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탄소 섬유와인딩 복합재 압력 용기는 밀폐된 라이너와 고강도 섬유로 감긴 층으로 구성된 얇은 벽의 용기로, 주로 섬유를 감고 직조하여 형성됩니다. 기존 금속 압력 용기와 달리, 복합재 압력 용기의 라이너는 저장, 밀봉 및 화학적 부식 방지 기능을 수행하며, 복합재 층은 주로 내부 압력 하중을 지지하는 데 사용됩니다. 복합재의 높은 비강도와 우수한 설계성 덕분에 복합재 압력 용기는 하중 지지 능력을 크게 향상시켰을 뿐만 아니라 기존 금속 압력 용기에 비해 용기 무게를 크게 줄였습니다.
섬유 권취형 압력 용기의 내부 층은 주로 라이너 구조로, 그 주요 기능은 내부에 저장된 고압 가스 또는 액체의 누출을 방지하는 밀봉 장벽 역할을 하는 동시에 외부 섬유 권취층을 보호하는 것입니다. 이 층은 내부 저장된 재료에 의해 부식되지 않으며, 외부 층은 수지 매트릭스로 강화된 섬유 권취층으로, 압력 용기 내부의 대부분의 압력 하중을 견디는 데 주로 사용됩니다.
1. 섬유권취형 압력용기의 구조
복합 압력 용기는 원통형, 구형, 환형, 직사각형의 네 가지 주요 구조 형태가 있습니다. 원통형 용기는 원통 부분과 두 개의 헤드로 구성됩니다. 금속 압력 용기는 축 방향으로 여분의 강도를 가진 단순한 형태로 제작됩니다. 구형 용기는 내부 압력 하에서 경사 방향과 위사 방향으로 동일한 응력을 가지며, 원통형 용기의 원주 방향 응력의 절반입니다. 금속 재료의 강도는 모든 방향에서 동일하므로 금속으로 제작된 구형 용기는 동일한 강도를 갖도록 설계되며, 부피와 압력이 일정할 때 최소 질량을 가집니다. 구형 용기는 가장 이상적인 하중 상태이며, 용기 벽도 가장 얇게 만들 수 있습니다. 그러나 구형 용기 제작의 어려움이 크기 때문에 일반적으로 우주선이나 기타 특수한 경우에만 사용됩니다. 산업 생산에서 링 용기는 매우 드물지만, 특정 상황이나 이러한 구조가 필요한 경우, 예를 들어 우주선은 제한된 공간을 최대한 활용하기 위해 이러한 특수 구조를 사용합니다. 직사각형 컨테이너는 주로 공간이 제한적일 때 공간과 구조물의 사용을 극대화하기 위해 사용됩니다. 예를 들어 자동차 직사각형 탱크차, 철도 탱크차 등이 있습니다. 이러한 컨테이너는 일반적으로 저압 컨테이너 또는 대기압 컨테이너이며 품질 요구 사항이 가벼울수록 좋습니다.
구조의 복잡성합성물압력 용기 자체의 특성, 헤드 두께의 급격한 변화, 헤드 두께 및 각도의 가변성 등은 설계, 분석, 계산 및 성형에 많은 어려움을 야기합니다. 복합재 압력 용기는 헤드 부분에서 다양한 각도와 가변 속도 비율로 권취될 뿐만 아니라, 구조에 따라 다양한 권취 방법을 채택해야 하는 경우도 있습니다. 동시에 마찰 계수와 같은 실질적인 요인의 영향도 고려해야 합니다. 따라서 정확하고 합리적인 구조 설계만이 복합재 압력 용기의 권취 생산 공정을 올바르게 안내하여 설계 요건을 충족하는 경량 복합재 압력 용기 제품을 생산할 수 있습니다.
2. 섬유권취형 압력용기의 재질
주요 하중 지지부인 섬유 권취층은 높은 강도, 높은 탄성률, 낮은 밀도, 열 안정성, 우수한 수지 습윤성뿐만 아니라, 우수한 권취 가공성과 균일한 섬유 다발의 조밀성을 가져야 합니다. 경량 복합재 압력 용기에 일반적으로 사용되는 강화 섬유는 다음과 같습니다.탄소 섬유, PBO 섬유,방향족 폴리아민 섬유및 UHMWPE 섬유.