Koolstofvesel-saamgestelde materiaal is 'n veselversterkte materiaal gemaak van koolstofvesel en hars, metaal, keramiek en ander matrikse. As gevolg van sy ligte gewig, hoë sterkte, hoë temperatuurweerstand, ens., is dit die afgelope paar jaar wyd gebruik in lugvaart, sport en ontspanning, hoëspoed-treine. In die velde van motors en siviele ingenieurswese. Koolstofvesel-saamgestelde materiale het uitstekende moegheidsweerstand, korrosieweerstand en uitstekende konstruksieprestasie as gevolg van hoë sterkte en hoë sterkte, wat dit geskik maak vir mariene toepassings met spesiale vereistes vir materiaaleienskappe. In onlangse jare het koolstofvesel-saamgestelde materiale 'n toenemend belangrike rol gespeel in skeepsbou, buitelandse energie-ontwikkeling en mariene ingenieurswese-herstelwerk.
1. Aansoek aan boord
Koolstofvesel-komposiete het 'n natuurlike voordeel bo tradisionele skeepsboumateriale. Eerstens het koolstofvesel-komposiete goeie meganiese eienskappe. Die romp word vervaardig met die eienskappe van ligte gewig en lae brandstofverbruik, en die konstruksieproses is relatief eenvoudig, die siklus is kort en die gietwerk is gerieflik, dus is die konstruksie- en onderhoudskoste baie laer as dié van die staalskip. Terselfdertyd, aangesien die koppelvlak tussen die koolstofvesel en die harsmatriks die kraakverspreiding effektief kan voorkom, het die materiaal goeie moegheidsweerstand; boonop, as gevolg van die chemiese traagheid van die koolstofveseloppervlak, het die romp die eienskappe dat die waterorganisme moeilik epifities en korrosiebestand is, wat ook die skipkonstruksie is. Een van die belangrikste faktore in die keuse van materiale. Daarom het koolstofvesel-komposietmateriale unieke omvattende prestasievoordele in skeepsbou, en word nou wyd gebruik in hierdie veld. Terselfdertyd is die ontwikkeling van die koolstofveselbedryf bevorder deur die uitbreiding van die toepassingsveld.
1.1 Militêre skepe
Koolstofvesel-komposiete het goeie akoestiese, magnetiese en elektriese eienskappe: hulle is deursigtig, klankdeurlaatbaar en nie-magneties, sodat hulle gebruik kan word om die stealth-prestasie van oorlogskepe te verbeter. Die gebruik van saamgestelde materiale in die bostruktuur van die skip verminder nie net die gewig van die romp nie, maar stuur en ontvang ook elektromagnetiese golwe teen 'n voorafbepaalde frekwensie deur die frekwensie-selektiewe laag wat in die tussenlaag ingebed is, te beskerm om die vyand se radar-elektromagnetiese golwe te beskerm. Byvoorbeeld, die "skjold"-klas kruiser wat in 1999 deur die Noorse Vloot gebou is, het 'n toebroodjie-komposiet gebruik wat bestaan uit 'n polivinielchloried-skuimkernlaag, glasvesel en koolstofvesel-tussenlaag. Hierdie ontwerp verbeter nie net die sterkte-tot-gewig-verhouding nie, maar het ook goeie impakweerstand. Die prestasie verbeter ook die eienskappe van lae magnetiese, anti-infrarooi en anti-radar-skandering aansienlik. Die Sweedse Visby-klas fregatte, wat in 2000 in gebruik geneem is, gebruik almal koolstofvesel-komposietmateriale, wat spesiale funksies van gewigsvermindering, radar en infrarooi dubbele stealth het.
Die toepassing van koolstofveselversterkte saamgestelde maste op skepe het geleidelik na vore gekom. Die LPD-17-skip, wat in 2006 in die Verenigde State in gebruik geneem is, gebruik 'n gevorderde saamgestelde mas met koolstofvesel/balsakern. Anders as die oorspronklike oop mas, gebruik die LPD-17 'n nuwe volledig geslote mas/sensorstelsel (AEM/S). Die boonste deel van hierdie koolstofvesel-saamgestelde mas bedek die frekwensie-selektiewe oppervlakmateriaal (FSS), wat golwe met 'n spesifieke frekwensie toelaat om deur te gaan, en die onderste helfte kan radargolwe weerkaats of deur radar-absorberende materiale geabsorbeer word. Daarom het dit goeie radar-stealth- en opsporingsfunksies. Daarbenewens is verskeie antennas en verwante toerusting eenvormig in die struktuur gekombineer, wat nie maklik korrodeer nie, en meer bevorderlik is vir die instandhouding van die toerusting. Die Europese Vloot het 'n soortgelyke geslote-geïntegreerde sensormas ontwikkel, gemaak van nanovesel-vervaardigde glasvesel gekombineer met koolstofvesel as versterking. Dit laat verskeie radarstrale en kommunikasieseine ongestoord met mekaar deurgaan, en die verlies is uiters laag. In 2006 is hierdie gevorderde tegnologie-mas-OTM op die Britse Vloot se "Royal Ark"-vliegdekskip gebruik.
Koolstofvesel-komposiete kan ook in ander aspekte van die skip gebruik word. Dit kan byvoorbeeld as 'n skroef- en aandrywingsasstelsel in die aandrywingstelsel gebruik word om die vibrasie-effekte en geraas van die romp te verminder, en word meestal in verkenningsskepe en vinnige cruiseskepe gebruik. Dit kan as 'n roer in masjinerie en toerusting, sommige spesiale meganiese toestelle en pypstelsels gebruik word. Daarbenewens word hoësterkte koolstofveseltoue ook wyd gebruik in vloot-oorlogskepekabels en ander militêre items.
1.2 Siviele seiljagte
Groot seiljagte is oor die algemeen privaat besit en duur, wat ligte gewig, hoë sterkte en duursaamheid vereis. Koolstofvesel-komposiete kan gebruik word in seiljagte se instrumentwysers en antennas, roere, en in versterkte strukture soos dekke, kajuite en skeepsskotte. Die tradisionele saamgestelde seiljag word hoofsaaklik van FRP gemaak, maar as gevolg van onvoldoende rigiditeit is die romp dikwels te swaar nadat aan die rigiditeitsontwerpvereistes voldoen is, en die glasvesel is 'n karsinogeen, wat geleidelik in die buiteland verban word. Die proporsie koolstofvesel-komposiete wat in vandag se saamgestelde seiljagte gebruik word, het aansienlik toegeneem, en sommige het selfs koolstofvesel-komposiete gebruik. Byvoorbeeld, Baltic se superseiljag "Panama" dubbel-seiljag, die romp en dek is vasgeklem met koolstofvesel/epoksieharsvel, Nomex heuningkoek en CorecellTM strukturele skuimkern, die romp is 60 m lank. Maar die totale gewig is slegs 210 ton. Die Sunreef 80 Levante, 'n koolstofveselkatamaran wat deur die Poolse katamaran se Sunreef Yachts gebou is, gebruik vinielesterhars-toebroodjie-komposiete, PVC-skuim en koolstofvesel-komposiete. Die masboom is pasgemaakte koolstofvesel-komposiete, en slegs 'n deel van die romp gebruik FRP. Die gewig sonder lading is slegs 45 ton. Vinnige spoed, lae brandstofverbruik en uitstekende werkverrigting.
Die “Zhongke·Lianya”-jag wat in 2014 gebou is, is tans die enigste vol-koolstofvesel-jag in China. Dit is 'n groen jag gemaak van 'n kombinasie van koolstofvesel en epoksiehars. Dit is 30% ligter as dieselfde tipe veselglas-jag en het hoër sterkte, vinniger spoed en laer brandstofverbruik.
Daarbenewens gebruik die seiljag se kabels en kabels hoësterkte koolstofveseltoue om veiligheid te verseker. Aangesien die koolstofvesel 'n trekmodulus het wat hoër is as dié van staal en 'n treksterkte van verskeie kere of selfs tiene kere, en die geweefde eienskap van die vesel het, word die koolstofveseltou as 'n basismateriaal gebruik, wat die staaldraadtou en die organiese polimeertou kan vergoed. Onvoldoende.z
2. Toepassing in mariene energie-ontwikkeling
2.1 Onderzeese olie- en gasvelde
In onlangse jare het koolstofvesel-saamgestelde materiale al hoe meer algemeen gebruik geword in die veld van mariene olie- en gasontwikkeling. Korrosie in die mariene omgewing, hoë skuifkrag en sterk skuifkrag wat veroorsaak word deur onderstroomvloei van die water, stel streng vereistes aan die korrosieweerstand, sterkte en moegheidseienskappe van die materiaal. Koolstofvesel-saamgestelde materiale het duidelike voordele in lig, duursaamheid en anti-korrosie in die ontwikkeling van olievelde op see: 'n boorplatform op 'n waterdiepte van 1500 m het 'n staalkabel met 'n massa van ongeveer 6500 t, terwyl die digtheid van koolstofvesel-saamgestelde materiale gewone staal is. 1/4, as die koolstofvesel-saamgestelde materiaal gebruik word om 'n deel van die staal te vervang, sal die dravermoë van die boorplatform aansienlik verminder word en die konstruksiekoste van die platform bespaar word. Die heen-en-weer beweging van die suigstang sal maklik lei tot materiaalmoegheid as gevolg van die ongebalanseerde druk tussen die seewater en die druk binne-in die buis. Breek en die gebruik van koolstofvesel-saamgestelde materiaal kan hierdie probleem oplos; As gevolg van die korrosieweerstand van die seewateromgewing, is die lewensduur daarvan in seewater langer as staal, en die gebruiksdiepte is dieper.
Koolstofvesel-komposiete kan gebruik word as produksieputpype, suigstawe, stoortenks, duikbootpyplyne, dekke, ens. in olieveldboorplatforms. Die vervaardigingsproses word verdeel in 'n pultrusieproses en 'n natwikkelproses. Pultrusie word oor die algemeen gebruik op algemene pype en verbindingspype. Die wikkelmetode word oor die algemeen gebruik as die oppervlak van die stoortenk en die drukvat, en kan ook gebruik word in 'n anisotropiese buigsame pyp waarin die koolstofvesel-komposietmateriaal teen 'n spesifieke hoek in die pantserlaag gewikkel en gerangskik word.
Die deurlopende suigstaaf van koolstofvesel-saamgestelde materiaal het 'n lintagtige struktuur soortgelyk aan film en het goeie buigsaamheid. Vervaardig en toegepas deur die Verenigde State in die 1990's. Dit is gemaak van koolstofvesel as versterkingsvesel en onversadigde hars as basismateriaal. Dit word vervaardig deur die pultrusieproses na kruisbinding en uitharding by hoë temperatuur. Van 2001 tot 2003 het China 'n koolstofvesel-suigstaaf en 'n gewone staal-suigstaaf in die suiwerstraal-olieveld gebruik om 'n loods te maak. Die gebruik van koolstofvesel-suigstaaf kan die olie-uitset aansienlik verhoog en die las van die motor verminder, wat meer energie-doeltreffend is. Boonop is die koolstofvesel-saamgestelde suigstaaf meer bestand teen moegheid en korrosie as die staal-suigstaaf, en is dit meer geskik vir toepassing in die ontwikkeling van ondersese olievelde.
2.2 Windkrag op see
Die oorvloedige windkragbronne op see is 'n belangrike gebied vir toekomstige ontwikkeling en die mees gevorderde en veeleisende veld van windkragtegnologie. China se kuslyn is ongeveer 1800 km en daar is meer as 6 000 eilande. Die suidooskus en eilandstreke is ryk aan windbronne en maklik om te ontwikkel. In onlangse jare is pogings om die ontwikkeling van windkrag op see te bevorder, deur relevante departemente ondersteun. Meer as 90% van die gewig van windkraglemme bestaan uit saamgestelde materiale. Groot winde op see en hoë kragopwekking sal ongetwyfeld groter lemme en beter spesifieke sterkte en duursaamheid vereis. Dit is duidelik dat koolstofvesel-saamgestelde materiale kan voldoen aan die vereistes van die ontwikkeling van grootskaalse, liggewig, hoëprestasie, laekoste-kragopwekkingslemme, en is meer geskik vir mariene toepassings as glasvesel-saamgestelde materiale.
Koolstofvesel-komposiete het beduidende voordele in mariene windkragopwekking. Die koolstofvesel-komposietlem het lae gehalte en hoë styfheid, en die modulus is 3 tot 8 keer dié van die glasveselproduk; die humiditeit is groot onder die mariene omgewing, die klimaat is veranderlik, en die waaier werk 24 uur lank. Die lem het goeie moegheidsweerstand en kan die slegte weer weerstaan. Dit verbeter die aërodinamiese werkverrigting van die lem en verminder die las op die toring en die as, sodat die uitsetkrag van die waaier gladder en meer gebalanseerd is, en die energie-doeltreffendheid verbeter word. Die geleidende werkverrigting, deur spesiale strukturele ontwerp, kan die skade wat deur weerligstraling op die lem veroorsaak word, effektief vermy; die vervaardigings- en vervoerkoste van die windturbinelem verminder; en het vibrasiedempende eienskappe.
3. Mariene ingenieurstoepassings
Koolstofvesel-saamgestelde materiale word in mariene ingenieursgeboue gebruik. Hulle gebruik hoofsaaklik die eienskappe van ligte gewig, hoë sterkte en korrosiebestandheid, en vervang tradisionele staalboumateriaal in die vorm van tendons en strukturele onderdele om die probleem van hoë vervoerkoste van seewater-erosiestaal en vervoer op te los. Dit is toegepas op eilandrifgeboue, dokke, drywende platforms, ligtorings, ens. Die gebruik van koolstofvesel-saamgestelde materiale vir ingenieursrestourasie het in die 1980's begin, en Mitsubishi Chemical Corporation van Japan het die voortou geneem in die navorsing van die meganiese eienskappe van koolstofvesel-saamgestelde materiale en hul toepassing in ingenieursversterking. Die aanvanklike navorsingsfokus was op die versterking van versterkte betonbalke met behulp van koolstofvesel-saamgestelde materiale, wat later ontwikkel het tot die versterking en versterking van verskeie siviele ingenieurswese. Die herstel van olieplatforms en hawens op see deur koolstofvesel-saamgestelde materiale is slegs een aspek van die toepassing daarvan. Daar is baie verwante dokumente. Dit is die moeite werd om te noem dat die Amerikaanse DFI-maatskappy koolstofveselstawe gebruik het om die vloot se Pearl Harbor-terminaal te herstel. Destyds het die tegnici innoverende koolstofveselstawe gebruik om die versterking te herstel. Die koolstofveselstaaf-hersteldok kan 9t staal van 2.5m hoog weerstaan. Dit val af sonder om beskadig te word, en die verbeteringseffek is duidelik.
Wat die toepassing van koolstofvesel-komposiete in mariene ingenieurswese betref, is daar ook 'n tipe herstel en versterking van ondersese pyplyne of kolomme. Tradisionele instandhoudingsmetodes soos sweiswerk, sweisverbetering, klampe, voegwerk, ens. het hul eie beperkings, en die gebruik van hierdie metodes is meer beperk in die mariene omgewing. Die herstel van koolstofvesel-komposiete word hoofsaaklik gemaak van hoësterkte en hoëkleefmiddelharsmateriale soos koolstofveseldoek en epoksiehars, wat aan die hersteloppervlak vasgeheg word, dus is dit dun en lig, hoësterk, goed in duursaamheid, gerieflik in konstruksie en aanpasbaar by verskillende vorms. Het 'n beduidende voordeel.
Plasingstyd: 23 Maart 2019