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復合材料壓力容器應用范圍非常廣泛

時間:2017-05-09   作者:admin 點擊: 196 次
復合材料壓力容器應用范圍非常廣泛,上至導彈、衛星,下至民生及休閑運動,幾乎無所不包,如:在復合材料壓力容器應用范圍非常廣泛,上至導彈、衛星,下至民生及休閑運動,幾乎無所不包,如:在航天太空應用的高壓氧氣瓶、導彈發射高壓氮氣瓶、人員逃生氣墊充氣高壓氣瓶等;用于國防武器系統中的復合材料發動機、復合材料加力器等;交通運輸方面的高壓天然氣氣瓶、氫氣瓶;運動休閑潛水用的氧氣瓶、漆彈氣瓶等;民生應用中,液化石油氣(LPG)容器、凈水器過濾筒及醫務系統補氧氣瓶和消防系統背帶式氧氣瓶等,都是屬于復材壓力容器應用范圍。
  傳統壓力容器大多以金屬材料制作,雖然金屬材料制作方便,不怕碰撞,但是比重大,又不防腐蝕,且多次反復加壓、減壓可能造成金屬材料疲勞。而復合材料恰好完全彌補了金屬材料的缺點,比重輕,耐腐蝕,且無疲勞問題。
  以復材制作壓力容器,是將連續纖維含浸樹脂后,以全覆式或軸向繞線技術將之纏繞于金屬或非金屬內膽上。由于復合材料繞線制程是電腦操控,品質穩定,復合材料性能重現性高,為模型成型、手糊成型、注入成型等其他成型法所不及。
  復合材料壓力容器最初開發的主要目的在于提供航天太空及國防武器,特別是復合材料發動機殼體制造,如三叉戟、北極星等戰略導彈的復合材料發動機殼體,隨后又開發了天然氣車輛燃料儲存(CNG)用氣瓶。
  我國臺灣地區1998年引進了美國Blue Bird公司及韓國大宇的天然氣公車CNG儲氣桶等。早期開發的復材容器,為了能攜帶較多氣體能量,使用壓力皆超過2000psi以上,造價也偏高。直至10余年前,歐洲的Ragasco公司應用國防航天太空技術,選擇低成本材料,以全自動化制程來生產復合材料LPG容器,其使用壓力低,為294psi,僅是CNG Tank使用壓力3000psi的十分之一。這家公司日產各種復合材料容器超過6000支,其中LPG復材容器年產量超過120萬支。
  復合材料壓力容器依照其使用壓力范圍,可大致分為低壓、中高壓、超高壓。為了保證復合材料壓力容器的使用安全,依其設計規范皆采用較高的安全系數。當然,安全系數越高,結構更安全,但還是要遷就實際使用環境,譬如航天太空應用,其玻纖安全系數3,明顯比使用于一般工業用規范(ASME-X)的玻纖安全系數5低得多。另有Ragasco公司制造的LPG復材容器,依照其設計,只測試爆破壓力大于60Bar(約900psi)即可符合規范,但是實際測試卻高達150Bar(約2200psi)以上,大大超過安全設計指標。
  LPG主要成分為丙烷及丁烷,在室溫狀態下以氣態呈現,壓縮后成為液態。傳統上LPG以鋼瓶儲存,目前均依照CNS2448-液化石油氣用熔接鋼瓶標準制造,其中使用最多的16kg及20kgLPG(以重量計算),其容器(含閥)重量分別高達33.6公斤及40.5公斤。歐盟規定,凡持重需超過手肘高度物品重量不得超過25kg.所以,如此規格桶裝液化石油氣,均不符合其法規。我國臺灣地區勞委會規定,徒手搬運物品重量不得超過40kg.家用液化石油氣是民生必需品,搬運液化石油氣鋼瓶笨重,因此輕量化是當務之急。此外,由于鋼瓶檢驗時需拔除瓦斯開關,使用過久有泄漏之余,無疑是隱藏在每個家庭之中的不定時炸彈,其安全性堪慮。
  歐美國家使用復合材料容器作為液化石油氣儲存已有10余年,從其接受度及發展看,復合材料LPG容器取代傳統鋼瓶只是時間的問題。然而復合材料產品也有一隱患,不耐撞擊。受到撞擊后即使外觀無明顯缺陷,其復合材料結構實質上已遭破壞,因此使用復合材料LPG容器,須依規范執行必要檢測。事實上,歐美國家對復合材料LPG容器的使用有嚴格的定期檢測制度。目前我國臺灣地區尚未建立復合材料LPG容器檢測制度,也無檢驗人員培育計劃。為了保障使用安全,有待主管單位及容器安全協會的規劃與把關。此外,輕質化復合材料LPG容器是否會改變現有傳統鋼瓶的配送制度及加氣方式,也有待企業、消費者及主管單位共識與努力。
  我國大陸在20年前即開始開發LPG容器,大批量投入市場的有中材北京FRP院有限公司。他們在氣瓶產業上,重點解決了復合材料高壓氣瓶行業關鍵技術,集成創新,形成了一套具體完全自主知識產權的復合材料高壓氣瓶工業化制造技術體系,產品性能達到美國、德國標準,獲得質量標準認證,成功在國內外卡車、客車、轎車等幾十個車型得到廣泛應用。若海峽兩岸在LPG技術進行互動,必將推動兩岸高壓復合氣瓶綜合制造技術水平不斷進步。
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