纖維纏繞壓力容器制備和內(nèi)壓試驗(yàn)方法

本標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行內(nèi)壓試驗(yàn)，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(jìn)行內(nèi)壓試驗(yàn)。 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(jìn)行內(nèi)壓試驗(yàn)。 2試樣 21試樣幾何形狀和尺寸見(jiàn)纖維纏繞壓力容器示意圖。 22標(biāo)準(zhǔn)試樣：平面纏繞時(shí)，極孔直徑為40mm,筒身段長(zhǎng)為100mm;螺旋纏繞時(shí)，極孔直徑為60mm，筒身段長(zhǎng)為200毫米。 3設(shè)備 31纏繞機(jī)纏繞機(jī)應(yīng)能按要求進(jìn)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(jiàn)附錄A中A1。 322鋼芯模制造鋼芯?？捎貌讳P或普通鋼，制備方法見(jiàn)附錄A中A2。在進(jìn)行內(nèi)壓試驗(yàn)時(shí)，鋼芯模留在容器內(nèi)。芯模可重復(fù)使用。 33固化裝置固化裝置應(yīng)具有固化試樣時(shí)所需的溫度范圍，并升溫、恒溫控制裝置。固化溫度偏差應(yīng)能控制在±5℃以內(nèi)。 34試驗(yàn)設(shè)備 341內(nèi)壓試驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)保證試驗(yàn)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(yīng)保證測(cè)壓精度在±1%范圍內(nèi)。用應(yīng)變片或引伸計(jì)測(cè)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(yīng)貯存在干燥的地方。纏繞前按纖維種類進(jìn)行有關(guān)處理。 412樹(shù)脂及固化劑按廠房規(guī)定的條件存放，超過(guò)使用期時(shí)，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(jiàn)附錄A中A4)。將芯模裝在纏繞機(jī)上，測(cè)量芯模外徑，準(zhǔn)確到005mm,調(diào)整纏繞機(jī)。 432按規(guī)定的層數(shù)和規(guī)定的角度進(jìn)行纏繞。濕法纏繞時(shí)，環(huán)境溫度不得低于18℃，相對(duì)濕度50～60%，纏繞張力為纖維斷裂強(qiáng)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(guò)程中，試樣應(yīng)不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，防止流膠。如果固化設(shè)備沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，應(yīng)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(dòng)加熱至不流膠后，再進(jìn)行固化。 434固化后，自然冷卻至室溫。將試樣編號(hào)。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(yàn)。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(yàn)。 5內(nèi)壓試驗(yàn) 51對(duì)試樣進(jìn)行外觀檢查。 52需要測(cè)應(yīng)變是，粘好應(yīng)變片。 53按GB1446《纖維增強(qiáng)塑料性能試驗(yàn)方法總則》的規(guī)定進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)。 54將容器與內(nèi)壓試驗(yàn)系統(tǒng)和記錄裝置連接，調(diào)準(zhǔn)加壓速度，稱加初壓10kgf/cm2；檢查和調(diào)整試驗(yàn)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(duì)應(yīng)的應(yīng)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(gè)。 6強(qiáng)度計(jì)算壓力容器的環(huán)向和縱向纖維強(qiáng)度以網(wǎng)格理論為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)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(jì)。②纖維只承受軸向載荷，每根纖維的承載能力相同。 61計(jì)算 611環(huán)向纖維的強(qiáng)度按式(1)計(jì)算： PRσfe=———(2-tg2α)………………………………………………(1) 2tGθβ tGθ=————×10-5×γθ…………………………………………(2)ρf式中：σf——環(huán)向纖維強(qiáng)度，kgf/cm2(MPa)； P——破壞壓力， kgf/cm2； R——?dú)んw的中半徑，cm；α——纏繞角度，度； tGθ——?dú)んw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(hào)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(qiáng)度按式(3)計(jì)算： PRσfα=—————…………………………………………………………(3) 2×tGα·cos2β tGα=————×10-5×γα………………………………………………(4)ρf式中：σfα——縱向纖維強(qiáng)度，kgf/cm2(MPa); fGα——?dú)んw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(hào)意義同式(1)、式(2)。 613環(huán)向復(fù)合強(qiáng)度按式(5)、式(6)計(jì)算： PRσfθ=—————…………………………………………………………(5) tc tGθ+tGα tc=————…………………………………………………………………(4) Vf式中：σcθ——環(huán)向復(fù)合強(qiáng)度，kgf/cm2(MPa); tc——?dú)んw圓筒段計(jì)算厚度，cm; Vf——纖維體積含量，%。其余符號(hào)意義同式(1)、式(3)。 614縱向復(fù)合強(qiáng)度按式(7)計(jì)算： PRσcα=—————…………………………………………………………(7) 2tc式中：σcα——縱向復(fù)合強(qiáng)度，kgf/cm2(MPa);其余符號(hào)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(jì)算相應(yīng)的彈性模量。 7試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果按GB1446規(guī)定。此外，還包括下列內(nèi)容： a增強(qiáng)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(shí)的環(huán)境條件。附錄 A芯模、密封內(nèi)襯、封頭及極孔嵌件說(shuō)明 (補(bǔ)充件) A1砂芯模 A11將洗凈的細(xì)砂、聚乙烯醇(型號(hào)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(gè)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(gè)/cm2。見(jiàn)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(dāng)膠片厚度為03mm時(shí)，要包覆二層，厚度為06~1mm時(shí)，可包覆一層。 A4封頭及極孔嵌年本標(biāo)準(zhǔn)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(jiàn)圖A3。曲面坐標(biāo)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(shuō)明：本標(biāo)準(zhǔn)由國(guó)家建筑材料工業(yè)局提出，由纖維增強(qiáng)塑料標(biāo)準(zhǔn)化分技術(shù)委員會(huì)歸口。本標(biāo)準(zhǔn)由國(guó)家建筑材料工業(yè)局哈爾濱玻璃鋼研究所負(fù)責(zé)起草。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人劉其賢、林國(guó)榮。