فیبر کربنمخزن تحت فشار کامپوزیتی پیچشی، مخزنی با دیواره نازک است که از یک آستر کاملاً آب‌بندی شده و یک لایه فیبری با استحکام بالا تشکیل شده است که عمدتاً توسط فرآیند پیچش و بافت الیاف تشکیل می‌شود. در مقایسه با مخازن تحت فشار فلزی سنتی، آستر مخازن تحت فشار کامپوزیتی به عنوان ذخیره‌سازی، آب‌بندی و محافظت در برابر خوردگی شیمیایی عمل می‌کند و لایه کامپوزیت عمدتاً برای تحمل بار فشار داخلی استفاده می‌شود. با توجه به استحکام ویژه بالا و قابلیت طراحی خوب کامپوزیت‌ها، مخازن تحت فشار کامپوزیتی نه تنها ظرفیت حمل بار خود را به میزان قابل توجهی بهبود بخشیده‌اند، بلکه جرم مخزن را نیز در مقایسه با مخازن تحت فشار فلزی سنتی به طور قابل توجهی کاهش داده‌اند.
لایه داخلی مخزن تحت فشار فایبر ووند عمدتاً یک ساختار آستری است که وظیفه اصلی آن عمل به عنوان یک مانع آب‌بندی برای جلوگیری از نشت گازها یا مایعات پرفشار ذخیره شده در داخل و در عین حال محافظت از لایه فایبر ووند خارجی است. این لایه توسط مواد ذخیره شده داخلی دچار خوردگی نمی‌شود و لایه بیرونی یک لایه فایبر ووند تقویت شده با ماتریس رزین است که عمدتاً برای مقاومت در برابر بیشتر بارهای فشاری در مخزن تحت فشار استفاده می‌شود.
۱. ساختار مخازن تحت فشار فایبر وند
چهار شکل ساختاری اصلی برای مخازن تحت فشار کامپوزیتی وجود دارد: استوانه‌ای، کروی، حلقوی و مستطیلی. یک مخزن استوانه‌ای از یک بخش استوانه‌ای و دو سر تشکیل شده است. مخازن تحت فشار فلزی به شکل‌های ساده‌ای با ذخایر استحکام اضافی در جهت محوری ساخته می‌شوند. مخازن کروی تحت فشار داخلی، تنش‌های مساوی در جهت تار و پود دارند و نصف تنش محیطی مخازن استوانه‌ای هستند. استحکام ماده فلزی در تمام جهات برابر است، بنابراین مخزن کروی ساخته شده از فلز برای استحکام مساوی طراحی شده است و در صورت مشخص بودن حجم و فشار، حداقل جرم را دارد. حالت نیروی مخزن کروی ایده‌آل‌ترین حالت است، دیواره مخزن نیز می‌تواند نازک‌ترین حالت باشد. با این حال، به دلیل دشواری بیشتر در ساخت مخازن کروی، معمولاً فقط در فضاپیماها و سایر موارد خاص استفاده می‌شود. مخزن حلقه‌ای در تولید صنعتی بسیار نادر است، اما در برخی موارد خاص یا در مواردی که به این ساختار نیاز است، به عنوان مثال، وسایل نقلیه فضایی برای استفاده کامل از فضای محدود، از این ساختار ویژه استفاده می‌کنند. کانتینر مستطیلی عمدتاً برای مواقعی که فضا محدود است، استفاده حداکثری از فضا و سازه‌هایی مانند واگن‌های مخزن مستطیلی خودرو، واگن‌های مخزن راه‌آهن و غیره مناسب است. چنین کانتینرهایی عموماً کانتینرهای کم‌فشار یا کانتینرهای فشار اتمسفر هستند و الزامات کیفی هر چه سبک‌تر باشند، بهتر است.
پیچیدگی ساختارکامپوزیتخود مخزن تحت فشار، تغییر ناگهانی ضخامت سر و سرپوش، ضخامت و زاویه متغیر سرپوش و غیره، مشکلات زیادی را در طراحی، تجزیه و تحلیل، محاسبه و قالب‌گیری ایجاد می‌کند. گاهی اوقات، مخازن تحت فشار کامپوزیتی نه تنها نیاز به پیچیدن در زوایای مختلف و نسبت‌های سرعت متغیر در قسمت سرپوش دارند، بلکه باید روش‌های مختلف سیم‌پیچ را مطابق با ساختارهای مختلف اتخاذ کنند. در عین حال، تأثیر عوامل عملی مانند ضریب اصطکاک باید در نظر گرفته شود. بنابراین، تنها یک طراحی ساختاری صحیح و معقول می‌تواند فرآیند تولید سیم‌پیچ مخازن تحت فشار کامپوزیتی را به درستی هدایت کند تا محصولات مخزن تحت فشار کامپوزیتی سبک وزنی تولید شود که الزامات طراحی را برآورده کنند.
۲. جنس مخزن تحت فشار با الیاف پیچیده شده
به عنوان بخش اصلی تحمل بار، لایه الیاف پیچشی باید دارای استحکام بالا، مدول بالا، چگالی کم، پایداری حرارتی و قابلیت ترشوندگی خوب رزین و همچنین فرآیندپذیری خوب پیچشی و سفتی یکنواخت دسته الیاف باشد. الیاف تقویت‌کننده‌ای که معمولاً برای مخازن تحت فشار کامپوزیتی سبک وزن استفاده می‌شوند عبارتند از:الیاف کربن، الیاف PBO،الیاف پلی آمین آروماتیکو الیاف UHMWPE.
زمان ارسال: ۱۱ فوریه ۲۰۲۵
