lajme

Shtresa e brendshme e një ene nën presion të mbështjellë me fibra është kryesisht një strukturë veshjeje, funksioni kryesor i së cilës është të veprojë si një barrierë vulosëse për të parandaluar rrjedhjen e gazit ose lëngut me presion të lartë të ruajtur brenda, duke mbrojtur gjithashtu shtresën e jashtme të mbështjellë me fibra. Kjo shtresë nuk gërryhet nga materiali i ruajtur brenda, dhe shtresa e jashtme është një shtresë e mbështjellë me fibra e përforcuar me rrëshirë, e përdorur kryesisht për të përballuar pjesën më të madhe të ngarkesës së presionit brenda enës nën presion.

Struktura e një ene presioni të mbështjellë me fibra: Enët e presionit prej materiali kompozit vijnë kryesisht në katër forma strukturore: cilindrike, sferike, unazore dhe drejtkëndëshe. Një enë rrethore përbëhet nga një seksion cilindrik dhe dy koka. Enët metalike të presionit prodhohen në forma të thjeshta, me rezerva të tepërta të forcës në drejtimin aksial. Nën presionin e brendshëm, streset gjatësore dhe latitudinale të një ene sferike janë të barabarta, dhe është gjysma e stresit rrethor të një ene cilindrike. Materialet metalike kanë forcë të barabartë në të gjitha drejtimet; prandaj, enët metalike sferike janë projektuar për forcë të barabartë dhe kanë masën minimale për një vëllim dhe presion të caktuar. Gjendja e stresit të një ene sferike është ideale, dhe muri i enës mund të bëhet sa më i hollë. Megjithatë, për shkak të vështirësisë më të madhe në prodhimin e enëve sferike, ato përdoren përgjithësisht vetëm në aplikime të veçanta siç janë anijet kozmike. Enët në formë unaze janë të rralla në prodhimin industrial, por struktura e tyre është ende e nevojshme në situata të caktuara specifike. Për shembull, anijet kozmike përdorin këtë strukturë të veçantë për të shfrytëzuar plotësisht hapësirën e kufizuar. Enët drejtkëndëshe përdoren kryesisht për të maksimizuar shfrytëzimin e hapësirës kur hapësira është e kufizuar, siç janë vagonët drejtkëndëshe për automobila dhe vagonët hekurudhorë. Këto kontejnerë janë përgjithësisht enë me presion të ulët ose atmosferik, dhe preferohen ato me peshë më të lehtë.

Kompleksiteti i strukturës së enëve nën presion nga materiali kompozit, ndryshimet e papritura në kapakët fundorë dhe trashësinë e tyre, si dhe trashësia dhe këndi i ndryshueshëm i kapakëve fundorë sjellin shumë vështirësi në projektim, analizë, llogaritje dhe formësim. Ndonjëherë, enët nën presion nga materiali kompozit jo vetëm që kërkojnë mbështjellje në kënde dhe raporte shpejtësie të ndryshme në kapakët fundorë, por kërkojnë edhe metoda të ndryshme mbështjelljeje në varësi të strukturës. Njëkohësisht, duhet të merret në konsideratë ndikimi i faktorëve praktikë siç është koeficienti i fërkimit. Prandaj, vetëm një projektim strukturor i saktë dhe i arsyeshëm mund ta udhëheqë siç duhet procesin e prodhimit të mbështjelljes sëmaterial i përbërëenë nën presion, duke prodhuar kështu produkte të enëve nën presion nga materiale të lehta kompozite që plotësojnë kërkesat e projektimit.

Materiale për Enët Presionale të Plaguara me Fibra

Shtresa e mbështjellë me fibra, si përbërësi kryesor mbajtës i ngarkesës, duhet të ketë rezistencë të lartë, modul të lartë elastik, dendësi të ulët, stabilitet termik, lagështi të mirë në rrëshirë, përpunueshmëri të mirë në mbështjellje dhe ngushtësi uniforme të tufës së fibrave. Materialet e fibrave përforcuese që përdoren zakonisht për enët e lehta nën presion të përbërë përfshijnë fibrat e karbonit, fibrat PBO, fibrat aramide dhe fibrat e polietilenit me peshë molekulare ultra të lartë.

Fibër karboniështë një material fibroze karboni, përbërësi kryesor i të cilit është karboni. Formohet duke karbonizuar pararendësit e fibrave organike në temperatura të larta dhe është një material fibroze me performancë të lartë me një përmbajtje karboni që tejkalon 95%. Fibra e karbonit ka veti të shkëlqyera dhe kërkimet mbi të filluan mbi 100 vjet më parë. Është një material fibroze i mbështjellë me performancë të lartë, me modul të lartë dhe dendësi të ulët, i karakterizuar kryesisht nga sa vijon:

1. Dendësi e ulët dhe peshë e lehtë. Dendësia e fibrës së karbonit është 1.7~2 g/cm³, ekuivalente me 1/4 e dendësisë së çelikut dhe 1/2 e dendësisë së lidhjes së aluminit.

2. Rezistencë e lartë dhe modul i lartë elastik: Rezistenca e tij është 4-5 herë më e lartë se çeliku, dhe moduli i tij elastik është 5-6 herë më i lartë se lidhjet e aluminit, duke shfaqur rikuperim absolut elastik (Zhang Eryong dhe Sun Yan, 2020). Rezistenca në tërheqje dhe moduli elastik i fibrave të karbonit mund të arrijnë përkatësisht 3500-6300 MPa dhe 230-700 GPa.

3. Koeficient i ulët i zgjerimit termik: Përçueshmëria termike e fibrës së karbonit zvogëlohet me rritjen e temperaturës, duke e bërë atë rezistente ndaj ftohjes dhe ngrohjes së shpejtë. Nuk do të çahet edhe pas ftohjes nga disa mijëra gradë Celsius në temperaturën e dhomës, dhe nuk do të shkrihet ose zbutet në një atmosferë jo-oksiduese në 3000℃; nuk do të bëhet e brishtë në temperaturat e lëngut.

4. Rezistencë e mirë ndaj korrozionit: Fibra e karbonit është inerte ndaj acideve dhe mund t'i rezistojë acideve të forta siç janë acidi klorhidrik i përqendruar dhe acidi sulfurik. Për më tepër, përbërësit e fibrave të karbonit kanë gjithashtu karakteristika të tilla si rezistenca ndaj rrezatimit, stabiliteti i mirë kimik, aftësia për të thithur gazra toksikë dhe moderimi i neutroneve, duke i bërë ato gjerësisht të zbatueshme në hapësirën ajrore, ushtarake dhe shumë fusha të tjera.

Aramidi, një fibër organike e sintetizuar nga poliftalamidet aromatike, u shfaq në fund të viteve 1960. Dendësia e tij është më e ulët se ajo e fibrës së karbonit. Ai zotëron fortësi të lartë, rendiment të lartë, rezistencë të mirë ndaj goditjeve, stabilitet të mirë kimik dhe rezistencë ndaj nxehtësisë, dhe çmimi i tij është vetëm gjysma e atij të fibrës së karbonit.Fibra aramidekryesisht kanë karakteristikat e mëposhtme:

1. Veti të mira mekanike. Fibra aramide është një polimer fleksibël me rezistencë ndaj tërheqjes më të lartë se poliesteri i zakonshëm, pambuku dhe najloni. Ka zgjatim më të madh, një ndjesi të butë në dorë dhe aftësi të mirë për tjerrje, duke lejuar që të shndërrohet në fibra me imtësi dhe gjatësi të ndryshme.

2. Rezistencë e shkëlqyer ndaj flakës dhe nxehtësisë. Aramidi ka një indeks kufizues oksigjeni më të madh se 28, kështu që nuk vazhdon të digjet pasi hiqet nga flaka. Ka stabilitet të mirë termik, mund të përdoret vazhdimisht në 205℃ dhe ruan fortësi të lartë edhe në temperatura mbi 205℃. Njëkohësisht, fibrat e aramidit kanë një temperaturë të lartë dekompozimi, duke ruajtur fortësi të lartë edhe në temperatura të larta dhe fillojnë të karbonizohen vetëm në temperatura mbi 370℃.

3. Veti kimike të qëndrueshme. Fibrat aramide shfaqin rezistencë të shkëlqyer ndaj shumicës së kimikateve, mund t'i rezistojnë shumicës së përqendrimeve të larta të acideve inorganike dhe kanë rezistencë të mirë ndaj alkaleve në temperaturë ambienti.

4. Veti të shkëlqyera mekanike. Zotëron veti të jashtëzakonshme mekanike, të tilla si rezistencë ultra të lartë, modul të lartë elastik dhe peshë të lehtë. Rezistenca e tij është 5-6 herë më e lartë se teli i çelikut, moduli i elasticitetit është 2-3 herë më i lartë se teli i çelikut ose fibrave të qelqit, fortësia e tij është dy herë më e lartë se teli i çelikut dhe pesha e tij është vetëm 1/5 e telit të çelikut. Fibrat aromatike të poliamidit kanë qenë prej kohësh materiale fibre me performancë të lartë të përdorura gjerësisht, kryesisht të përshtatshme për enët nën presion të hapësirës ajrore dhe aviacionit me kërkesa të rrepta për cilësi dhe formë.

Fibra PBO u zhvillua në Shtetet e Bashkuara në vitet 1980 si një material përforcues për materialet kompozite të zhvilluara për industrinë ajrore. Është një nga anëtarët më premtues të familjes së poliamideve që përmban komponime aromatike heterociklike dhe njihet si superfibra e shekullit të 21-të. Fibra PBO zotëron veti të shkëlqyera fizike dhe kimike; forca, moduli elastik dhe rezistenca ndaj nxehtësisë janë ndër më të mirat e të gjitha fibrave. Për më tepër, fibra PBO ka rezistencë të shkëlqyer ndaj goditjes, rezistencë ndaj gërryerjes dhe stabilitet dimensional, dhe është e lehtë dhe fleksibile, duke e bërë atë një material ideal tekstili. Fibra PBO ka karakteristikat kryesore të mëposhtme:

1. Veti të shkëlqyera mekanike. Produktet e fibrave PBO të nivelit të lartë kanë një fortësi prej 5.8 GPa dhe një modul elastik prej 180 GPa, më i larti midis fibrave kimike ekzistuese.

2. Stabilitet i shkëlqyer termik. Mund t'i rezistojë temperaturave deri në 600℃, me një indeks kufizues prej 68. Nuk digjet ose tkurret në flakë, dhe rezistenca e tij ndaj nxehtësisë dhe qëndrueshmëria ndaj flakës janë më të larta se çdo fibër tjetër organike.

Si një fibër me performancë ultra të lartë të shekullit të 21-të, fibra PBO zotëron veti të jashtëzakonshme fizike, mekanike dhe kimike. Fortësia dhe moduli i saj elastik janë dyfishi i fibrave aramide, dhe zotëron rezistencën ndaj nxehtësisë dhe rezistencën ndaj flakës së poliamidit meta-aramid. Vetitë e saj fizike dhe kimike i tejkalojnë plotësisht ato të fibrave aramide. Një fibër PBO me diametër 1 mm mund të ngrejë një objekt që peshon deri në 450 kg, dhe forca e saj është më shumë se 10 herë më e lartë se fibra e çelikut.

Fibër polietileni me peshë molekulare ultra të lartë, i njohur edhe si fibër polietileni me rezistencë të lartë dhe modul të lartë, është fibra me rezistencën specifike dhe modulin specifik më të lartë në botë. Është një fibër e tjerrë nga polietileni me një peshë molekulare prej 1 milion deri në 5 milion. Fibra polietileni me peshë molekulare ultra të lartë ka kryesisht karakteristikat e mëposhtme:

1. Fortësi specifike e lartë dhe modul specifik i lartë. Fortësia e tij specifike është më shumë se dhjetë herë më e lartë se teli i çelikut me të njëjtin seksion tërthor, dhe moduli i tij specifik është i dyti vetëm pas fibrave speciale të karbonit. Në mënyrë tipike, pesha e tij molekulare është më e madhe se 10, me një rezistencë në tërheqje prej 3.5 GPa, një modul elastik prej 116 GPa dhe një zgjatim prej 3.4%.

2. Dendësi e ulët. Dendësia e tij është përgjithësisht 0.97~0.98 g/cm³, duke e lejuar atë të notojë mbi ujë.

3. Zgjatim i ulët në këputje. Ka një kapacitet të fortë thithjeje të energjisë, rezistencë të shkëlqyer ndaj goditjeve dhe prerjeve, rezistencë të shkëlqyer ndaj kushteve atmosferike dhe është rezistent ndaj rrezeve ultravjollcë, neutroneve dhe rrezeve gama. Gjithashtu, zotëron thithje të lartë specifike të energjisë, konstante të ulët dielektrike, transmetim të lartë të valëve elektromagnetike dhe rezistencë ndaj korrozionit kimik, si dhe rezistencë të mirë ndaj konsumimit dhe një jetëgjatësi të gjatë në përkulje.

Fibra e polietilenit zotëron shumë veti superiore, duke demonstruar një avantazh të rëndësishëm nëfibër me performancë të lartëtregu. Nga linjat e ankorimit në fushat e naftës në det të hapur deri te materialet kompozite të lehta me performancë të lartë, ajo shfaq përparësi të jashtëzakonshme në luftën moderne, si dhe në sektorët e aviacionit, hapësirës ajrore dhe detar, duke luajtur një rol vendimtar në pajisjet mbrojtëse dhe fusha të tjera.