berita

Lapisan dalam bejana tekan lilitan serat terutama merupakan struktur pelapis, yang fungsi utamanya adalah bertindak sebagai penghalang penyegelan untuk mencegah kebocoran gas atau cairan bertekanan tinggi yang tersimpan di dalamnya, sekaligus melindungi lapisan lilitan serat luar. Lapisan ini tidak terkorosi oleh material yang tersimpan di dalamnya, dan lapisan luarnya adalah lapisan lilitan serat yang diperkuat resin, yang terutama digunakan untuk menahan sebagian besar beban tekanan di dalam bejana tekan.

Struktur bejana tekan lilitan serat: Bejana tekan material komposit terutama hadir dalam empat bentuk struktural: silindris, bulat, melingkar, dan persegi panjang. Bejana melingkar terdiri dari bagian silindris dan dua kepala. Bejana tekan logam diproduksi dalam bentuk sederhana, dengan cadangan kekuatan berlebih dalam arah aksial. Di bawah tekanan internal, tegangan longitudinal dan latitudinal bejana bulat sama, dan setengah dari tegangan keliling bejana silindris. Material logam memiliki kekuatan yang sama di semua arah; oleh karena itu, bejana logam bulat dirancang untuk kekuatan yang sama dan memiliki massa minimum untuk volume dan tekanan tertentu. Keadaan tegangan bejana bulat ideal, dan dinding bejana dapat dibuat setipis mungkin. Namun, karena kesulitan yang lebih besar dalam pembuatan bejana bulat, bejana ini umumnya hanya digunakan dalam aplikasi khusus seperti pesawat ruang angkasa. Wadah berbentuk cincin jarang ditemukan dalam produksi industri, tetapi strukturnya masih diperlukan dalam situasi spesifik tertentu. Misalnya, pesawat ruang angkasa menggunakan struktur khusus ini untuk memanfaatkan ruang terbatas secara maksimal. Wadah persegi panjang terutama digunakan untuk memaksimalkan pemanfaatan ruang ketika ruang terbatas, seperti tangki persegi panjang untuk mobil dan tangki kereta api. Wadah-wadah ini umumnya merupakan bejana bertekanan rendah atau bertekanan atmosfer, dan bobot yang lebih ringan lebih disukai.

Kompleksitas struktur bejana tekan material komposit, perubahan mendadak pada tutup ujung dan ketebalannya, serta ketebalan dan sudut tutup ujung yang bervariasi, menimbulkan banyak kesulitan dalam perancangan, analisis, perhitungan, dan pencetakan. Terkadang, bejana tekan material komposit tidak hanya memerlukan penggulungan pada sudut dan rasio kecepatan yang berbeda di tutup ujungnya, tetapi juga memerlukan metode penggulungan yang berbeda tergantung pada strukturnya. Secara bersamaan, pengaruh faktor praktis seperti koefisien gesekan harus dipertimbangkan. Oleh karena itu, hanya desain struktural yang benar dan masuk akal yang dapat memandu proses produksi penggulungan dengan tepat.bahan kompositbejana tekan, sehingga menghasilkan produk bejana tekan material komposit ringan yang memenuhi persyaratan desain.

Bahan untuk Bejana Tekan yang Dililit Serat

Lapisan lilitan serat, sebagai komponen penahan beban utama, harus memiliki kekuatan tinggi, modulus tinggi, densitas rendah, stabilitas termal, kemampuan pembasahan resin yang baik, kemampuan proses lilitan yang baik, dan kekencangan bundel serat yang seragam. Material serat penguat yang umum digunakan untuk bejana tekan komposit ringan meliputi serat karbon, serat PBO, serat aramid, dan serat polietilen dengan berat molekul sangat tinggi.

Serat karbonSerat karbon adalah material karbon berserat yang komponen utamanya adalah karbon. Material ini terbentuk melalui karbonisasi prekursor serat organik pada suhu tinggi dan merupakan material serat berkinerja tinggi dengan kandungan karbon melebihi 95%. Serat karbon memiliki sifat yang sangat baik, dan penelitian tentangnya telah dimulai lebih dari 100 tahun yang lalu. Serat karbon merupakan material serat lilitan berkinerja tinggi dengan kekuatan tinggi, modulus tinggi, dan kepadatan rendah, yang terutama dicirikan oleh hal-hal berikut:

1. Kepadatan rendah dan ringan. Kepadatan serat karbon adalah 1,7~2 g/cm³, setara dengan 1/4 kepadatan baja dan 1/2 kepadatan paduan aluminium.

2. Kekuatan dan modulus tinggi: Kekuatannya 4-5 kali lebih tinggi daripada baja, dan modulus elastisitasnya 5-6 kali lebih tinggi daripada paduan aluminium, menunjukkan pemulihan elastis absolut (Zhang Eryong dan Sun Yan, 2020). Kekuatan tarik dan modulus elastisitas serat karbon dapat mencapai 3500-6300 MPa dan 230-700 GPa, masing-masing.

3. Koefisien ekspansi termal rendah: Konduktivitas termal serat karbon menurun seiring peningkatan suhu, sehingga membuatnya tahan terhadap pendinginan dan pemanasan cepat. Serat ini tidak akan retak bahkan setelah didinginkan dari beberapa ribu derajat Celcius hingga suhu ruangan, dan tidak akan meleleh atau melunak dalam atmosfer non-oksidasi pada suhu 3000℃; serat ini tidak akan menjadi rapuh pada suhu cair.

4. Ketahanan korosi yang baik: Serat karbon bersifat inert terhadap asam dan dapat menahan asam kuat seperti asam klorida pekat dan asam sulfat. Selain itu, komposit serat karbon juga memiliki karakteristik seperti ketahanan terhadap radiasi, stabilitas kimia yang baik, kemampuan menyerap gas beracun, dan moderasi neutron, sehingga banyak diaplikasikan di bidang kedirgantaraan, militer, dan banyak bidang lainnya.

Aramid, serat organik yang disintesis dari poliftalamida aromatik, muncul pada akhir tahun 1960-an. Kepadatannya lebih rendah daripada serat karbon. Ia memiliki kekuatan tinggi, daya luluh tinggi, ketahanan benturan yang baik, stabilitas kimia yang baik, dan ketahanan panas, dan harganya hanya setengah dari harga serat karbon.Serat aramidumumnya memiliki karakteristik sebagai berikut:

1. Sifat mekanik yang baik. Serat aramid adalah polimer fleksibel dengan kekuatan tarik lebih tinggi daripada poliester, kapas, dan nilon biasa. Serat ini memiliki elongasi yang lebih besar, tekstur yang lembut, dan kemampuan dipintal yang baik, sehingga dapat diolah menjadi serat dengan kehalusan dan panjang yang berbeda.

2. Ketahanan api dan panas yang sangat baik. Aramid memiliki indeks oksigen pembatas lebih besar dari 28, sehingga tidak terus terbakar setelah diangkat dari api. Ia memiliki stabilitas termal yang baik, dapat digunakan terus menerus pada suhu 205℃, dan mempertahankan kekuatan tinggi bahkan pada suhu di atas 205℃. Secara bersamaan, serat aramid memiliki suhu dekomposisi yang tinggi, mempertahankan kekuatan tinggi bahkan pada suhu tinggi, dan hanya mulai mengalami karbonisasi pada suhu di atas 370℃.

3. Sifat kimia yang stabil. Serat aramid menunjukkan ketahanan yang sangat baik terhadap sebagian besar bahan kimia, dapat menahan sebagian besar konsentrasi asam anorganik yang tinggi, dan memiliki ketahanan alkali yang baik pada suhu ruangan.

4. Sifat mekanik yang sangat baik. Serat ini memiliki sifat mekanik yang luar biasa seperti kekuatan ultra tinggi, modulus tinggi, dan bobot ringan. Kekuatannya 5-6 kali lipat dari kawat baja, modulus elastisitasnya 2-3 kali lipat dari kawat baja atau serat kaca, ketangguhannya dua kali lipat dari kawat baja, dan bobotnya hanya 1/5 dari kawat baja. Serat poliamida aromatik telah lama banyak digunakan sebagai material serat berkinerja tinggi, terutama cocok untuk bejana tekan di bidang kedirgantaraan dan penerbangan dengan persyaratan ketat untuk kualitas dan bentuk.

Serat PBO dikembangkan di Amerika Serikat pada tahun 1980-an sebagai bahan penguat untuk material komposit yang dikembangkan untuk industri kedirgantaraan. Serat ini merupakan salah satu anggota keluarga poliamida yang paling menjanjikan yang mengandung senyawa aromatik heterosiklik dan dikenal sebagai serat super abad ke-21. Serat PBO memiliki sifat fisik dan kimia yang sangat baik; kekuatan, modulus elastisitas, dan ketahanan panasnya termasuk yang terbaik di antara semua serat. Selain itu, serat PBO memiliki ketahanan benturan, ketahanan abrasi, dan stabilitas dimensi yang sangat baik, serta ringan dan fleksibel, menjadikannya material tekstil yang ideal. Serat PBO memiliki karakteristik utama sebagai berikut:

1. Sifat mekanik yang sangat baik. Produk serat PBO kelas atas memiliki kekuatan 5,8 GPa dan modulus elastisitas 180 GPa, tertinggi di antara serat kimia yang ada.

2. Stabilitas termal yang sangat baik. Dapat menahan suhu hingga 600℃, dengan indeks pembatas 68. Tidak terbakar atau menyusut dalam api, dan ketahanan panas serta ketahanan apinya lebih tinggi daripada serat organik lainnya.

Sebagai serat berkinerja ultra tinggi abad ke-21, serat PBO memiliki sifat fisik, mekanik, dan kimia yang luar biasa. Kekuatan dan modulus elastisitasnya dua kali lipat dari serat aramid, dan memiliki ketahanan panas serta ketahanan api seperti poliamida meta-aramid. Sifat fisik dan kimianya sepenuhnya melampaui serat aramid. Serat PBO berdiameter 1 mm dapat mengangkat benda seberat hingga 450 kg, dan kekuatannya lebih dari 10 kali lipat dari serat baja.

Serat polietilen dengan berat molekul sangat tinggiSerat polietilen berkekuatan tinggi dan bermodulus tinggi, juga dikenal sebagai serat polietilen berkekuatan tinggi dan bermodulus tinggi, adalah serat dengan kekuatan spesifik dan modulus spesifik tertinggi di dunia. Serat ini dipintal dari polietilen dengan berat molekul 1 juta hingga 5 juta. Serat polietilen berbobot molekul ultra tinggi terutama memiliki karakteristik sebagai berikut:

1. Kekuatan spesifik tinggi dan modulus spesifik tinggi. Kekuatan spesifiknya lebih dari sepuluh kali lipat kawat baja dengan penampang yang sama, dan modulus spesifiknya hanya kalah dari serat karbon khusus. Biasanya, berat molekulnya lebih besar dari 10, dengan kekuatan tarik 3,5 GPa, modulus elastisitas 116 GPa, dan perpanjangan 3,4%.

2. Kepadatan rendah. Kepadatannya umumnya 0,97~0,98 g/cm³, sehingga dapat mengapung di air.

3. Perpanjangan putus yang rendah. Memiliki kapasitas penyerapan energi yang kuat, ketahanan benturan dan pemotongan yang sangat baik, ketahanan cuaca yang sangat baik, dan tahan terhadap sinar ultraviolet, neutron, dan sinar gamma. Selain itu, juga memiliki penyerapan energi spesifik yang tinggi, konstanta dielektrik rendah, transmisi gelombang elektromagnetik yang tinggi, dan ketahanan terhadap korosi kimia, serta ketahanan aus yang baik dan umur lentur yang panjang.

Serat polietilen memiliki banyak sifat unggul, yang menunjukkan keuntungan signifikan dalam hal ini.serat berkinerja tinggipasar. Dari tali tambat di ladang minyak lepas pantai hingga material komposit ringan berkinerja tinggi, ia menunjukkan keunggulan luar biasa dalam peperangan modern, serta di sektor penerbangan, kedirgantaraan, dan maritim, memainkan peran penting dalam peralatan pertahanan dan bidang lainnya.