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壓力容器使用復合材料補缺金屬材料缺陷

作者: 中航化機來源: 中航化機點擊: 2686 日期: 2015-03-23

    傳統(tǒng)壓力容器大多以金屬材料制作，雖然金屬材料制作方便，不怕碰撞，但是比重大，又不防腐蝕，且多次反復加壓、減壓可能造成金屬材料疲勞。而復合材料恰好完全彌補了金屬材料的缺點，比重輕，耐腐蝕，且無疲勞問題。以復材制作壓力容器，是將連續(xù)纖維含浸樹脂后，以全覆式或軸向繞線技術將之纏繞于金屬或非金屬內(nèi)膽上。由于復合材料繞線制程是電腦操控，品質(zhì)穩(wěn)定，復合材料性能重現(xiàn)性高，為模型成型、手糊成型、注入成型等其他成型法所不及。
    復合材料壓力容器最初開發(fā)的主要目的在于提供航天太空及國防武器，特別是復合材料發(fā)動機殼體制造，如三叉戟、北極星等戰(zhàn)略導彈的復合材料發(fā)動機殼體，隨后又開發(fā)了天然氣車輛燃料儲存（CNG）用氣瓶。
    我國臺灣地區(qū)1998年引進了美國BlueBird公司及韓國大宇的天然氣公車CNG儲氣桶等。早期開發(fā)的復材容器，為了能攜帶較多氣體能量，使用壓力皆超過2000psi以上，造價也偏高。直至10余年前，歐洲的Ragasco公司應用國防航天太空技術，選擇低成本材料，以全自動化制程來生產(chǎn)復合材料LPG容器，其使用壓力低，為294psi，僅是CNGTank使用壓力3000psi的十分之一。這家公司日產(chǎn)各種復合材料容器超過6000支，其中LPG復材容器年產(chǎn)量超過120萬支。
    復合材料壓力容器http://www.qsq.com.cn依照其使用壓力范圍，可大致分為低壓、中高壓、超高壓。為了保證復合材料壓力容器的使用安全，依其設計規(guī)范皆采用較高的安全系數(shù)。當然，安全系數(shù)越高，結構更安全，但還是要遷就實際使用環(huán)境，譬如航天太空應用，其玻纖安全系數(shù)3，明顯比使用于一般工業(yè)用規(guī)范（ASME-X）的玻纖安全系數(shù)5低得多。另有Ragasco公司制造的LPG復材容器，依照其設計，只測試爆破壓力大于60Bar（約900psi）即可符合規(guī)范，但是實際測試卻高達150Bar（約2200psi）以上，大大超過安全設計指標。