Вугляродны кампазітны матэрыял — гэта армаваны валакном матэрыял, выраблены з вугляроднага валакна і смалы, металу, керамікі і іншых матрыц. Дзякуючы лёгкай вазе, высокай трываласці, устойлівасці да высокіх тэмператур і г.д., у апошнія гады ён шырока выкарыстоўваецца ў аэракасмічнай прамысловасці, спорце і адпачынку, хуткасным чыгуначным транспарце. У аўтамабільнай і грамадзянскай інжынерыі. Вугляродныя кампазітныя матэрыялы валодаюць выдатнай устойлівасцю да стомленасці, каразійнай устойлівасцю і выдатнымі будаўнічымі характарыстыкамі дзякуючы высокай трываласці і даўгавечнасці, што робіць іх прыдатнымі для марскіх прымяненняў з асаблівымі патрабаваннямі да ўласцівасцей матэрыялу. Звярніце ўвагу. У апошнія гады вугляродныя кампазіты адыгрываюць усё больш важную ролю ў суднабудаванні, распрацоўцы марской энергетыкі і рамонце марской тэхнікі.
1. Падача заяўкі на борце
Вугляродныя кампазіты маюць натуральную перавагу перад традыцыйнымі матэрыяламі для суднабудавання. Па-першае, вугляродныя кампазіты валодаюць добрымі механічнымі ўласцівасцямі. Корпус вырабляецца з характарыстыкамі лёгкай вагі і нізкага спажывання паліва, а працэс будаўніцтва адносна просты, цыкл кароткі, а фармаванне зручнае, таму кошт будаўніцтва і абслугоўвання значна ніжэйшы, чым у сталёвага судна. У той жа час, паколькі інтэрфейс паміж вугляродным валакном і смаляной матрыцай можа эфектыўна прадухіляць распаўсюджванне расколін, матэрыял мае добрую ўстойлівасць да стомленасці; акрамя таго, дзякуючы хімічнай інертнасці паверхні вугляроднага валакна, корпус мае характарыстыкі, якія складаныя для водных арганізмаў і ўстойлівыя да карозіі, што таксама з'яўляецца канструкцыяй судна. Адзін з найважнейшых фактараў пры выбары матэрыялаў. Такім чынам, вугляродныя кампазітныя матэрыялы маюць унікальныя комплексныя перавагі ў суднабудаванні і ў цяперашні час шырока выкарыстоўваюцца ў гэтай галіне. У той жа час развіццё вугляроднай валокны было спрыяна пашырэнню сферы прымянення.
1.1 Ваенныя караблі
Вугляродныя кампазіты валодаюць добрымі акустычнымі, магнітнымі і электрычнымі ўласцівасцямі: яны празрыстыя, гукапранікальныя і немагнітныя, таму іх можна выкарыстоўваць для паляпшэння стэлс-характэрыстыкі ваенных караблёў. Выкарыстанне кампазітных матэрыялаў у надбудове карабля не толькі змяншае вагу корпуса, але і перадае і прымае электрамагнітныя хвалі на зададзенай частаце, экрануючы частасна-селектыўны пласт, убудаваны ў праслойку, для абароны ад электрамагнітных хваль радараў праціўніка. Напрыклад, крэйсер класа «Ск'ёлд», пабудаваны ВМС Нарвегіі ў 1999 годзе, выкарыстоўваў сэндвіч-кампазіт, які складаецца з асноўнага пласта з полівінілхларыднай пены, шкловалакна і праслойкі з вугляроднага валакна. Такая канструкцыя не толькі паляпшае суадносіны трываласці да вагі, але і мае добрую ўдаратрываласць. Характарыстыкі таксама значна паляпшаюць характарыстыкі нізкамагнітнага, супрацьінфрачырвонага і супрацьрадарнага сканавання. Шведскія фрэгаты класа «Вісбю», якія былі ўведзены ў эксплуатацыю ў 2000 годзе, выкарыстоўваюць вугляродныя кампазітныя матэрыялы, якія маюць спецыяльныя функцыі зніжэння вагі, радара і інфрачырвонай падвойнай стэлс-характэрыстыкі.
Ужыванне мачтаў з вугляроднага валакна на караблях паступова развівалася. Карабель LPD-17, які быў уведзены ў эксплуатацыю ў ЗША ў 2006 годзе, выкарыстоўвае ўдасканаленую кампазітную мачту з вугляроднага валакна і бальсавага стрыжня. У адрозненне ад арыгінальнай адкрытай мачты, LPD-17 выкарыстоўвае новую цалкам закрытую сістэму мачты/датчыкаў (AEM/S), верхняя частка якой пакрыта частотна-селектыўным паверхневым матэрыялам (FSS), што дазваляе хвалям пэўнай частаты праходзіць, а ніжняя палова можа адлюстроўваць радарныя хвалі або паглынацца радар-паглынальнымі матэрыяламі. Такім чынам, яна мае добрыя функцыі радыёлакацыйнай скрытнасці і выяўлення. Акрамя таго, розныя антэны і звязанае з імі абсталяванне раўнамерна аб'яднаны ў канструкцыі, што не схільна да карозіі і больш спрыяе абслугоўванню абсталявання. Еўрапейскі флот распрацаваў падобную закрытую інтэграваную мачту датчыкаў, вырабленую з нанавалакна ў спалучэнні з вугляродным валакном у якасці арматуры. Гэта дазваляе розным радарным прамяням і камунікацыйным сігналам бесперашкодна праходзіць адзін з адным, а страты надзвычай нізкія. У 2006 годзе гэты перадавы тэхналагічны мачтавы банкомат выкарыстоўваўся на авіяносцы «Royal Ark» брытанскіх ВМС.
Вугляродныя кампазіты таксама могуць выкарыстоўвацца ў іншых аспектах карабля. Напрыклад, яны могуць выкарыстоўвацца ў якасці сістэмы вінтоў і валапрывадаў у рухальнай сістэме для змякчэння вібрацыі і шуму корпуса, і ў асноўным выкарыстоўваюцца ў разведвальных караблях і хуткасных круізных суднах. Яны могуць выкарыстоўвацца ў якасці руля ў машынах і абсталяванні, некаторых спецыяльных механічных прыладах і сістэмах трубаправодаў. Акрамя таго, высокатрывалыя вугляродныя валакністыя канаты таксама шырока выкарыстоўваюцца ў ваенна-марскіх кабелях і іншых ваенных вырабах.
1.2 Грамадзянскія яхты
Вялікія яхты, як правіла, знаходзяцца ў прыватнай уласнасці і дарагія, патрабуючы лёгкай вагі, высокай трываласці і даўгавечнасці. Вугляродныя кампазіты могуць выкарыстоўвацца ў прыборных цыферблатах і антэнах яхт, рулях, а таксама ў узмоцненых канструкцыях, такіх як палубы, каюты і пераборкі караблёў. Традыцыйная кампазітная яхта ў асноўным вырабляецца з FRP, але з-за недастатковай калянасці корпус часта занадта цяжкі пасля выканання патрабаванняў да калянасці, а шкловалакно з'яўляецца канцерогенам, які паступова забаронены за мяжой. Доля вугляродных кампазітаў, якія выкарыстоўваюцца ў сучасных кампазітных яхтах, значна павялічылася, а некаторыя нават выкарыстоўваюць вугляродныя кампазіты. Напрыклад, у суперяхце Baltic "Панама" з падвойнай баржай корпус і палуба абшытыя вугляродным валакном/эпаксіднай смалой, сотамі Nomex і структурным пенапластавам CorecellTM, корпус мае даўжыню 60 м. Але агульная вага складае ўсяго 210 тон. Sunreef 80 Levante, катамаран з вугляроднага валакна, пабудаваны польскай кампаніяй Sunreef Yachts, выкарыстоўвае вінілаэфірныя смалы тыпу сэндвіч, пену ПВХ і вугляродныя валакна. Мачтавыя гікі выраблены з вугляроднага валакна па спецыяльнай замове, і толькі частка корпуса выкарыстоўвае FRP. Вага без нагрузкі складае ўсяго 45 тон. Высокая хуткасць, нізкі расход паліва і выдатныя характарыстыкі.
Яхта «Чжунке·Лянья», пабудаваная ў 2014 годзе, на дадзены момант з'яўляецца адзінай яхтай у Кітаі, цалкам вырабленай з вугляроднага валакна. Гэта экалагічная яхта, вырабленая з камбінацыі вугляроднага валакна і эпаксіднай смалы. Яна на 30% лягчэйшая за яхту такога ж тыпу са шкловалакна, мае большую трываласць, больш высокую хуткасць і меншы расход паліва.
Акрамя таго, у кабелях і тросах яхты выкарыстоўваюцца высокатрывалыя вугляродныя вяроўкі для забеспячэння бяспекі. Паколькі вугляроднае валакно мае модуль пругкасці на расцяжэнне вышэйшы за сталёвы і трываласць на расцяжэнне ў некалькі разоў ці нават у дзясяткі разоў, а таксама мае тканыя ўласцівасці валакна, вугляродны трос выкарыстоўваецца ў якасці асноўнага матэрыялу, які можа кампенсаваць сталёвы трос і арганічны палімерны трос. Недастаткова.z
2. Прымяненне ў развіцці марской энергетыкі
2.1 Падводныя нафтавыя і газавыя радовішчы
У апошнія гады вугляродна-валакністыя кампазітныя матэрыялы ўсё часцей выкарыстоўваюцца ў галіне распрацоўкі марской нафты і газу. Карозія ў марскім асяроддзі, высокія зрухавыя нагрузкі і моцны зрух, выкліканы падводным патокам вады, накладваюць строгія патрабаванні да каразійнай стойкасці, трываласці і ўстойлівасці да стомленасці матэрыялу. Вугляродна-валакністыя кампазіты маюць відавочныя перавагі ў выглядзе лёгкасці, даўгавечнасці і антыкаразійнай абароны пры распрацоўцы марскіх нафтавых радовішчаў: буравая платформа на глыбіні 1500 м мае сталёвы трос масай каля 6500 тон, у той час як шчыльнасць вугляродна-валакністай кампазіцыі складае звычайную сталь. Калі выкарыстоўваць вугляродна-валакністы кампазітны матэрыял для замены часткі сталі, грузападымальнасць буравой платформы значна знізіцца, а кошт будаўніцтва платформы будзе зэканомлены. Зваротна-паступальны рух штангі лёгка прывядзе да стомленасці матэрыялу з-за незбалансаванага ціску паміж марской вадой і ціскам унутры трубы. Разбурэнне і выкарыстанне вугляродна-валакністай кампазітнай матэрыялу можа вырашыць гэтую праблему; Дзякуючы каразійнай устойлівасці ў марскім асяроддзі, тэрмін яго службы ў марской вадзе даўжэйшы, чым у сталі, а глыбіня выкарыстання большая.
Вугляродныя валакністыя кампазіты могуць выкарыстоўвацца ў якасці труб для здабыўных свідравін, штанг, рэзервуараў для захоўвання, падводных трубаправодаў, палуб і г.д. на буравых платформах для нафтавых радовішчаў. Вытворчы працэс падзяляецца на працэс пултрузіі і працэс мокрага намотвання. Пултрузія звычайна выкарыстоўваецца ў звычайных трубах і злучальных трубах. Метад намотвання звычайна выкарыстоўваецца ў якасці паверхні рэзервуара для захоўвання і пасудзіны пад ціскам, а таксама можа выкарыстоўвацца ў анізатропнай гнуткай трубе, у якой вугляродны валакністы кампазітны матэрыял намотваецца і размяшчаецца пад пэўным вуглом у бранявым пласце.
Бесперапынная штанга для штангі з вугляроднага валакна ў кампазітным матэрыяле мае стужападобную структуру, падобную на плёнку, і мае добрую гнуткасць. Выраблена і ўжыта ў Злучаных Штатах у 1990-х гадах. Яна выраблена з вугляроднага валакна ў якасці армавальнага валакна і ненасычанай смалы ў якасці асноўнага матэрыялу. Яна вырабляецца метадам пултрузіі пасля зшывання пры высокай тэмпературы. З 2001 па 2003 год Кітай выкарыстоўваў штангу з вугляроднага валакна і звычайную сталёвую штангу ў чыстабялёстным нафтавым радовішчы для вырабу пілотнай свідравіны. Выкарыстанне штангі з вугляроднага валакна можа значна павялічыць здабычу нафты і знізіць нагрузку на рухавік, што робіць яе больш энергаэфектыўнай. Акрамя таго, штанга з вугляроднага валакна ў кампазітным матэрыяле больш устойлівая да стомленасці і карозіі, чым сталёвая штанга, і больш падыходзіць для прымянення пры распрацоўцы падводных нафтавых радовішчаў.
2.2 Афшорная ветраэнергетыка
Багатыя рэсурсы ветраэнергетыкі на моры з'яўляюцца важнай сферай для будучага развіцця і найбольш перадавой і запатрабаванай галіной ветраэнергетычных тэхналогій. Берагавая лінія Кітая складае каля 1800 км, і на ёй знаходзіцца больш за 6000 астравоў. Паўднёва-ўсходняе ўзбярэжжа і астраўныя рэгіёны багатыя ветранымі рэсурсамі і лёгка паддаюцца асваенню. У апошнія гады намаганні па садзейнічанні развіццю афшорнай ветраэнергетыкі падтрымліваюцца адпаведнымі ведамствамі. Больш за 90% вагі лапатак ветраэнергетыкі складаюць кампазітныя матэрыялы. Вялікія вятры ў моры і высокая выпрацоўка энергіі, несумненна, патрабуюць большых лапатак, лепшай удзельнай трываласці і даўгавечнасці. Відавочна, што вугляродна-валакністыя кампазітныя матэрыялы могуць задаволіць патрабаванні распрацоўкі буйных, лёгкіх, высокапрадукцыйных і недарагіх лапатак для вытворчасці энергіі і больш падыходзяць для марскога прымянення, чым шкловалакністыя кампазітныя матэрыялы.
Вугляродныя кампазіты маюць значныя перавагі ў вытворчасці марской ветраэнергіі. Лапаткі з вугляроднага кампазіта маюць нізкую якасць і высокую калянасць, а модуль пругкасці ў 3-8 разоў вышэйшы за модуль шкловалакна; у марскім асяроддзі высокая вільготнасць, зменлівы клімат, і вентылятар працуе 24 гадзіны. Лапаткі маюць добрую ўстойлівасць да стомленасці і могуць супрацьстаяць непагадзі. Гэта паляпшае аэрадынамічныя характарыстыкі лапаткі і зніжае нагрузку на вежу і вось, дзякуючы чаму выходная магутнасць вентылятара становіцца больш плаўнай і збалансаванай, а энергаэфектыўнасць павышаецца. Дзякуючы спецыяльнай канструкцыі, праводнасць лапаткі дазваляе эфектыўна пазбегнуць пашкоджанняў, выкліканых ударам маланкі, знізіць выдаткі на вытворчасць і транспарціроўку лапаткі ветравой турбіны, а таксама валодае характарыстыкамі гашэння вібрацыі.
3. Прымяненне марской інжынерыі
Вугляродна-валакністыя кампазітныя матэрыялы выкарыстоўваюцца ў марскіх інжынерных будынках. Яны ў асноўным выкарыстоўваюць характарыстыкі лёгкай вагі, высокай трываласці і каразійнай устойлівасці і замяняюць традыцыйныя сталёвыя будаўнічыя матэрыялы ў выглядзе сухажылляў і канструкцыйных дэталяў, каб вырашыць праблему высокіх выдаткаў на транспарціроўку сталі, якая падвяргаецца эрозіі марской вадой. Яны былі ўжытыя для будынкаў на астраўных рыфах, докаў, плавучых платформаў, асвятляльных вежаў і г.д. Выкарыстанне вугляродна-валакністыя кампазітаў для інжынернай рэстаўрацыі пачалося ў 1980-х гадах, і японская хімічная карпарацыя Mitsubishi ўзяла на сябе ініцыятыву ў даследаванні механічных уласцівасцей вугляродна-валакністыя кампазітаў і іх прымянення ў інжынерным армаванні. Першапачаткова даследаванні былі сканцэнтраваны на армаванні жалезабетонных бэлек з выкарыстаннем вугляродна-валакністыя кампазітаў, якія пазней ператварыліся ў армаванне і ўзмацненне розных грамадзянскіх збудаванняў. Рамонт афшорных нафтавых платформаў і партоў з дапамогай вугляродна-валакністыя кампазітаў - гэта толькі адзін аспект іх прымянення. Існуе шмат адпаведных дакументаў. Варта адзначыць, што амерыканская кампанія DFI выкарыстала вугляродна-валакністыя стрыжні для рамонту тэрмінала ВМС Пёрл-Харбар. У той час тэхнікі выкарыстоўвалі інавацыйныя вугляродна-валакністыя стрыжні для рамонту арматуры. Док, адрамантаваны вугляродна-валакністым стрыжнем, можа вытрымаць 9 тон сталі з вышыні 2,5 м. Ён адвальваецца без пашкоджанняў, і эфект паляпшэння відавочны.
Што тычыцца прымянення вугляродных кампазітаў у марской тэхніцы, існуе таксама від рамонту і ўзмацнення падводных трубаправодаў або калон. Традыцыйныя метады абслугоўвання, такія як зварка, паляпшэнне зварных швоў, хамуты, зацірка і г.д., маюць свае абмежаванні, і выкарыстанне гэтых метадаў больш абмежавана ў марскім асяроддзі. Рамонт вугляродных кампазітаў у асноўным вырабляецца з высокатрывалых і высокаадгезійных смалавых матэрыялаў, такіх як вугляродная тканіна і эпаксідная смала, якія прыляпляюцца да рамонтнай паверхні, таму яна тонкая і лёгкая, высокатрывалая, добрая ў даўгавечнасці, зручная ў будаўніцтве і адаптуецца да розных формаў. Мае значную перавагу.
Час публікацыі: 23 сакавіка 2019 г.