【专业讲堂】一文了解复合材料成型用高压釜的发展史及工作原理

什么是高压釜?

高压釜是一种大型钢制容器,具有圆柱形隔间,可让蒸汽或任何其他气体在较高的压力和温度下循环。因此,基本上,可以将其视为压力锅的高级放大版本。在高压釜中固化的最常见材料是高级复合材料,例如碳纤维和环氧树脂。


高压釜的发展史

当谈到现代高压釜形成的历史时,整个历史上有一些具体的发展阶段值得一提,虽然在发明产生时,人们还不知道会导致高压釜的发明。

古希腊人使用沸水对医疗工具进行灭菌的方法。这充分证明了他们了解热会破坏细菌或微生物的事实,这是高压釜用作消毒器的基本原理。1679年法国工程师Denis Papin发明了蒸汽压力锅。如前所述,可以将高压釜视为高压锅,两者的原理相似。

法国生物学家路易斯·巴斯德(Louis Pasteur)在1860年代证实了疾病的细菌理论。他的研究发现,加热工具可以消灭细菌,可以防止感染疾病,这是高压釜的一种用法。最终,1880年由路易斯·巴斯德(Louis Pasteur)的合作者查尔斯·钱伯兰(Charles Chamberland)发明了高压釜。

高压釜的主要用途

在高压釜诞生之初,它又可以称作“高压灭菌器”,其主要工业用途是用于杀死可重复使用材料中的细菌。有没有想过所有这些手术器械,如手术刀和剪刀,在手术后会怎样?答案是它们只是被重用了。有些人可能会怀疑是否将使用更常见的方法(例如使用消毒剂)彻底清洁所有设备。答案是否定的,因为当高压灭菌器发挥作用时,所有的手术器械都放在高压釜内,并清除掉所有微生物或更常见的细菌。

除了主要的消毒用途外,在工业上,高压釜还有许多其他用途。它可用于执行各种类型的工业处理器和科学实验。但是,在大多数情况下,与使用蒸汽的灭菌不同,各种其他气体通过高压釜达到不同的结果,无论是催化反应还是固化金属。这些例子包括:

  • 橡胶的硫化,先在其中硫化,然后再用硫磺硬化。

  • 通过促进缩聚反应帮助尼龙的合成。

  • 通过循环有机过氧化物或空气以帮助乙烯聚合来生产聚乙烯。

  • 用于飞机的材料的生产通常通过固化来完成,该固化是通过施加热量来促进长链聚合物分子的形成。


    高压釜如何工作?

如前所述,高压釜可以被认为是放大版的压力锅,压力锅背后的过程是,锅内的水被加热,导致其中一些分子形成蒸汽,使蒸汽无法逸出,从而增加了压力。正如理论所言,压力的增加会导致水的沸点增加,从而使压力锅内的食物烹饪速度更快。

类似地,在高压釜内,允许蒸汽或任何其他气体通过位于内部的隔室,随着时间的流逝以及蒸汽的不断进入,这些隔间内的温度和压力会升高,然后将这些因素维持在这些升高的水平上足够长的时间,对于碳纤维/环氧树脂而言就可以进行很好的固化反应。

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