Баллоны под давлением
Высокая прочность при минимальных весовых характеристиках
Индустрия
Для хранения и транспортировки сжатых газов воздуха, кислорода, азота, ацетилена и других газов используются баллоны под давлением 16-20 МПа. Как правило, их изготавливают из цельнотянутых бесшовных труб, обжимая в штампе днище и горловину.
Современные композитные баллоны высокого давления имеют внешнюю силовую оболочку из углеродного волокна, намотанного на поверхность оболочки (лайнера) и пропитанного связующим.
газов под давлением.
Преимущества применения углекомпозитов
Основным преимуществом применения углекомпозитов для усиления баллонов является их высокая конструктивная прочность, надёжность и минимальное значение весовых характеристик.
Углеродное волокно позволяет обеспечить длительный срок службы баллонов под давлением.
Преимущества композитных материалов на основе углеволокна для баллонов высокого давления:
- Низкий вес
- Высокая прочность
- Высокая удельная жёсткость
- Низкая способность к деформации
Сравнительные характеристики углеволокна и других материалов
| Тип волокна |
Прочность при растяжении, МПа | Модуль упругости при растяжении, ГПа | Удлинение при разрыве, % | Плотность, г/см3 | |
|---|---|---|---|---|---|
| Углеродное (на основе ПАН-прекурсора) | высокопрочное со стандартным модулем | 3500-5000 | 200-280 | 1,4-2,0 | 1,75-1,80 |
| высокопрочное среднемодульное | 4500-7000 | 280-325 | 1,7-2,1 | 1,73-1,81 | |
| высокомодульное | 3500-5000 | 325-450 | 0,7-1,4 | 1,75-1,85 | |
| сверхвысокомодульное | 2500-4000 | 450-600 | 0,7-1,0 | 1,85-1,95 | |
| Стеклянное | E-стекло | 2500-3800 | 70-75 | 4,5-4,7 | 2,5-2,7 |
| S-стекло | 4000-4500 | 80-90 | 5,0-5,3 | 2,5 | |
| Органическое | Арамидное | 3000-3600 | 60-180 | 2,4-3,6 | 1,45 |
| Полиэтиленовое | 200-3000 | 5-170 | 3-80 | 0,96 | |
| Стальное | высокопрочное | 1200-2800 | 200 | 3,5 | 7,8 |
| нержавеющее | 800-2000 | 190 | 3,0 | 7,8 | |
| Базальтовое | 3000-4800 | 90-110 | 3,0 | 2,6-2,8 | |
| Борное | 3500-4000 | 350-400 | 0,5-0,7 | 2,6 | |
Применение
К баллонам, в которых хранится и транспортируется газ под давлением, предъявляются особые требования, подразумевающие высокие значения прочности при растяжении. Большое значение также имеет отношение массы конструкции к общему и максимальному давлению. Усиление металла углеволоконными композитами позволяет значительно снизить массу баллона, повысить его коррозионную стойкость, а также устойчивость к воздействию агрессивных сред.
Ещё одной важной характеристикой баллонов является безопасность. Именно поэтому так ценится углеродное волокно. Оно обеспечивает пожаро- и взрывобезопасность баллонов и гарантирует безосколочность при их разрушении.
Вывод
Углеродное волокно получило применение в баллонах под давлением, что позволило усовершенствовать конструкцию, сделать их более лёгкими и прочными и обеспечить безопасность во время хранения и перемещения сжатых газов.