फायबर-वाउंड प्रेशर वेसलचा आतील थर प्रामुख्याने एक अस्तर रचना असते, जिचे मुख्य कार्य आत साठवलेल्या उच्च-दाबाच्या वायू किंवा द्रवाची गळती रोखण्यासाठी सीलिंग अडथळा म्हणून काम करणे आणि त्याच वेळी बाहेरील फायबर-वाउंड थराचे संरक्षण करणे हे आहे. हा थर आत साठवलेल्या पदार्थामुळे गंजत नाही, आणि बाहेरील थर हा रेझिन-प्रबलित फायबर-वाउंड थर असतो, जो प्रामुख्याने प्रेशर वेसलमधील बहुतेक दाब भार सहन करण्यासाठी वापरला जातो.
फायबर-वाउंड प्रेशर वेसलची रचना: संमिश्र पदार्थांची प्रेशर वेसल्स प्रामुख्याने चार रचनात्मक प्रकारांमध्ये येतात: दंडगोलाकार, गोलाकार, वलयाकार आणि आयताकृती. गोलाकार वेसलमध्ये एक दंडगोलाकार भाग आणि दोन शीर्षे असतात. धातूची प्रेशर वेसल्स साध्या आकारांमध्ये तयार केली जातात, ज्यात अक्षीय दिशेने अतिरिक्त शक्तीचा साठा असतो. अंतर्गत दाबाखाली, गोलाकार वेसलवरील अनुदैर्ध्य आणि अक्षांश ताण समान असतात आणि ते दंडगोलाकार वेसलवरील परिघीय ताणाच्या निम्मे असतात. धातूंच्या पदार्थांमध्ये सर्व दिशांना समान शक्ती असते; म्हणून, गोलाकार धातूची वेसल्स समान शक्तीसाठी डिझाइन केली जातात आणि दिलेल्या आकारमान व दाबासाठी त्यांचे वस्तुमान किमान असते. गोलाकार वेसलची ताण स्थिती आदर्श असते आणि वेसलची भिंत सर्वात पातळ बनवता येते. तथापि, गोलाकार वेसल्स बनवण्यातील अधिक अडचणींमुळे, त्यांचा वापर सामान्यतः फक्त अंतराळयानासारख्या विशेष अनुप्रयोगांमध्ये केला जातो. औद्योगिक उत्पादनात वलयाकार कंटेनर दुर्मिळ आहेत, परंतु काही विशिष्ट परिस्थितीत त्यांची रचना अजूनही आवश्यक असते. उदाहरणार्थ, अंतराळयान मर्यादित जागेचा पुरेपूर वापर करण्यासाठी या विशेष रचनेचा उपयोग करतात. जेव्हा जागा मर्यादित असते, तेव्हा जागेचा जास्तीत जास्त उपयोग करण्यासाठी प्रामुख्याने आयताकृती कंटेनर वापरले जातात, जसे की मोटारगाड्यांसाठी आयताकृती टँक कार आणि रेल्वे टँक कार. हे कंटेनर सामान्यतः कमी-दाबाचे किंवा वातावरणीय-दाबाचे पात्र असतात आणि त्यांचे वजन कमी असण्याला प्राधान्य दिले जाते.
संमिश्र पदार्थाच्या दाबपात्राच्या संरचनेची गुंतागुंत, टोपीच्या टोकांमध्ये आणि त्यांच्या जाडीत होणारे अचानक बदल, तसेच टोपीच्या टोकांची बदलती जाडी आणि कोन, यांमुळे अभिकल्प, विश्लेषण, गणना आणि साच्याकामात अनेक अडचणी येतात. काहीवेळा, संमिश्र पदार्थाच्या दाबपात्रांना केवळ टोपीच्या टोकांवर वेगवेगळ्या कोनांत आणि वेगाच्या गुणोत्तरांत गुंडाळण्याचीच गरज नसते, तर संरचनेनुसार वेगवेगळ्या गुंडाळण्याच्या पद्धतींचीही आवश्यकता असते. त्याच वेळी, घर्षण गुणांकासारख्या व्यावहारिक घटकांचा प्रभाव विचारात घेणे आवश्यक असते. त्यामुळे, केवळ एक अचूक आणि तर्कसंगत संरचनात्मक अभिकल्पच गुंडाळण्याच्या उत्पादन प्रक्रियेला योग्य प्रकारे मार्गदर्शन करू शकतो.संमिश्र पदार्थत्याद्वारे दाबपात्रे तयार केली जातात, जी डिझाइनच्या आवश्यकता पूर्ण करतात आणि हलक्या वजनाच्या संमिश्र पदार्थांपासून बनलेली असतात.
फायबर-वाउंड प्रेशर वेसल्ससाठी साहित्य
मुख्य भारवाहक घटक म्हणून फायबर-गुंडाळलेल्या थरामध्ये उच्च सामर्थ्य, उच्च मॉड्युलस, कमी घनता, औष्णिक स्थिरता, चांगली रेझिन ओलावा शोषण्याची क्षमता, चांगली गुंडाळण्याची प्रक्रियाक्षमता आणि फायबर बंडलची एकसमान घट्टपणा असणे आवश्यक आहे. हलक्या वजनाच्या कंपोझिट प्रेशर वेसल्ससाठी सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या मजबुती देणाऱ्या फायबर सामग्रीमध्ये कार्बन फायबर, पीबीओ फायबर, अरामिड फायबर आणि अल्ट्रा-हाय मॉलिक्युलर वेट पॉलिथिलीन फायबर यांचा समावेश होतो.
कार्बन फायबरकार्बन फायबर हा एक तंतुमय कार्बन पदार्थ आहे, ज्याचा मुख्य घटक कार्बन आहे. सेंद्रिय फायबर पूर्वगामी पदार्थांचे उच्च तापमानावर कार्बनीकरण करून तो तयार केला जातो आणि ९५% पेक्षा जास्त कार्बन सामग्री असलेला हा एक उच्च-कार्यक्षम फायबर पदार्थ आहे. कार्बन फायबरमध्ये उत्कृष्ट गुणधर्म आहेत आणि त्यावरचे संशोधन १०० वर्षांपूर्वी सुरू झाले. हा एक उच्च-शक्ती, उच्च-मॉड्यूलस आणि कमी-घनतेचा उच्च-कार्यक्षम गुंडाळलेला फायबर पदार्थ आहे, ज्याची मुख्य वैशिष्ट्ये खालीलप्रमाणे आहेत:
१. कमी घनता आणि हलके वजन. कार्बन फायबरची घनता १.७~२ ग्रॅम/सेमी³ असते, जी स्टीलच्या घनतेच्या १/४ आणि ॲल्युमिनियम मिश्रधातूच्या घनतेच्या १/२ इतकी असते.
२. उच्च सामर्थ्य आणि उच्च मॉड्युलस: याचे सामर्थ्य स्टीलपेक्षा ४-५ पट जास्त असते आणि याचा इलॅस्टिक मॉड्युलस ॲल्युमिनियम मिश्रधातूंपेक्षा ५-६ पट जास्त असतो, तसेच यात पूर्ण इलॅस्टिक रिकव्हरी दिसून येते (झांग एरयोंग आणि सन यान, २०२०). कार्बन फायबरचे तन्य सामर्थ्य आणि इलॅस्टिक मॉड्युलस अनुक्रमे ३५००-६३०० MPa आणि २३०-७०० GPa पर्यंत पोहोचू शकतात.
३. कमी औष्णिक प्रसरण गुणांक: कार्बन फायबरची औष्णिक वाहकता तापमान वाढल्याने कमी होते, ज्यामुळे ते जलद थंड होण्यास आणि गरम होण्यास प्रतिरोधक बनते. अनेक हजार अंश सेल्सिअसपासून खोलीच्या तापमानापर्यंत थंड झाल्यावरही त्याला तडे जात नाहीत, आणि ३०००℃ तापमानात ऑक्सिजनविरहित वातावरणात ते वितळत नाही किंवा मऊ पडत नाही; द्रवरूप तापमानात ते ठिसूळ होत नाही.
४. उत्तम क्षरण-प्रतिरोध: कार्बन फायबर आम्लांप्रति निष्क्रिय असतो आणि संहत हायड्रोक्लोरिक आम्ल व सल्फ्यूरिक आम्लासारख्या तीव्र आम्लांचा सामना करू शकतो. याव्यतिरिक्त, कार्बन फायबर कंपोझिट्समध्ये किरणोत्सर्ग-प्रतिरोध, उत्तम रासायनिक स्थिरता, विषारी वायू शोषण्याची क्षमता आणि न्यूट्रॉन मंदन यांसारखी वैशिष्ट्ये देखील असतात, ज्यामुळे त्यांचा वापर अंतराळ, लष्करी आणि इतर अनेक क्षेत्रांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर होतो.
अॅरोमॅटिक पॉलीफ्थालामाइड्सपासून संश्लेषित केलेला एक सेंद्रिय तंतु, अॅरामाइड, १९६० च्या दशकाच्या उत्तरार्धात उदयास आला. त्याची घनता कार्बन फायबरपेक्षा कमी असते. त्यात उच्च शक्ती, उच्च उत्पादनक्षमता, चांगला आघात प्रतिरोध, चांगली रासायनिक स्थिरता आणि उष्णता प्रतिरोध हे गुणधर्म आहेत, आणि त्याची किंमत कार्बन फायबरच्या केवळ निम्मी आहे.अॅरामिड तंतूमुख्यतः खालील वैशिष्ट्ये आहेत:
१. उत्तम यांत्रिक गुणधर्म. अॅरामिड फायबर हे एक लवचिक पॉलिमर असून, त्याची ताणशक्ती सामान्य पॉलिस्टर, सुती आणि नायलॉनपेक्षा जास्त असते. यात जास्त ताणण्याची क्षमता, स्पर्शाला मऊपणा आणि उत्तम सूतकता असते, ज्यामुळे त्यापासून वेगवेगळ्या जाडीचे आणि लांबीचे तंतू बनवता येतात.
२. उत्कृष्ट ज्वाला-प्रतिरोधक आणि उष्णता-प्रतिरोधक. अॅरामिडचा मर्यादित ऑक्सिजन निर्देशांक (लिमिटिंग ऑक्सिजन इंडेक्स) २८ पेक्षा जास्त असतो, त्यामुळे ज्योतीपासून दूर केल्यावर ते जळत राहत नाही. यात चांगली औष्णिक स्थिरता आहे, ते २०५℃ तापमानात सतत वापरले जाऊ शकते आणि २०५℃ पेक्षा जास्त तापमानातही उच्च शक्ती टिकवून ठेवते. त्याचबरोबर, अॅरामिड तंतूंचे विघटन तापमान उच्च असते, ज्यामुळे ते उच्च तापमानातही उच्च शक्ती टिकवून ठेवतात आणि ३७०℃ पेक्षा जास्त तापमानातच त्यांचे कार्बनीकरण सुरू होते.
३. स्थिर रासायनिक गुणधर्म. अॅरामिड तंतू बहुतेक रसायनांना उत्कृष्ट प्रतिकार करतात, अजैविक आम्लांच्या बहुतेक उच्च सांद्रतेचा सामना करू शकतात आणि सामान्य तापमानात चांगला अल्कली प्रतिकार दर्शवतात.
४. उत्कृष्ट यांत्रिक गुणधर्म. यात अति-उच्च शक्ती, उच्च मॉड्युलस आणि हलके वजन यांसारखे उत्कृष्ट यांत्रिक गुणधर्म आहेत. याची शक्ती स्टील वायरच्या ५-६ पट, याचा इलॅस्टिक मॉड्युलस स्टील वायर किंवा ग्लास फायबरच्या २-३ पट, याची कणखरता स्टील वायरच्या दुप्पट आणि याचे वजन स्टील वायरच्या केवळ १/५ पट असते. ॲरोमॅटिक पॉलिअमाइड फायबर्स हे दीर्घकाळापासून मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाणारे उच्च-कार्यक्षमता फायबर साहित्य आहे, जे प्रामुख्याने गुणवत्ता आणि आकारासाठी कठोर आवश्यकता असलेल्या एरोस्पेस आणि एव्हिएशनमधील प्रेशर वेसल्ससाठी योग्य आहे.
पीबीओ फायबर १९८० च्या दशकात अमेरिकेत, एरोस्पेस उद्योगासाठी विकसित केलेल्या कंपोझिट मटेरियलसाठी एक मजबुती देणारे साहित्य म्हणून विकसित केले गेले. हे हेटरोसायक्लिक ॲरोमॅटिक संयुगे असलेल्या पॉलिअमाइड कुटुंबातील सर्वात आशादायक सदस्यांपैकी एक आहे आणि २१ व्या शतकातील सुपर फायबर म्हणून ओळखले जाते. पीबीओ फायबरमध्ये उत्कृष्ट भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्म आहेत; त्याची ताकद, इलॅस्टिक मॉड्युलस आणि उष्णता प्रतिरोधकता सर्व फायबरमध्ये सर्वोत्तम आहेत. याव्यतिरिक्त, पीबीओ फायबरमध्ये उत्कृष्ट आघात प्रतिरोध, घर्षण प्रतिरोध आणि आकारमान स्थिरता आहे, आणि ते वजनाने हलके व लवचिक आहे, ज्यामुळे ते एक आदर्श वस्त्रोद्योग साहित्य बनते. पीबीओ फायबरची खालील मुख्य वैशिष्ट्ये आहेत:
१. उत्कृष्ट यांत्रिक गुणधर्म. उच्च दर्जाच्या PBO फायबर उत्पादनांमध्ये ५.८ GPa ताकद आणि १८० GPa लवचिक मापांक असतो, जो सध्याच्या रासायनिक फायबरमध्ये सर्वाधिक आहे.
२. उत्कृष्ट औष्णिक स्थिरता. हे ६००℃ पर्यंतचे तापमान सहन करू शकते, ज्याचा मर्यादा निर्देशांक ६८ आहे. हे ज्योतीमध्ये जळत नाही किंवा आकुंचन पावत नाही, आणि याची उष्णता प्रतिरोधकता व ज्वाला-प्रतिरोधकता इतर कोणत्याही सेंद्रिय तंतूपेक्षा जास्त आहे.
२१ व्या शतकातील एक अत्यंत उच्च-कार्यक्षम फायबर म्हणून, पीबीओ फायबरमध्ये उत्कृष्ट भौतिक, यांत्रिक आणि रासायनिक गुणधर्म आहेत. त्याची ताकद आणि लवचिकतेचा गुणांक अॅरामाइड फायबरच्या दुप्पट आहे, आणि त्यात मेटा-अॅरामाइड पॉलिअमाइडचा उष्णता प्रतिरोध आणि ज्वाला-प्रतिरोधकता आहे. त्याचे भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्म अॅरामाइड फायबरपेक्षा पूर्णपणे श्रेष्ठ आहेत. १ मिमी व्यासाचा पीबीओ फायबर ४५० किलोपर्यंत वजनाची वस्तू उचलू शकतो आणि त्याची ताकद स्टील फायबरच्या १० पटींपेक्षा जास्त आहे.
अति-उच्च आण्विक वजनाचे पॉलीथिलीन फायबरअल्ट्रा-हाय मॉलिक्युलर वेट पॉलिथिलीन फायबर, ज्याला उच्च-शक्ती, उच्च-मॉड्यूलस पॉलिथिलीन फायबर असेही म्हणतात, हा जगातील सर्वाधिक विशिष्ट शक्ती आणि विशिष्ट मॉड्यूलस असलेला फायबर आहे. हा १० लाख ते ५० लाख आण्विक वजन असलेल्या पॉलिथिलीनपासून विणलेला फायबर आहे. अल्ट्रा-हाय मॉलिक्युलर वेट पॉलिथिलीन फायबरमध्ये प्रामुख्याने खालील वैशिष्ट्ये असतात:
१. उच्च विशिष्ट शक्ती आणि उच्च विशिष्ट मापांक. याची विशिष्ट शक्ती समान छेद असलेल्या स्टीलच्या तारेपेक्षा दहा पटींपेक्षा जास्त आहे आणि याचा विशिष्ट मापांक केवळ विशेष कार्बन फायबरनंतर दुसऱ्या क्रमांकावर आहे. सामान्यतः, याचे आण्विक वजन १० पेक्षा जास्त असते, याची तन्य शक्ती ३.५ GPa, स्थितिस्थापकता मापांक ११६ GPa आणि प्रसरण ३.४% असते.
२. कमी घनता. याची घनता साधारणपणे ०.९७~०.९८ ग्रॅम/सेमी³ असते, ज्यामुळे ते पाण्यावर तरंगते.
३. तुटताना कमी प्रसरण. यात मजबूत ऊर्जा शोषण क्षमता, उत्कृष्ट आघात आणि काप प्रतिरोध, उत्कृष्ट हवामान प्रतिरोध असून, ते अतिनील किरणे, न्यूट्रॉन आणि गॅमा किरणांना प्रतिरोधक आहे. तसेच, यात उच्च विशिष्ट ऊर्जा शोषण, कमी डायलेक्ट्रिक स्थिरांक, उच्च विद्युत चुंबकीय तरंग पारगम्यता आणि रासायनिक क्षरणाला प्रतिरोध, तसेच चांगला झीज प्रतिरोध आणि दीर्घ लवचिक आयुष्य आहे.
पॉलिथिलीन फायबरमध्ये अनेक उत्कृष्ट गुणधर्म आहेत, ज्यामुळे एक महत्त्वपूर्ण फायदा दिसून येतो.उच्च-कार्यक्षमता फायबरबाजारपेठ. समुद्रातील तेलक्षेत्रांमधील नांगरणीच्या दोऱ्यांपासून ते उच्च-कार्यक्षम हलक्या वजनाच्या संमिश्र सामग्रीपर्यंत, ते आधुनिक युद्धात, तसेच विमानचालन, अंतराळ आणि सागरी क्षेत्रांमध्ये प्रचंड फायदे दर्शवते, आणि संरक्षणात्मक उपकरणे व इतर क्षेत्रांमध्ये महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावते.
पोस्ट करण्याची वेळ: २२-डिसेंबर-२०२५
