أخبار

ألياف الكربونوعاء الضغط المركب الملفوف هو وعاء رقيق الجدران يتكون من بطانة محكمة الإغلاق وطبقة من الألياف عالية المتانة، تتشكل أساسًا من خلال عملية لف الألياف ونسجها. بالمقارنة مع أوعية الضغط المعدنية التقليدية، تعمل بطانة أوعية الضغط المركبة على التخزين والإغلاق والحماية من التآكل الكيميائي، بينما تُستخدم الطبقة المركبة بشكل أساسي لتحمل حمل الضغط الداخلي. بفضل المتانة النوعية العالية وقابلية التصميم الجيدة للمواد المركبة، لم تُحسّن أوعية الضغط المركبة قدرتها على تحمل الأحمال فحسب، بل قللت أيضًا من كتلة الوعاء بشكل ملحوظ مقارنةً بأوعية الضغط المعدنية التقليدية.
تتكون الطبقة الداخلية لوعاء الضغط الملفوف بالألياف بشكل أساسي من بطانة داخلية، وظيفتها الرئيسية هي العمل كحاجز مانع للتسرب لمنع تسرب الغازات أو السوائل عالية الضغط المخزنة بداخله، وفي الوقت نفسه حماية الطبقة الخارجية الملفوفة بالألياف. هذه الطبقة لا تتأثر بالتآكل الناتج عن المواد المخزنة داخليًا، أما الطبقة الخارجية فهي طبقة ملفوفة بالألياف مدعمة بمادة راتنجية، وتُستخدم بشكل أساسي لتحمل معظم أحمال الضغط داخل وعاء الضغط.
1. بنية أوعية الضغط الملفوفة بالألياف
توجد أربعة أشكال هيكلية رئيسية لأوعية الضغط المركبة: الأسطوانية، والكروية، والحلقية، والمستطيلة. يتكون الوعاء الأسطواني من مقطع أسطواني ورأسين. تُصنع أوعية الضغط المعدنية بأشكال بسيطة مع احتياطيات قوة زائدة في الاتجاه المحوري. تتعرض الأوعية الكروية لإجهادات متساوية في اتجاهي السدى واللحمة تحت الضغط الداخلي، ويكون إجهادها المحيطي نصف إجهاد الأوعية الأسطوانية. تتساوى قوة المادة المعدنية في جميع الاتجاهات، لذا يُصمم الوعاء الكروي المعدني بقوة متساوية، وبأقل كتلة ممكنة عند ثبات الحجم والضغط. تُعد حالة قوة الوعاء الكروي مثالية، كما يمكن تصنيع جداره بأقل سماكة. مع ذلك، ونظرًا لصعوبة تصنيع الأوعية الكروية، فإنها تُستخدم عادةً في المركبات الفضائية وغيرها من التطبيقات الخاصة. أما الأوعية الحلقية، فنادرًا ما تُستخدم في الإنتاج الصناعي، ولكن في بعض الحالات الخاصة أو عند الحاجة إلى هذا الهيكل، مثل المركبات الفضائية، للاستفادة القصوى من المساحة المحدودة. تُستخدم الحاويات المستطيلة بشكل أساسي لتلبية الاحتياجات عندما تكون المساحة محدودة، ولتحقيق أقصى استفادة من المساحة والهياكل، مثل عربات نقل الوقود المستطيلة للسيارات، وعربات نقل الوقود للسكك الحديدية، وما إلى ذلك. وتكون هذه الحاويات عمومًا حاويات منخفضة الضغط أو حاويات ضغط جوي، وكلما كانت أخف وزنًا كان ذلك أفضل.
تعقيد بنيةمركبتُشكّل أوعية الضغط نفسها، والتغير المفاجئ في سُمك رأسها، وتغير سُمكها وزاوية ميلها، وغيرها، صعوبات جمّة في التصميم والتحليل والحساب والتشكيل. في بعض الأحيان، لا تقتصر الحاجة إلى لفّ أوعية الضغط المركبة على زوايا وسرعات لفّ مختلفة في منطقة الرأس فحسب، بل تتطلب أيضًا اعتماد طرق لفّ مختلفة تبعًا لاختلاف بنيتها. في الوقت نفسه، يجب مراعاة تأثير العوامل العملية، مثل معامل الاحتكاك. لذا، فإن التصميم الهيكلي الصحيح والمنطقي هو وحده الكفيل بتوجيه عملية إنتاج اللفّ لأوعية الضغط المركبة بشكل سليم، وذلك لإنتاج أوعية ضغط مركبة خفيفة الوزن تلبي متطلبات التصميم.
2. مادة وعاء الضغط الملفوف بالألياف
باعتبارها الجزء الرئيسي الحامل للأحمال، يجب أن تتمتع طبقة لف الألياف بقوة عالية، ومعامل مرونة عالٍ، وكثافة منخفضة، وثبات حراري، وقابلية جيدة للترطيب بالراتنج، بالإضافة إلى سهولة تشكيلها وتماسك حزم الألياف بشكل منتظم. تشمل ألياف التقوية الشائعة الاستخدام لأوعية الضغط المركبة خفيفة الوزن ما يلي:ألياف الكربونألياف PBO،ألياف البوليامين العطريةوألياف البولي إيثيلين فائق الوزن الجزيئي.