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Fibra di carbonioIl recipiente a pressione composito ad avvolgimento è un recipiente a parete sottile costituito da un rivestimento ermeticamente sigillato e da uno strato di fibre avvolte ad alta resistenza, ottenuto principalmente mediante un processo di avvolgimento e tessitura delle fibre. Rispetto ai tradizionali recipienti a pressione in metallo, il rivestimento dei recipienti a pressione compositi funge da accumulo, sigillatura e protezione dalla corrosione chimica, mentre lo strato composito viene utilizzato principalmente per sopportare il carico di pressione interno. Grazie all'elevata resistenza specifica e alla buona progettabilità dei compositi, i recipienti a pressione compositi non solo hanno migliorato notevolmente la loro capacità di carico, ma hanno anche ridotto significativamente la massa del recipiente rispetto ai tradizionali recipienti a pressione in metallo.
Lo strato interno del recipiente a pressione in fibra avvolta è principalmente una struttura di rivestimento, la cui funzione principale è quella di fungere da barriera sigillante per impedire la fuoriuscita di gas o liquidi ad alta pressione immagazzinati al suo interno, e allo stesso tempo di proteggere lo strato esterno in fibra avvolta. Questo strato non verrà corroso dal materiale immagazzinato internamente e lo strato esterno è uno strato in fibra avvolta rinforzato con una matrice di resina, che viene utilizzata principalmente per resistere alla maggior parte dei carichi di pressione nel recipiente a pressione.
1. Struttura dei recipienti a pressione in fibra avvolta
Esistono quattro principali forme strutturali di recipienti a pressione compositi: cilindrica, sferica, anulare e rettangolare. Un recipiente cilindrico è costituito da una sezione cilindrica e due fondi. I recipienti a pressione metallici sono realizzati in forme semplici con riserve di resistenza in eccesso in direzione assiale. I recipienti sferici presentano tensioni uguali nelle direzioni di ordito e trama sotto pressione interna e sono pari alla metà delle tensioni circonferenziali dei recipienti cilindrici. La resistenza del materiale metallico è uguale in tutte le direzioni, quindi il contenitore sferico in metallo è progettato per garantire la stessa resistenza e ha la massa minima quando volume e pressione sono determinati. Lo stato di forza del contenitore sferico è il più ideale e anche la parete del contenitore può essere realizzata la più sottile. Tuttavia, a causa della maggiore difficoltà nella produzione di contenitori sferici, questi vengono generalmente utilizzati solo in veicoli spaziali e in altre occasioni speciali. I contenitori ad anello nella produzione industriale sono molto rari, ma in alcune occasioni specifiche o quando è necessaria questa struttura, ad esempio nei veicoli spaziali per sfruttare appieno lo spazio limitato, questa struttura speciale viene utilizzata. I contenitori rettangolari vengono utilizzati principalmente quando lo spazio è limitato, per massimizzare l'uso dello spazio e delle strutture, come i vagoni cisterna rettangolari per autoveicoli, i vagoni cisterna ferroviari, ecc. Tali contenitori sono generalmente contenitori a bassa pressione o contenitori a pressione atmosferica e i requisiti di qualità sono più leggeri, meglio è.
La complessità della struttura delcompositoIl recipiente a pressione stesso, la variazione improvvisa dello spessore della testa e della testa stessa, lo spessore e l'angolazione variabili della testa, ecc., comportano numerose difficoltà in fase di progettazione, analisi, calcolo e stampaggio. Talvolta, i recipienti a pressione compositi non solo devono essere avvolti con angoli diversi e rapporti di velocità variabili nella porzione della testa, ma devono anche adottare diversi metodi di avvolgimento a seconda della struttura. Allo stesso tempo, è necessario considerare l'influenza di fattori pratici come il coefficiente di attrito. Pertanto, solo una progettazione strutturale corretta e razionale può guidare correttamente il processo di produzione dell'avvolgimento dei recipienti a pressione compositi, al fine di produrre prodotti leggeri che soddisfino i requisiti di progettazione.
2. Materiale del recipiente a pressione in fibra avvolta
Essendo la parte portante principale, lo strato di avvolgimento delle fibre deve presentare elevata resistenza, elevato modulo elastico, bassa densità, stabilità termica e buona bagnabilità della resina, nonché buona lavorabilità dell'avvolgimento e una tenuta uniforme del fascio di fibre. Le fibre di rinforzo comunemente utilizzate per i recipienti a pressione compositi leggeri includonofibre di carbonio, fibre di PBO,fibre di poliammina aromaticae fibre UHMWPE.