碳纤维复合材料对于压力容器的重要意义

  压力容器是承受一定压力,具有潜在危险的设备。用于制造压力容器的材料需要满足机械强度、韧性、与介质相容性、可制造性等要求。目前我国压力容器使用的主要材料是钢材,包括三大类,碳素钢、低合金钢和不锈钢(高合金钢)。钢材综合性能的限制,给压力容器设计和制造带来了一定限制。

  随着工业上对压力容器技术要求的不断提高,迫切要求压力容器能够在更苛刻的条件下具有更优良的性能,压力容器材料方面的突破,对整个压力容器技术的突破具有重要意义。

  在复合材料中,通常一相为连续相,称为基体;另一相为分散相,称为增强材料。分散相是以独立的形态分布在整个连续相中,两相之间存在着相界面,分散相可以是增强纤维,也可以是颗粒状或弥散的填料。复合材料的基体材料主要有金属、无机凝胶、陶瓷和聚合物等。增强材料主要有玻璃纤维及其制品、碳纤维、芳纶纤维(有机纤维)、碳化硅纤维、硼纤维、晶须、氧化铝纤维等。

  传统材料的构件成型是对材料的再加工,加工过程中不发生组分和化学的变化。而复合材料构件与材料是同时形成的,构件完成,复合材料同时形成,因此,复合材料加工周期短,结构的整体性好,可靠性高。复合材料的组分材料虽然保持其相对独立性,但复合材料的性能却不是组分材料性能的简单加和,而是有着重要的改进。

  压力容器广泛应用于化工、轻工、能源、冶金、航天等领域,在国民经济中发挥着重要的作用。材料技术是压力容器技术的一个重要组成部分,是设计和制造的先决条件,复合材料对于压力容器的重要意义在于复合材料压力容器具有以下优点: (1) 制成的容器重量轻、刚性好、强度高;(2)金属材料的疲劳破坏常常是没有明显预兆的突发性破坏。而复合材料中增强物与基体的结合面,既能有效地传递载荷,又能阻止裂纹的扩展,提高材料的断裂韧性;(3)复合材料中的大量增强纤维,使得材料过载而少数纤维断裂时,载荷会迅速重新分配到未破坏的纤维上,使整个构件在短期内不至于失去承载能力;(4)不需要做特殊处理即能满足耐腐蚀要求。