pawarta

Lapisan njero wadhah tekanan lilitan serat utamane minangka struktur pelapis, sing fungsi utamane yaiku tumindak minangka alangan penyegel kanggo nyegah bocor gas utawa cairan tekanan dhuwur sing disimpen ing njero, nalika uga nglindhungi lapisan lilitan serat njaba. Lapisan iki ora karat dening bahan sing disimpen ing njero, lan lapisan njaba minangka lapisan lilitan serat sing diperkuat resin, utamane digunakake kanggo nanggung sebagian besar beban tekanan ing njero wadhah tekanan.

Struktur wadhah tekanan sing dililit serat: Wadhah tekanan bahan komposit utamane ana ing patang wujud struktural: silinder, bola, annular, lan persegi panjang. Wadhah bunder kasusun saka bagean silinder lan rong sirah. Wadhah tekanan logam digawe kanthi bentuk sing prasaja, kanthi cadangan kekuatan sing berlebihan ing arah aksial. Ing tekanan internal, tekanan longitudinal lan latitudinal saka wadhah bola padha, lan setengah saka tekanan keliling wadhah silinder. Bahan logam duwe kekuatan sing padha ing kabeh arah; mulane, wadhah logam bola dirancang kanggo kekuatan sing padha lan duwe massa minimal kanggo volume lan tekanan sing diwenehake. Kahanan tekanan wadhah bola iku ideal, lan tembok wadhah bisa digawe paling tipis. Nanging, amarga kesulitan sing luwih gedhe ing manufaktur wadhah bola, umume mung digunakake ing aplikasi khusus kayata pesawat ruang angkasa. Wadhah berbentuk cincin arang digunakake ing produksi industri, nanging strukture isih dibutuhake ing kahanan tartamtu. Contone, pesawat ruang angkasa nggunakake struktur khusus iki kanggo nggunakake papan sing winates kanthi maksimal. Wadhah persegi panjang utamane digunakake kanggo ngoptimalake pemanfaatan papan nalika papan winates, kayata gerbong tangki persegi panjang kanggo mobil lan gerbong tangki sepur. Wadhah-wadhah iki umume wadhah kanthi tekanan endhek utawa tekanan atmosfer, lan bobote luwih entheng luwih disenengi.

Kerumitan struktur bejana tekanan bahan komposit, owah-owahan dadakan ing tutup ujung lan kekandelane, lan kekandelan lan sudut tutup ujung sing variabel nggawa akeh kesulitan kanggo desain, analisis, pitungan, lan pencetakan. Kadhangkala, bejana tekanan bahan komposit ora mung mbutuhake lilitan ing sudut lan rasio kecepatan sing beda ing tutup ujung, nanging uga mbutuhake metode lilitan sing beda-beda gumantung saka strukture. Bebarengan, pengaruh faktor praktis kayata koefisien gesekan kudu ditimbang. Mulane, mung desain struktural sing bener lan cukup sing bisa nuntun proses produksi lilitan kanthi bener.bahan kompositbejana tekanan, saengga ngasilake produk bejana tekanan bahan komposit entheng sing nyukupi syarat desain.

Bahan kanggo Pembuluh Tekanan Serat-Lurus

Lapisan lilitan serat, minangka komponen utama sing nahan beban, kudu nduweni kekuatan dhuwur, modulus dhuwur, kapadhetan endhek, stabilitas termal, kemampuan mbasahi resin sing apik, kemampuan proses lilitan sing apik, lan kekencengan bundel serat sing seragam. Bahan serat penguat sing umum digunakake kanggo pembuluh tekanan komposit entheng kalebu serat karbon, serat PBO, serat aramid, lan serat polietilen kanthi bobot molekul ultra-dhuwur.

Serat karbonminangka bahan karbon berserat sing komponen utamane yaiku karbon. Iki dibentuk kanthi ngkarbonisasi prekursor serat organik ing suhu dhuwur lan minangka bahan serat kinerja dhuwur kanthi kandungan karbon ngluwihi 95%. Serat karbon nduweni sifat sing apik banget, lan riset babagan iki diwiwiti luwih saka 100 taun kepungkur. Iki minangka bahan serat lilitan kinerja dhuwur kanthi kekuatan dhuwur, modulus dhuwur, lan kapadhetan endhek, utamane ditondoi dening ing ngisor iki:

1. Kapadhetan endhek lan entheng. Kapadhetan serat karbon yaiku 1,7 ~ 2 g/cm³, padha karo 1/4 kapadhetan baja lan 1/2 kapadhetan paduan aluminium.

2. Kekuwatan dhuwur lan modulus dhuwur: Kekuwatane 4-5 kali luwih dhuwur tinimbang baja, lan modulus elastisitase 5-6 kali luwih dhuwur tinimbang paduan aluminium, nuduhake pemulihan elastis absolut (Zhang Eryong lan Sun Yan, 2020). Kekuwatan tarik lan modulus elastis serat karbon bisa tekan 3500-6300 MPa lan 230-700 GPa.

3. Koefisien ekspansi termal sing endhek: Konduktivitas termal serat karbon mudhun nalika suhu mundhak, saengga tahan pendinginan lan pemanasan sing cepet. Ora bakal retak sanajan wis adhem saka pirang-pirang ewu derajat Celsius nganti suhu ruangan, lan ora bakal leleh utawa alus ing atmosfer non-oksidasi ing suhu 3000℃; ora bakal rapuh ing suhu cair.

4. Tahan korosi sing apik: Serat karbon ora lengah marang asam lan bisa tahan asam kuwat kayata asam klorida pekat lan asam sulfat. Salajengipun, komposit serat karbon uga nduweni karakteristik kayata tahan radiasi, stabilitas kimia sing apik, kemampuan kanggo nyerep gas beracun, lan moderasi neutron, saengga bisa digunakake sacara wiyar ing aerospace, militer, lan akeh bidang liyane.

Aramid, serat organik sing disintesis saka poliftalamida aromatik, muncul ing pungkasan taun 1960-an. Kapadhetané luwih endhek tinimbang serat karbon. Serat iki nduwèni kekuatan sing dhuwur, daya rekat sing dhuwur, tahan benturan sing apik, stabilitas kimia sing apik, lan tahan panas, lan regane mung setengah saka serat karbon.Serat aramidutamane nduweni ciri-ciri ing ngisor iki:

1. Sifat mekanik sing apik. Serat aramid minangka polimer fleksibel kanthi kekuatan tarik sing luwih dhuwur tinimbang poliester, katun, lan nilon biasa. Serat iki nduweni elongasi sing luwih gedhe, rasa tangan sing alus, lan kemampuan spin sing apik, saengga bisa digawe dadi serat kanthi kehalusan lan dawa sing beda-beda.

2. Tahan api lan tahan panas sing apik banget. Aramid nduweni indeks oksigen sing mbatesi luwih saka 28, mula ora terus kobong sawise dicopot saka geni. Serat iki nduweni stabilitas termal sing apik, bisa digunakake terus-terusan ing suhu 205℃, lan njaga kekuatan sing dhuwur sanajan ing suhu ndhuwur 205℃. Bebarengan karo iku, serat aramid nduweni suhu dekomposisi sing dhuwur, njaga kekuatan sing dhuwur sanajan ing suhu dhuwur, lan mung wiwit ngkarbonisasi ing suhu ndhuwur 370℃.

3. Sifat kimia sing stabil. Serat aramid nduweni resistensi sing apik banget marang umume bahan kimia, bisa tahan karo konsentrasi asam anorganik sing dhuwur, lan nduweni resistensi alkali sing apik ing suhu kamar.

4. Sifat mekanik sing apik banget. Serat iki nduweni sifat mekanik sing luar biasa kayata kekuatan ultra-dhuwur, modulus dhuwur, lan bobot entheng. Kekuatane 5-6 kali lipat saka kawat baja, modulus elastisitase 2-3 kali lipat saka kawat baja utawa serat kaca, kekokohane kaping pindho saka kawat baja, lan bobote mung 1/5 saka kawat baja. Serat poliamida aromatik wis suwe digunakake minangka bahan serat kinerja tinggi, utamane cocok kanggo pembuluh tekanan aerospace lan penerbangan kanthi syarat kualitas lan bentuk sing ketat.

Serat PBO dikembangake ing Amerika Serikat ing taun 1980-an minangka bahan penguat kanggo bahan komposit sing dikembangake kanggo industri aerospace. Iki minangka salah sawijining anggota kulawarga poliamida sing paling njanjeni sing ngemot senyawa aromatik heterosiklik lan dikenal minangka serat super abad kaping 21. Serat PBO nduweni sifat fisik lan kimia sing apik banget; kekuwatane, modulus elastis, lan tahan panas kalebu sing paling apik saka kabeh serat. Salajengipun, serat PBO nduweni tahan benturan, tahan abrasi, lan stabilitas dimensi sing apik banget, lan entheng lan fleksibel, saengga dadi bahan tekstil sing ideal. Serat PBO nduweni ciri utama ing ngisor iki:

1. Sifat mekanik sing apik banget. Produk serat PBO kelas atas nduweni kekuatan 5,8 GPa lan modulus elastis 180 GPa, sing paling dhuwur ing antarane serat kimia sing wis ana.

2. Stabilitas termal sing apik banget. Bisa tahan suhu nganti 600℃, kanthi indeks watesan 68. Ora kobong utawa susut ing geni, lan tahan panas lan tahan geni luwih dhuwur tinimbang serat organik liyane.

Minangka serat kinerja ultra-tinggi abad kaping-21, serat PBO nduweni sifat fisik, mekanik, lan kimia sing luar biasa. Kekuatan lan modulus elastisitase kaping pindho saka serat aramid, lan nduweni tahan panas lan tahan api saka poliamida meta-aramid. Sifat fisik lan kimiane ngluwihi serat aramid. Serat PBO diameter 1mm bisa ngangkat obyek sing bobote nganti 450kg, lan kekuatane luwih saka 10 kali lipat saka serat baja.

Serat polietilen bobot molekul ultra dhuwur, uga dikenal minangka serat polietilen modulus dhuwur kanthi kekuatan dhuwur, yaiku serat kanthi kekuatan spesifik lan modulus spesifik paling dhuwur ing donya. Iki minangka serat sing dipintal saka polietilen kanthi bobot molekul 1 yuta nganti 5 yuta. Serat polietilen kanthi bobot molekul ultra dhuwur utamane nduweni karakteristik ing ngisor iki:

1. Kekuatan spesifik dhuwur lan modulus spesifik dhuwur. Kekuatan spesifik luwih saka sepuluh kali lipat kawat baja kanthi penampang sing padha, lan modulus spesifik mung nomer loro sawise serat karbon khusus. Biasane, bobot molekul luwih saka 10, kanthi kekuatan tarik 3,5 GPa, modulus elastis 116 GPa, lan elongasi 3,4%.

2. Kapadhetané cendhèk. Kapadhetané umumé 0,97~0,98 g/cm³, saéngga bisa ngambang ing banyu.

3. Elongasi nalika putus kurang. Nduweni kapasitas panyerepan energi sing kuwat, tahan dampak lan potong sing apik banget, tahan cuaca sing apik banget, lan tahan marang sinar ultraviolet, neutron, lan sinar gamma. Uga nduweni panyerepan energi spesifik sing dhuwur, konstanta dielektrik sing kurang, transmitansi gelombang elektromagnetik sing dhuwur, lan tahan marang korosi kimia, uga tahan aus sing apik lan umur lentur sing dawa.

Serat polietilen nduweni akeh sifat unggul, sing nuduhake kaunggulan sing signifikan ingserat kinerja dhuwurpasar. Saka jalur tambat ing lapangan lenga lepas pantai nganti bahan komposit entheng kinerja dhuwur, iki nuduhake kaluwihan sing luar biasa ing peperangan modern, uga ing sektor penerbangan, aerospace, lan maritim, nduweni peran penting ing peralatan pertahanan lan bidang liyane.