轻量化人孔盖材料的研究

摘要：本文根据人孔盖使用环境选择两种较为可行的轻量化材料，并通过试验和仿真计算证明了45%玻纤增强PA66是可以应用于罐车人孔盖的。

关键词：轻量化人孔盖材料

中图分类号:P23文献标识码:A文章编号:1672-3791(2012)03(a)-0000-00

人孔盖是铁路罐车的密封盖，罐车装卸介质时大多需要开启人孔盖。现有人孔盖都是金属材质，重量较大，开启不便。为减轻操作人员劳动强度需进行轻量化人孔盖的研究。非金属材料密度小，可以实现人孔盖的轻量化。

1 轻量化人孔盖材料的选择

用于罐车人孔盖的轻量化材料要密度小、比强度高，能够满足车辆正常环境温度下的使用，能够耐装运介质腐蚀，并能承受一定的载荷，同时制造成本较原有金属人孔盖变化不大，经济上可行，综合上述因素选择45%玻纤增强PA66和50%玻纤增强聚酯合金为轻量化人孔盖备选材料。

2 轻量化人孔盖材料性能试验

为验证45%玻纤增强PA66和50%玻纤增强聚酯合金材料性能，进行了这两种材料在高低温和室温下及耐介质后的拉伸试验，为其应用于罐车人孔盖的可行性提供技术依据。

2.1 高温、低温和室温下的拉伸试验

尼龙和聚酯合金具有遇热软化、低温脆化的特点，因此需要确定材料高低温下的强度情况，以保证人孔盖正常使用。罐车使用环境温度-40℃～+50℃，罐顶的人孔盖温度变化范围更广，所以选取试验温度70℃和-50℃，同时做室温拉伸试验，以比较材料在高低温下的强度变化情况。耐高温试验是在70℃恒温箱中保持72h后进行拉伸试验，耐低温试验是在-50℃低温箱内保温72小时后进行拉伸试验。试验结果见表1。

2.2 耐介质试验及拉伸试验

一般情况下温度越高材料耐蚀性越差[1]，因此，只需验证材料高温下的耐蚀性。车辆环境温度即介质最高温度规定为50℃，所以试验温度取50℃。试验时间为一周。试验结果见表2。

2.3 试验结论

由试验可知：45%玻纤增强PA66室温下强度较高，在高低温下和介质中强度变化都较小，因此可应用于罐车人孔盖。45%玻纤增强PA66人孔盖可适用于轻油、粘油、液碱、乙二醇类罐车。

3 轻量化人孔盖仿真计算

为验证45%玻纤增强PA66是否满足罐车人孔盖强度要求，进行了仿真计算。人孔盖受螺栓预紧力22.5 KN，水压试验压力0.4MPa，经计算最大拉应力σ1为51.55 MP。45%玻纤增强PA66为脆性材料，主要失效形式为断裂，应用第一强度理论对其强度计算结果进行评价。考虑工程塑料的蠕变和疲劳等因素取安全系数2.5，

[σ]==70 Mpa

σ1=51.55

计算结果证明45%玻纤增强PA66是满足罐车人孔盖使用要求的。

4 结语

通过试验验证和仿真计算分析证明45%玻纤增强PA66在正常的使用环境下是可以应用于装运一定介质的罐车人孔盖的。

参考文献

[1] 左景伊，左禹.腐蚀数据与选材手册[M].北京：化学工业出版社，1995.