haberler

Elyaf sargılı basınçlı kabın iç katmanı esas olarak bir astar yapısıdır ve temel işlevi, içeride depolanan yüksek basınçlı gaz veya sıvının sızmasını önlemek için bir sızdırmazlık bariyeri görevi görmek ve aynı zamanda dış elyaf sargılı katmanı korumaktır. Bu katman, içeride depolanan malzeme tarafından aşındırılmaz ve dış katman, esas olarak basınçlı kap içindeki basınç yükünün çoğunu taşımak için kullanılan reçine takviyeli elyaf sargılı bir katmandır.

Elyaf sargılı basınçlı kabın yapısı: Kompozit malzeme basınçlı kaplar esas olarak dört yapısal biçimde gelir: silindirik, küresel, halka şeklinde ve dikdörtgen. Dairesel bir kap, silindirik bir bölüm ve iki başlıktan oluşur. Metal basınçlı kaplar, eksenel yönde fazla mukavemet rezervleriyle basit şekillerde üretilir. İç basınç altında, küresel bir kabın boyuna ve enine gerilimleri eşittir ve silindirik bir kabın çevresel geriliminin yarısı kadardır. Metal malzemeler her yönde eşit mukavemete sahiptir; bu nedenle, küresel metal kaplar eşit mukavemet için tasarlanır ve belirli bir hacim ve basınç için minimum kütleye sahiptir. Küresel bir kabın gerilme durumu idealdir ve kap duvarı en ince yapılabilir. Bununla birlikte, küresel kapların üretimindeki daha büyük zorluk nedeniyle, genellikle yalnızca uzay araçları gibi özel uygulamalarda kullanılırlar. Halka şeklindeki kaplar endüstriyel üretimde nadirdir, ancak yapıları belirli durumlarda hala gereklidir. Örneğin, uzay araçları sınırlı alandan tam olarak yararlanmak için bu özel yapıyı kullanır. Dikdörtgen konteynerler, otomobiller için dikdörtgen tanker vagonları ve demiryolu tanker vagonları gibi alanın sınırlı olduğu durumlarda alan kullanımını en üst düzeye çıkarmak için kullanılır. Bu konteynerler genellikle düşük basınçlı veya atmosferik basınçlı kaplardır ve daha hafif olmaları tercih edilir.

Kompozit malzeme basınçlı kap yapısının karmaşıklığı, uç kapaklarında ve kalınlıklarında ani değişiklikler, uç kapakların değişken kalınlığı ve açısı, tasarım, analiz, hesaplama ve kalıplama süreçlerinde birçok zorluğa yol açmaktadır. Bazen, kompozit malzeme basınçlı kaplar sadece uç kapaklarında farklı açılarda ve hız oranlarında sarım gerektirmekle kalmaz, aynı zamanda yapıya bağlı olarak farklı sarım yöntemleri de gerektirir. Aynı zamanda, sürtünme katsayısı gibi pratik faktörlerin etkisi de dikkate alınmalıdır. Bu nedenle, yalnızca doğru ve makul bir yapısal tasarım, sarım üretim sürecini doğru bir şekilde yönlendirebilir.kompozit malzemeBasınçlı kaplar üreterek, tasarım gereksinimlerini karşılayan hafif kompozit malzemeden basınçlı kap ürünleri üretmek.

Elyaf Sargılı Basınçlı Kaplar İçin Malzemeler

Ana yük taşıyıcı bileşen olan lif sarımlı tabaka, yüksek mukavemet, yüksek modül, düşük yoğunluk, termal kararlılık, iyi reçine ıslatılabilirliği, iyi sarım işlenebilirliği ve düzgün lif demeti sıkılığına sahip olmalıdır. Hafif kompozit basınçlı kaplar için yaygın olarak kullanılan takviye lifi malzemeleri arasında karbon lifi, PBO lifi, aramid lifi ve ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen lifi bulunur.

Karbon fiberKarbon fiber, ana bileşeni karbon olan lifli bir karbon malzemedir. Organik lif öncüllerinin yüksek sıcaklıklarda karbonlaştırılmasıyla oluşturulur ve %95'in üzerinde karbon içeriğine sahip yüksek performanslı bir lif malzemesidir. Karbon fiber mükemmel özelliklere sahiptir ve üzerindeki araştırmalar 100 yıldan fazla bir süre önce başlamıştır. Yüksek mukavemetli, yüksek modüllü ve düşük yoğunluklu yüksek performanslı sarımlı bir lif malzemesidir ve başlıca özellikleri şunlardır:

1. Düşük yoğunluk ve hafiflik. Karbon fiberin yoğunluğu 1,7~2 g/cm³ olup, çeliğin yoğunluğunun 1/4'üne ve alüminyum alaşımının yoğunluğunun 1/2'sine eşdeğerdir.

2. Yüksek mukavemet ve yüksek modül: Mukavemeti çeliğe göre 4-5 kat, elastik modülü ise alüminyum alaşımlarına göre 5-6 kat daha yüksektir ve mutlak elastik geri kazanım sergiler (Zhang Eryong ve Sun Yan, 2020). Karbon fiberin çekme mukavemeti ve elastik modülü sırasıyla 3500-6300 MPa ve 230-700 GPa'ya ulaşabilir.

3. Düşük termal genleşme katsayısı: Karbon fiberin termal iletkenliği sıcaklık artışıyla azalır, bu da onu hızlı soğumaya ve ısınmaya karşı dirençli hale getirir. Birkaç bin santigrat dereceden oda sıcaklığına kadar soğuduktan sonra bile çatlamaz ve 3000℃'de oksitleyici olmayan bir ortamda erimez veya yumuşamaz; sıvı sıcaklıklarda kırılgan hale gelmez.

4. İyi korozyon direnci: Karbon fiber asitlere karşı inerttir ve konsantre hidroklorik asit ve sülfürik asit gibi güçlü asitlere dayanabilir. Ayrıca, karbon fiber kompozitler radyasyon direnci, iyi kimyasal kararlılık, zehirli gazları emme yeteneği ve nötron yavaşlatma gibi özelliklere de sahiptir; bu da onları havacılık, askeri ve diğer birçok alanda yaygın olarak kullanılabilir hale getirir.

Aromatik poliftalamidlerden sentezlenen organik bir elyaf olan aramid, 1960'ların sonlarında ortaya çıktı. Yoğunluğu karbon elyafından daha düşüktür. Yüksek mukavemete, yüksek verime, iyi darbe dayanımına, iyi kimyasal kararlılığa ve ısı direncine sahiptir ve fiyatı karbon elyafının sadece yarısı kadardır.Aramid lifleriBaşlıca şu özelliklere sahiptirler:

1. İyi mekanik özellikler. Aramid lifi, sıradan polyester, pamuk ve naylondan daha yüksek çekme dayanımına sahip esnek bir polimerdir. Daha yüksek uzama özelliğine, yumuşak bir dokuya ve iyi eğrilebilirliğe sahiptir; bu da farklı incelik ve uzunlukta lifler haline getirilmesine olanak tanır.

2. Mükemmel alev geciktirici ve ısı direnci. Aramid, 28'den büyük bir sınırlayıcı oksijen indeksine sahip olduğundan, alevden uzaklaştırıldıktan sonra yanmaya devam etmez. İyi bir termal kararlılığa sahiptir, 205℃'de sürekli olarak kullanılabilir ve 205℃'nin üzerindeki sıcaklıklarda bile yüksek mukavemetini korur. Aynı zamanda, aramid lifleri yüksek bir ayrışma sıcaklığına sahiptir, yüksek sıcaklıklarda bile yüksek mukavemetini korur ve yalnızca 370℃'nin üzerindeki sıcaklıklarda karbonlaşmaya başlar.

3. Kararlı kimyasal özellikler. Aramid lifleri çoğu kimyasala karşı mükemmel direnç gösterir, yüksek konsantrasyondaki inorganik asitlerin çoğuna dayanabilir ve oda sıcaklığında iyi alkali direncine sahiptir.

4. Mükemmel mekanik özellikler. Ultra yüksek mukavemet, yüksek modül ve hafiflik gibi olağanüstü mekanik özelliklere sahiptir. Mukavemeti çelik telin 5-6 katı, elastik modülü çelik tel veya cam elyafının 2-3 katı, tokluğu çelik telin iki katı ve ağırlığı çelik telin sadece 1/5'i kadardır. Aromatik poliamid lifler, özellikle kalite ve şekil açısından katı gereksinimlere sahip havacılık ve uzay basınçlı kapları için uygun olan, uzun zamandır yaygın olarak kullanılan yüksek performanslı elyaf malzemelerdir.

PBO lifi, 1980'lerde Amerika Birleşik Devletleri'nde havacılık endüstrisi için geliştirilen kompozit malzemeler için takviye malzemesi olarak geliştirilmiştir. Heterosiklik aromatik bileşikler içeren poliamid ailesinin en umut vadeden üyelerinden biridir ve 21. yüzyılın süper lifi olarak bilinir. PBO lifi mükemmel fiziksel ve kimyasal özelliklere sahiptir; mukavemeti, elastik modülü ve ısı direnci tüm lifler arasında en iyiler arasındadır. Ayrıca, PBO lifi mükemmel darbe dayanımı, aşınma direnci ve boyutsal kararlılığa sahiptir ve hafif ve esnek olması onu ideal bir tekstil malzemesi yapar. PBO lifinin başlıca özellikleri şunlardır:

1. Mükemmel mekanik özellikler. Üst düzey PBO elyaf ürünleri, mevcut kimyasal elyaflar arasında en yüksek değer olan 5,8 GPa mukavemete ve 180 GPa elastik modülüne sahiptir.

2. Mükemmel termal kararlılık. 600℃'ye kadar sıcaklıklara dayanabilir ve limit indeksi 68'dir. Alevde yanmaz veya büzülmez ve ısı direnci ile alev geciktiriciliği diğer tüm organik liflerden daha yüksektir.

21. yüzyılın ultra yüksek performanslı elyafı olan PBO elyafı, olağanüstü fiziksel, mekanik ve kimyasal özelliklere sahiptir. Mukavemeti ve elastik modülü aramid elyafının iki katıdır ve meta-aramid poliamidin ısı direnci ve alev geciktirici özelliklerine sahiptir. Fiziksel ve kimyasal özellikleri aramid elyafınınkini tamamen aşmaktadır. 1 mm çapındaki bir PBO elyafı, 450 kg'a kadar ağırlıktaki bir nesneyi kaldırabilir ve mukavemeti çelik elyafının 10 katından fazladır.

Ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen elyafYüksek mukavemetli, yüksek modüllü polietilen elyaf olarak da bilinen ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen elyaf, dünyadaki en yüksek özgül mukavemete ve özgül modüle sahip elyaftır. Molekül ağırlığı 1 milyon ile 5 milyon arasında olan polietilenden eğrilmiş bir elyaftır. Ultra yüksek moleküler ağırlıklı polietilen elyafın başlıca özellikleri şunlardır:

1. Yüksek özgül mukavemet ve yüksek özgül modül. Özgül mukavemeti, aynı kesit alanına sahip çelik telin on katından fazladır ve özgül modülü yalnızca özel karbon fiberden sonra ikinci sıradadır. Tipik olarak, moleküler ağırlığı 10'dan büyüktür, çekme mukavemeti 3,5 GPa, elastik modülü 116 GPa ve uzama oranı %3,4'tür.

2. Düşük yoğunluk. Yoğunluğu genellikle 0,97~0,98 g/cm³'tür, bu da suda yüzmesini sağlar.

3. Düşük kopma uzaması. Güçlü enerji emme kapasitesine, mükemmel darbe ve kesilme direncine, mükemmel hava koşullarına dayanıklılığa sahiptir ve ultraviyole ışınlarına, nötronlara ve gama ışınlarına karşı dirençlidir. Ayrıca yüksek özgül enerji emilimi, düşük dielektrik sabiti, yüksek elektromanyetik dalga geçirgenliği ve kimyasal korozyona karşı direnç, iyi aşınma direnci ve uzun eğilme ömrüne sahiptir.

Polietilen lifi birçok üstün özelliğe sahip olup, önemli bir avantaj sağlamaktadır.yüksek performanslı fiberAçık deniz petrol sahalarındaki bağlama halatlarından yüksek performanslı hafif kompozit malzemelere kadar, modern savaşta, havacılık, uzay ve denizcilik sektörlerinde muazzam avantajlar sergileyen bu malzeme, savunma ekipmanlarında ve diğer alanlarda da hayati bir rol oynamaktadır.