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复合材料压力容器应用范围非常广泛

时间:2019/05/19 23:22:39 查看:次

  复合材料压力容器应用范围非常广泛,上至导弹、卫星,下至民生及休闲运动,几乎无所不包,如:在复合材料压力容器应用范围非常广泛,上至导弹、卫星,下至民生及休闲运动,几乎无所不包,如:在航天太空应用的高压氧气瓶、导弹发射高压氮气瓶、人员逃生气垫充气高压气瓶等;用于国防武器系统中的复合材料发动机、复合材料加力器等;交通运输方面的高压天然气气瓶、氢气瓶;运动休闲潜水用的氧气瓶、漆弹气瓶等;民生应用中,液化石油气(LPG)容器、净水器过滤筒及医务系统补氧气瓶和消防系统背带式氧气瓶等,都是属于复材压力容器应用范围。


  传统压力容器大多以金属材料制作,虽然金属材料制作方便,不怕碰撞,但是比重大,又不防腐蚀,且多次反复加压、减压可能造成金属材料疲劳。而复合材料恰好完全弥补了金属材料的缺点,比重轻,耐腐蚀,且无疲劳问题。


  以复材制作压力容器,是将连续纤维含浸树脂后,以全覆式或轴向绕线技术将之缠绕于金属或非金属内胆上。由于复合材料绕线制程是电脑操控,品质稳定,复合材料性能重现性高,为模型成型、手糊成型、注入成型等其他成型法所不及。


  复合材料压力容器最初开发的主要目的在于提供航天太空及国防武器,特别是复合材料发动机壳体制造,如三叉戟、北极星等战略导弹的复合材料发动机壳体,随后又开发了天然气车辆燃料储存(CNG)用气瓶。


  我国台湾地区1998年引进了美国Blue Bird公司及韩国大宇的天然气公车CNG储气桶等。早期开发的复材容器,为了能携带较多气体能量,使用压力皆超过2000psi以上,造价也偏高。直至10余年前,欧洲的Ragasco公司应用国防航天太空技术,选择低成本材料,以全自动化制程来生产复合材料LPG容器,其使用压力低,为294psi,仅是CNG Tank使用压力3000psi的十分之一。这家公司日产各种复合材料容器超过6000支,其中LPG复材容器年产量超过120万支。


  复合材料压力容器依照其使用压力范围,可大致分为低压、中高压、超高压。为了保证复合材料压力容器的使用安全,依其设计规范皆采用较高的安全系数。当然,安全系数越高,结构更安全,但还是要迁就实际使用环境,譬如航天太空应用,其玻纤安全系数3,明显比使用于一般工业用规范(ASME-X)的玻纤安全系数5低得多。另有Ragasco公司制造的LPG复材容器,依照其设计,只测试爆破压力大于60Bar(约900psi)即可符合规范,但是实际测试却高达150Bar(约2200psi)以上,大大超过安全设计指标。


  LPG主要成分为丙烷及丁烷,在室温状态下以气态呈现,压缩后成为液态。传统上LPG以钢瓶储存,目前均依照CNS2448-液化石油气用熔接钢瓶标准制造,其中使用最多的16kg及20kgLPG(以重量计算),其容器(含阀)重量分别高达33.6公斤及40.5公斤。欧盟规定,凡持重需超过手肘高度物品重量不得超过25kg.所以,如此规格桶装液化石油气,均不符合其法规。我国台湾地区劳委会规定,徒手搬运物品重量不得超过40kg.家用液化石油气是民生必需品,搬运液化石油气钢瓶笨重,因此轻量化是当务之急。此外,由于钢瓶检验时需拔除瓦斯开关,使用过久有泄漏之余,无疑是隐藏在每个家庭之中的不定时炸弹,其安全性堪虑。


  欧美国家使用复合材料容器作为液化石油气储存已有10余年,从其接受度及发展看,复合材料LPG容器取代传统钢瓶只是时间的问题。然而复合材料产品也有一隐患,不耐撞击。受到撞击后即使外观无明显缺陷,其复合材料结构实质上已遭破坏,因此使用复合材料LPG容器,须依规范执行必要检测。事实上,欧美国家对复合材料LPG容器的使用有严格的定期检测制度。目前我国台湾地区尚未建立复合材料LPG容器检测制度,也无检验人员培育计划。为了保障使用安全,有待主管单位及容器安全协会的规划与把关。此外,轻质化复合材料LPG容器是否会改变现有传统钢瓶的配送制度及加气方式,也有待企业、消费者及主管单位共识与努力。


  我国大陆在20年前即开始开发LPG容器,大批量投入市场的有中材北京FRP院澳门真人游戏娱乐。他们在气瓶产业上,重点解决了复合材料高压气瓶行业关键技术,集成创新,形成了一套具体完全自主知识产权的复合材料高压气瓶工业化制造技术体系,产品性能达到美国、德国标准,获得质量标准认证,成功在国内外卡车、客车、轿车等几十个车型得到广泛应用。若海峡两岸在LPG技术进行互动,必将推动两岸高压复合气瓶综合制造技术水平不断进步。



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