimensi yang sangat baik, serta ringan dan fleksibel, menjadikannya bahan tekstil yang ideal. Serat PBO mempunyai ciri-ciri utama berikut:

1. Sifat mekanikal yang sangat baik. Produk gentian PBO mewah mempunyai kekuatan 5.8 GPa dan modulus elastik 180 GPa, yang tertinggi antara gentian kimia sedia ada.

2. Kestabilan terma yang sangat baik. Ia boleh menahan suhu sehingga 600℃, dengan indeks pengehad 68. Ia tidak terbakar atau mengecut dalam api, dan rintangan haba serta kalis apinya adalah lebih tinggi daripada mana-mana gentian organik yang lain.

Sebagai gentian berprestasi ultra tinggi abad ke-21, gentian PBO mempunyai sifat fizikal, mekanikal dan kimia yang luar biasa. Kekuatan dan modulus elastiknya adalah dua kali ganda daripada gentian aramid, dan ia mempunyai rintangan haba dan kalis api poliamida meta-aramid. Sifat fizikal dan kimianya mengatasi sepenuhnya gentian aramid. Gentian PBO berdiameter 1mm boleh mengangkat objek yang beratnya sehingga 450kg, dan kekuatannya lebih daripada 10 kali ganda daripada gentian keluli.

Serat polietilena berat molekul ultra tinggi, juga dikenali sebagai gentian polietilena berkekuatan tinggi dan modulus tinggi, ialah gentian dengan kekuatan spesifik dan modulus spesifik tertinggi di dunia. Ia merupakan gentian yang dipintal daripada polietilena dengan berat molekul 1 juta hingga 5 juta. Gentian polietilena berkekuatan molekul ultra tinggi terutamanya mempunyai ciri-ciri berikut:

1. Kekuatan spesifik yang tinggi dan modulus spesifik yang tinggi. Kekuatan spesifiknya adalah lebih daripada sepuluh kali ganda daripada dawai keluli dengan keratan rentas yang sama, dan modulus spesifiknya adalah kedua selepas gentian karbon khas. Biasanya, berat molekulnya lebih besar daripada 10, dengan kekuatan tegangan 3.5 GPa, modulus elastik 116 GPa, dan pemanjangan 3.4%.

2. Ketumpatan rendah. Ketumpatannya secara amnya 0.97~0.98 g/cm³, membolehkannya terapung di atas air.

3. Pemanjangan semasa putus yang rendah. Ia mempunyai kapasiti penyerapan tenaga yang kuat, rintangan hentaman dan pemotongan yang sangat baik, rintangan cuaca yang sangat baik, dan tahan terhadap sinar ultraungu, neutron, dan sinar gamma. Ia juga mempunyai penyerapan tenaga tentu yang tinggi, pemalar dielektrik yang rendah, transmisi gelombang elektromagnet yang tinggi, dan rintangan terhadap kakisan kimia, serta rintangan haus yang baik dan jangka hayat lenturan yang panjang.

Serat polietilena mempunyai banyak sifat unggul, menunjukkan kelebihan yang ketara dalamgentian berprestasi tinggipasaran. Daripada talian tambatan di medan minyak luar pesisir hinggalah bahan komposit ringan berprestasi tinggi, ia mempamerkan kelebihan yang luar biasa dalam peperangan moden, serta dalam sektor penerbangan, aeroangkasa dan maritim, memainkan peranan penting dalam peralatan pertahanan dan bidang lain.