輕量化人孔蓋材料的研究

　　摘要：本文根據人孔蓋使用環境選擇兩種較為可行的輕量化材料，并通過試驗和仿真計算證明了45%玻纖增強PA66是可以應用于罐車人孔蓋的。
　　關鍵詞：輕量化人孔蓋材料
　　中圖分類號:P23文獻標識碼:A文章編號:1672-3791(2012)03(a)-0000-00
　　人孔蓋是鐵路罐車的密封蓋，罐車裝卸介質時大多需要開啟人孔蓋。現有人孔蓋都是金屬材質，重量較大，開啟不便。為減輕操作人員勞動強度需進行輕量化人孔蓋的研究。非金屬材料密度小，可以實現人孔蓋的輕量化。
　　
　　1 輕量化人孔蓋材料的選擇
　　用于罐車人孔蓋的輕量化材料要密度小、比強度高，能夠滿足車輛正常環境溫度下的使用，能夠耐裝運介質腐蝕，并能承受一定的載荷，同時制造成本較原有金屬人孔蓋變化不大，經濟上可行，綜合上述因素選擇45%玻纖增強PA66和50%玻纖增強聚酯合金為輕量化人孔蓋備選材料。
　　
　　2 輕量化人孔蓋材料性能試驗
　　為驗證45%玻纖增強PA66和50%玻纖增強聚酯合金材料性能，進行了這兩種材料在高低溫和室溫下及耐介質后的拉伸試驗，為其應用于罐車人孔蓋的可行性提供技術依據。
　　2.1 高溫、低溫和室溫下的拉伸試驗
　　尼龍和聚酯合金具有遇熱軟化、低溫脆化的特點，因此需要確定材料高低溫下的強度情況，以保證人孔蓋正常使用。罐車使用環境溫度-40℃～+50℃，罐頂的人孔蓋溫度變化范圍更廣，所以選取試驗溫度70℃和-50℃，同時做室溫拉伸試驗，以比較材料在高低溫下的強度變化情況。耐高溫試驗是在70℃恒溫箱中保持72h后進行拉伸試驗，耐低溫試驗是在-50℃低溫箱內保溫72小時后進行拉伸試驗。試驗結果見表1。
　　2.2 耐介質試驗及拉伸試驗
　　一般情況下溫度越高材料耐蝕性越差[1]，因此，只需驗證材料高溫下的耐蝕性。車輛環境溫度即介質最高溫度規定為50℃，所以試驗溫度取50℃。試驗時間為一5171014c8171e59e569d699b7ffdc694b980cf82d4adff29561fc4c57e9ef03c周。試驗結果見表2。
　　
　　2.3 試驗結論
　　由試驗可知：45%玻纖增強PA66室溫下強度較高，在高低溫下和介質中強度變化都較小，因此可應用于罐車人孔蓋。45%玻纖增強PA66人孔蓋可適用于輕油、粘油、液堿、乙二醇類罐車。
　　
　　3 輕量化人孔蓋仿真計算
　　為驗證45%玻纖增強PA66是否滿足罐車人孔蓋強度要求，進行了仿真計算。人孔蓋受螺栓預緊力22.5 KN，水壓試驗壓力0.4MPa，經計算最大拉應力σ1為51.55 MP。45%玻纖增強PA66為脆性材料，主要失效形式為斷裂，應用第一強度理論對其強度計算結果進行評價。考慮工程塑料的蠕變和疲勞等因素取安全系數2.5，
　　[σ]==70 Mpa
　　σ1=51.55 <[σ]
　　計算結果證明45%玻纖增強PA66是滿足罐車人孔蓋使用要求的。
　　
　　4 結語
　　通過試驗驗證和仿真計算分析證明45%玻纖增強PA66在正常的使用環境下是可以應用于裝運一定介質的罐車人孔蓋的。
　　
　　參考文獻
　　[1] 左景伊，左禹.腐蝕數據與選材手冊[M].北京：化學工業出版社，1995.