ニュース

カーボンファイバー巻線複合材圧力容器は、気密ライナーと高強度繊維巻層からなる薄肉容器であり、主に繊維の巻線と織り込み工程によって形成されます。従来の金属製圧力容器と比較して、複合材圧力容器のライナーは貯蔵、密封、および化学腐食防止の役割を果たし、複合材層は主に内部圧力荷重を支えるために使用されます。複合材は比強度が高く設計性に優れているため、従来の金属製圧力容器と比較して、複合材圧力容器は耐荷重能力を大幅に向上させただけでなく、容器の質量も大幅に削減しています。
繊維巻圧力容器の内層は主にライナー構造であり、その主な機能は、内部に貯蔵された高圧ガスや液体の漏洩を防ぐためのシールバリアとして機能すると同時に、外側の繊維巻層を保護することです。この層は内部に貯蔵された物質によって腐食されることはなく、外層は樹脂マトリックスで強化された繊維巻層であり、主に圧力容器内の圧力荷重の大部分に耐えるために使用されます。
1. 繊維巻き圧力容器の構造
複合圧力容器には、円筒形、球形、環状、長方形の 4 つの主要な構造形式があります。円筒形容器は、円筒部と 2 つの鏡板で構成されます。金属製圧力容器は、軸方向に十分な強度予備力を持つ単純な形状に作られています。球形容器は、内圧下で縦方向と横方向に等しい応力を持ち、円筒形容器の円周方向の応力の半分になります。金属材料の強度はすべての方向で等しいため、金属製の球形容器は等しい強度を持つように設計されており、体積と圧力が一定の場合に最小の質量を持ちます。球形容器の力の状態は最も理想的であり、容器の壁も最も薄くすることができます。しかし、球形容器の製造はより困難であるため、一般的には宇宙船やその他の特殊な用途でのみ使用されます。環状容器は工業生産では非常にまれですが、特定の用途やこの構造が必要な場合、たとえば限られたスペースを最大限に活用するために宇宙船ではこの特殊な構造が使用されます。長方形コンテナは、主にスペースが限られている場合に、スペースと構造の利用を最大限に活用するために使用され、自動車用長方形タンク車、鉄道用タンク車などが含まれます。このようなコンテナは一般的に低圧コンテナまたは大気圧コンテナであり、品質要件としては軽量であるほど良いとされています。
構造の複雑さ複合圧力容器自体、ヘッド部の厚さの急激な変化、ヘッド部の厚さや角度の変動などは、設計、解析、計算、成形に多くの困難をもたらします。複合圧力容器は、ヘッド部で異なる角度や速度比で巻く必要があるだけでなく、構造に応じて異なる巻線方法を採用する必要がある場合もあります。同時に、摩擦係数などの実用的要因の影響も考慮しなければなりません。したがって、正しく合理的な構造設計のみが、複合圧力容器の巻線製造プロセスを正しく導き、設計要件を満たす軽量複合圧力容器製品を製造することを可能にします。
2. 繊維巻き圧力容器の材質
主要な荷重支持部として、繊維巻線層は、高強度、高弾性率、低密度、熱安定性、良好な樹脂濡れ性、良好な巻線加工性、均一な繊維束密度を備えている必要があります。軽量複合圧力容器に一般的に使用される強化繊維には、炭素繊維PBO繊維、芳香族ポリアミン繊維、そしてUHMWPE繊維。