纖維纏繞壓力容器制備和內(nèi)壓試驗方法

本標準用于制備具有規(guī)定幾何形狀的纖維纏繞器試樣，并在規(guī)定的條件下，進行內(nèi)壓試驗，以確定纖維纏繞壓力容器的表觀拉伸參數(shù)。 1方法概述用兩種芯模制備壓力容器試樣： 11砂芯模：試樣是在包覆有橡膠內(nèi)襯的砂芯模上繞制的。用水將砂芯模洗出，進行內(nèi)壓試驗。 12鋼芯模：試樣是在包覆有橡膠內(nèi)襯，并鉆有許多小孔的鋼芯模上繞制的，固化后，同芯模一起進行內(nèi)壓試驗。 2試樣 21試樣幾何形狀和尺寸見纖維纏繞壓力容器示意圖。 22標準試樣：平面纏繞時，極孔直徑為40mm,筒身段長為100mm;螺旋纏繞時，極孔直徑為60mm，筒身段長為200毫米。 3設備 31纏繞機纏繞機應能按要求進行環(huán)向纏繞和螺旋纏繞，或平面纏繞和環(huán)向纏繞。 32芯模 321砂芯模砂芯模是一種水溶性芯模，其制備方法見附錄A中A1。 322鋼芯模制造鋼芯模可用不銹或普通鋼，制備方法見附錄A中A2。在進行內(nèi)壓試驗時，鋼芯模留在容器內(nèi)。芯?？芍貜褪褂谩?33固化裝置固化裝置應具有固化試樣時所需的溫度范圍，并升溫、恒溫控制裝置。固化溫度偏差應能控制在±5℃以內(nèi)。 34試驗設備 341內(nèi)壓試驗系統(tǒng)應保證試驗容器的加壓速度在每分鐘80～100kg/cm2。 342用壓力表或壓力傳感器記錄壓力，應保證測壓精度在±1%范圍內(nèi)。用應變片或引伸計測量變形。 4試樣的制備 41原材料貯存和條件處理 411纖維應貯存在干燥的地方。纏繞前按纖維種類進行有關處理。 412樹脂及固化劑按廠房規(guī)定的條件存放，超過使用期時，不許使用。 42芯模處理 421砂芯模：清除芯模表面上的油污，涂脫模劑，包一層玻璃紙，包覆橡膠內(nèi)襯。 43纏繞與固化 431在處理好的芯模上安好極孔嵌件(見附錄A中A4)。將芯模裝在纏繞機上，測量芯模外徑，準確到005mm,調(diào)整纏繞機。 432按規(guī)定的層數(shù)和規(guī)定的角度進行纏繞。濕法纏繞時，環(huán)境溫度不得低于18℃，相對濕度50～60%，纏繞張力為纖維斷裂強度的5～8%。 433將繞制完成的試樣，放入固化裝置內(nèi)，按規(guī)定的固化制度固化。固化過程中，試樣應不斷地轉(zhuǎn)動，防止流膠。如果固化設備沒有轉(zhuǎn)動裝置，應在放入固化裝置之前，用紅外加熱裝置或其它熱源將繞好的容器轉(zhuǎn)動加熱至不流膠后，再進行固化。 434固化后，自然冷卻至室溫。將試樣編號。用鋼芯模制造的容器試樣在拆除接軸之后即可用于內(nèi)壓試驗。砂芯模制造的容器試樣，用低于80℃的熱水，將砂芯模洗出，即可用作內(nèi)壓試驗。 5內(nèi)壓試驗 51對試樣進行外觀檢查。 52需要測應變是，粘好應變片。 53按GB1446《纖維增強塑料性能試驗方法總則》的規(guī)定進行狀態(tài)調(diào)節(jié)。 54將容器與內(nèi)壓試驗系統(tǒng)和記錄裝置連接，調(diào)準加壓速度，稱加初壓10kgf/cm2；檢查和調(diào)整試驗裝置，使其處于正常工作狀態(tài)，卸壓。 55按規(guī)定的速度加壓。記錄壓力和所對應的應變，直至容器破壞。記錄破壞壓力及破壞情況。 56每組試樣不少于5個。 6強度計算壓力容器的環(huán)向和縱向纖維強度以網(wǎng)格理論為基礎進行計算。理論的基本假定：①在內(nèi)壓容器中，只有纖維承受外載荷作用，而基體的承載能力忽略不計。②纖維只承受軸向載荷，每根纖維的承載能力相同。 61計算 611環(huán)向纖維的強度按式(1)計算： PRσfe=———(2-tg2α)………………………………………………(1) 2tGθβ tGθ=————×10-5×γθ…………………………………………(2)ρf式中：σf——環(huán)向纖維強度，kgf/cm2(MPa)； P——破壞壓力， kgf/cm2； R——殼體的中半徑，cm；α——纏繞角度，度； tGθ——殼體中，環(huán)向纖維的厚度，cm；γθ——環(huán)向纏繞單位寬度粗紗股數(shù)，1/cm；β——粗紗號數(shù)，g/km;ρf——纖維密度，g/cm3。注：1M Pa=1N/mn2≈10.2kgf/cm2 612縱向纖維強度按式(3)計算： PRσfα=—————…………………………………………………………(3) 2×tGα·cos2β tGα=————×10-5×γα………………………………………………(4)ρf式中：σfα——縱向纖維強度，kgf/cm2(MPa); fGα——殼體中，縱向纖維的厚度，cm;γa——縱向纏繞單位寬度粗紗股數(shù)，1/cm。其余符號意義同式(1)、式(2)。 613環(huán)向復合強度按式(5)、式(6)計算： PRσfθ=—————…………………………………………………………(5) tc tGθ+tGα tc=————…………………………………………………………………(4) Vf式中：σcθ——環(huán)向復合強度，kgf/cm2(MPa); tc——殼體圓筒段計算厚度，cm; Vf——纖維體積含量，%。其余符號意義同式(1)、式(3)。 614縱向復合強度按式(7)計算： PRσcα=—————…………………………………………………………(7) 2tc式中：σcα——縱向復合強度，kgf/cm2(MPa);其余符號意義同式(1)、式(5)。 615根據(jù)記錄的P-δ曲線，繪制環(huán)向和縱向α—δ曲線，并取初始直線段計算相應的彈性模量。 7試驗結果試驗結果按GB1446規(guī)定。此外，還包括下列內(nèi)容： a增強材料類型； b基體類型及固化制度； c筒體的尺寸及封頭尺寸； d纏繞張力； e層次分布； f環(huán)向(縱向)纏繞單位寬度股數(shù)和環(huán)向(縱向)層數(shù)； g纏繞時的環(huán)境條件。附錄 A芯模、密封內(nèi)襯、封頭及極孔嵌件說明 (補充件) A1砂芯模 A11將洗凈的細砂、聚乙烯醇(型號為D588)和水按下列比例混合：砂：聚乙烯醇(PVA)：水=100：2：6～7 A12將混合物裝填在模具(半個芯模)中，放入烘箱內(nèi)升溫至110℃，保持6h，將水蒸發(fā)掉。 A13鋼芯模用不銹鋼或普通鋼制成，并在芯模上鉆孔，孔徑為2mm，孔密度為0 44個/cm2。見圖A2。 A3密封內(nèi)襯 A31鋼芯模和砂芯模在容器繞制前必須包覆密封內(nèi)襯。內(nèi)襯材料一般可采用J03膠片和9621橡膠。當膠片厚度為03mm時，要包覆二層，厚度為06~1mm時，可包覆一層。 A4封頭及極孔嵌年本標準推薦的封頭曲面為扁橢球曲面，其它封頭面型式可按需要自行選齲封頭曲面及金屬嵌件見圖A3。曲面坐標值———————————————————————————————————————— x 0 13.5 18.7 22.5 28.0 30.0 31.7 33.2 34.4 y 75 70 65 55 50 45 40 35 30————————————————————————————————————————附加說明：本標準由國家建筑材料工業(yè)局提出，由纖維增強塑料標準化分技術委員會歸口。本標準由國家建筑材料工業(yè)局哈爾濱玻璃鋼研究所負責起草。本標準主要起草人劉其賢、林國榮。