通常情況下,當(dāng)我們覺得非常熱,甚至沸騰的液體,壓力容器,我們認(rèn)為金屬容器的。這些應(yīng)用程序使用的塑料是沒有想到的第一件事情。然而,塑料壓力容器在我們身邊,是如此普遍,我們可能沒有注意到他們。其中有些在升高的壓力和溫度下操作。一些例子包括:
汽車散熱器和軟管。這些長時(shí)間在溫度高于100°C(212°F)和至少20 psi的壓力。一般軟管的橡膠或彈性體的玻璃增強(qiáng)纖維或耐熱性高的聚合物的組合物(復(fù)合體)。散熱器的標(biāo)題中可以成型的玻璃纖維增強(qiáng)尼龍。
塑料管道在房子里。雖然國內(nèi)的管道主要是聚氯乙烯(PVC)以上的溫度下沸騰,所以很少操作,它用熱水(60°C,140°F),壓力約570千帕(85磅)的評(píng)級(jí)。氯化聚氯乙烯(CPVC),具有更好的耐熱性比PVC(幾乎90℃,190°F,在330千帕或50psi的)是另一種常見的管道材料。
塑料飲料瓶。雖然這個(gè)應(yīng)用程序是不是在高溫下,在墻壁上的壓力負(fù)荷是巨大的,當(dāng)它已經(jīng)在它的新鮮充碳酸氣的飲料。這是所有的較大幅度的,當(dāng)一個(gè)人意識(shí)到的墻壁非常薄,,這壓力容器的內(nèi)容都清晰可見。
復(fù)合材料壓力容器,這些都是建立,舉行天然氣運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。這些承受高的壓力,有腐蝕性的環(huán)境中,并且耐沖擊。
火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。雖然它們不是日常應(yīng)用,如那些穿梭推入軌道,火箭發(fā)動(dòng)機(jī),是由聚合物和連續(xù)的增強(qiáng)纖維纏繞到必須能承受非常高的壓力的船只。
聚合物(塑料)在船舶建造,與金屬相比有優(yōu)勢(shì)。它們通常可以容易地通過采取的熔融塑料的料滴和吹它成一個(gè)模制的空腔像一個(gè)氣球。這種方法制成的飲料瓶,瓶機(jī)幾乎出現(xiàn)在什么是一個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)流噴涌而出。聚合物結(jié)構(gòu)中金屬的重量比通常較輕。當(dāng)吹塑成型的,該聚合物的原子鏈成為雙軸取向和更強(qiáng)的比母體聚合物。非常重要的是,他們不容易,如金屬腐蝕。
對(duì)于在鍋爐中的應(yīng)用,有一些屬性,使它們不同的聚合物,或許,不如金屬。聚合物是沒有那么強(qiáng),拉伸載荷下,他們沒有抵御高溫以及金屬做的。此外,聚合物不進(jìn)行散熱好,和最不導(dǎo)電,在所有。熱傳導(dǎo)的缺乏是可以克服的通過添加熱傳導(dǎo)材料的聚合物配方。
聚合物的行為的同時(shí),進(jìn)一步描述信息,它是有用的理解為什么聚合物和金屬上的至少一個(gè)基本水平是不同的,這些差異如何影響性能。聚合物由鏈的原子代替原子。在理解的鏈的聚合物的性質(zhì),重要的是要注意,如果碳原子為直徑約40厘米(12英寸),而不是10 -8厘米,聚乙烯鏈的,拉伸的直鏈,將約3公里(2英里)的長度。對(duì)于類似超高分子量聚乙烯,長度可以是30公里(20英里)。這就是為什么,熔融的聚合物形成粘稠的膠狀物,而熔融金屬是流的液體。
熱固性
熱固性聚合物,個(gè)別鏈往往是短期的,但他們都通過強(qiáng)的化學(xué)鍵相連。從概念上講,它們可以被認(rèn)為作為三維漁網(wǎng)。這些熱固性聚合物是在加熱的模具形成,一旦形成,它們將不會(huì)再熔融。當(dāng)過熱時(shí),他們可以成為“俗氣”,然后經(jīng)歷一個(gè)緩慢的,煙熏的分解。一些例子(和長期耐熱溫度)包括:環(huán)氧(90°至180℃,或約190°到350°F),2酚醛(150°至260℃,或300°至500°F的),3和橡膠(100℃,或212°F和更高)。由于數(shù)量的互連有增加和/或它們之間的距離減小,本體聚合物的耐熱性,但增加變得更脆。
當(dāng)鏈接的數(shù)量是低的,或它們之間的距離是大的,它們可以在冷卻加熱和拉伸。再加熱時(shí),他們退縮未拉伸狀態(tài)(拆封)。
熱塑性的
熱塑性聚合物構(gòu)成的第二類。這可以比喻為一團(tuán)面條面條鏈不會(huì)不可逆連接到其他連鎖店。通常用于熱扭轉(zhuǎn)鏈相互作用。熱塑性塑料形成眼鏡在較低的溫度下,該鏈?zhǔn)遣荒軌蛞苿?dòng)非常。上述的溫度稱為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(T 克),鏈段可以從移動(dòng)排序“曲軸”運(yùn)動(dòng)。4如果熱塑性聚合物不具有結(jié)晶區(qū)域,溫度上升,將增加質(zhì)量變成流體的運(yùn)動(dòng),直至塑造和塑造。在冷卻時(shí),粘度增加,直到在T 克,當(dāng)它再次形成的玻璃。該類別的(無定形熱塑性)的典型的聚合物包括聚苯乙烯,丙烯酸樹脂,聚碳酸酯和許多其他。它們往往是透明的。
有些熱塑性聚合物鏈折疊成高度有序的晶體形成區(qū)域。這些熱塑性塑料被稱為半結(jié)晶的,因?yàn)榻Y(jié)晶水平的差別很大,這取決于聚合物和它是如何處理(通常,即使在不同的模制部分的厚度,取決于冷卻速度)。晶體表現(xiàn)為熱可逆交聯(lián)的,并且他們有明確的熔點(diǎn)。半結(jié)晶熱塑性塑料傾向于保留一些物理屬性,直到成為大眾的熔點(diǎn),一次,足夠的流動(dòng)性,模具和形狀。半結(jié)晶熱塑性塑料的實(shí)例包括:聚乙烯,尼龍,聚丙烯和許多其他。圖2示出了不同形式的由聚苯乙烯和拉伸彈性模量隨溫度而變化.
聚合物也可以吸收水分各級(jí),取決于該聚合物。聚乙烯和聚氯乙烯幾乎不吸收任何水分,而在所有的尼龍,聚酯,以及其他的可吸收超過1%(w / w的)。所含水分通常對(duì)聚合物性能的影響不大,雖然它可能使尼龍強(qiáng)硬的。
壓力容器使用的非金屬材料通常涉及非常強(qiáng),連續(xù)長絲纏繞的內(nèi)部膀胱。膀胱的內(nèi)部可以由聚合物或金屬。玻璃纖維,碳纖維,或幾種聚合物長絲是非常強(qiáng)的張力,并且制成的容器,這種方式能承受非常高的壓力。這些船只的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),許多已經(jīng)制定了團(tuán)體,如美國航空航天局向公眾提供。的開口不能被切到血管壁,因?yàn)檫@會(huì)降低纖維和纖維纏繞船舶的一個(gè)重要特征是大大削弱船只。
聚合物船只設(shè)計(jì)指南和標(biāo)準(zhǔn)可以發(fā)現(xiàn)在一些參考文獻(xiàn),包括:
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如果它是要建立一個(gè)壓力容器由一個(gè)圓柱體的端帽焊接到,應(yīng)小心加載剪切和關(guān)節(jié)的接合面積最大化。焊接的平面磁盤的塑料管的端部是一個(gè)比較差的方式來創(chuàng)建容器,因?yàn)殛P(guān)節(jié)受剝離負(fù)荷。更好的方法,涉及從理論上講,兩端搭接焊杯形帽上,最好的方法是將焊切變裝的是半球形的帽(或約),或有肋骨,以幫助減輕他們的壓力在端蓋的中心。
總之,聚合物的改進(jìn)的性能,成本低,重量輕,壓力容器,因?yàn)榭梢杂幸粋€(gè)光明的未來。領(lǐng)域的聚合血管仍處于發(fā)展階段。