Въглеродните влакнести композитни материали са влакнести армирани материали, изработени от въглеродни влакна и смола, метал, керамика и други матрици. Поради ниското си тегло, високата си якост, устойчивост на високи температури и др., през последните години те се използват широко в аерокосмическата индустрия, спорта и свободното време, високоскоростния железопътен транспорт. В областта на автомобилите и строителното строителство. Въглеродните влакнести композитни материали имат отлична устойчивост на умора, устойчивост на корозия и отлични строителни характеристики поради високата си якост и висока якост, което ги прави подходящи за морски приложения със специални изисквания към свойствата на материала. Внимавайте. През последните години въглеродните влакнести композити играят все по-важна роля в корабостроенето, разработването на офшорна енергия и ремонта на морско инженерство.
1. Заявление на борда
Въглеродните влакнести композити имат естествено предимство пред традиционните материали за корабостроене. Първо, въглеродните влакнести композити имат добри механични свойства. Корпусът е произведен с характеристиките на леко тегло и нисък разход на гориво, а процесът на строителство е сравнително прост, цикълът е кратък, а формоването е удобно, така че разходите за строителство и поддръжка са много по-ниски от тези на стоманен кораб. В същото време, тъй като интерфейсът между въглеродните влакна и смолната матрица може ефективно да предотврати разпространението на пукнатини, материалът има добра устойчивост на умора; освен това, поради химическата инертност на повърхността на въглеродните влакна, корпусът има характеристиките, че е труден за епифитни водни организми и е устойчив на корозия, което е и в конструкцията на кораба. Това е един от най-важните фактори при избора на материали. Следователно, въглеродните влакнести композитни материали имат уникални предимства в цялостната производителност в корабостроенето и сега се използват широко в тази област. В същото време развитието на индустрията за въглеродни влакна се насърчава от разширяването на областта на приложение.
1.1 Военни кораби
Въглеродните влакнести композити имат добри акустични, магнитни и електрически свойства: те са прозрачни, звукопропускливи и немагнитни, така че могат да се използват за подобряване на стелт характеристиките на военните кораби. Използването на композитни материали в надстройката на кораба не само намалява теглото на корпуса, но също така предава и приема електромагнитни вълни с предварително определена честота, като екранира честотно-селективния слой, вграден в междинния слой, за да предпази електромагнитните вълни на вражеския радар. Например, крайцерът клас „skjold“, построен от норвежкия флот през 1999 г., използва сандвич композит, състоящ се от слой от поливинилхлоридна пяна, стъклени влакна и междинен слой от въглеродни влакна. Този дизайн не само подобрява съотношението якост-тегло, но и има добра удароустойчивост. Производителността също така значително подобрява характеристиките на нискомагнитно, антиинфрачервено и антирадарно сканиране. Шведските фрегати клас Visby, които бяха пуснати в експлоатация през 2000 г., използват въглеродни влакнести композитни материали, които имат специални функции за намаляване на теглото, радарна и инфрачервена двойна стелт защита.
Приложението на мачти от композитни материали, подсилени с въглеродни влакна, върху корабите постепенно се е появило. Корабът LPD-17, който беше пуснат в експлоатация в Съединените щати през 2006 г., използва усъвършенствана композитна мачта с сърцевина от въглеродни влакна/балса. За разлика от оригиналната отворена мачта, LPD-17 използва нова, напълно затворена система за мачта/сензори (AEM/S), като горната част на тази мачта от въглеродни влакна е покрита с честотно-селективен повърхностен материал (FSS), позволяващ преминаването на вълни с определена честота, а долната половина може да отразява радарни вълни или да се абсорбира от радарно-поглъщащи материали. Следователно, тя има добри функции за радарна скритост и откриване. Освен това, различни антени и свързано с тях оборудване са равномерно комбинирани в структурата, което не корозира лесно и е по-благоприятно за поддръжката на оборудването. Европейският флот е разработил подобна затворена интегрирана сензорна мачта, изработена от стъклени влакна, изработени от нановлакна, комбинирани с въглеродни влакна като армировка. Тя позволява на различни радарни лъчи и комуникационни сигнали да преминават безпрепятствено един с друг, а загубите са изключително ниски. През 2006 г. този модерно технологичен мачтов банкомат беше използван на самолетоносача „Royal Ark“ на британския флот.
Въглеродните влакнести композити могат да се използват и в други аспекти на кораба. Например, те могат да се използват като витло и задвижваща валова система в задвижващата система за смекчаване на вибрационните ефекти и шума на корпуса и се използват най-вече в разузнавателни кораби и бързи круизни кораби. Могат да се използват като кормило в машини и оборудване, някои специални механични устройства и тръбопроводни системи. Освен това, високоякостните въглеродни влакнести въжета се използват широко и в кабели за военноморски кораби и други военни артикули.
1.2 Граждански яхти
Големите яхти обикновено са частна собственост и са скъпи, изисквайки леко тегло, висока якост и издръжливост. Карбон-влакнестите композити могат да се използват в инструменталните циферблати и антени на яхтите, кормилата и в подсилени конструкции като палуби, каюти и корабни прегради. Традиционната композитна яхта е изработена главно от FRP, но поради недостатъчна твърдост, корпусът често е твърде тежък, след като отговаря на изискванията за проектиране на твърдост, а стъклените влакна са канцероген, което постепенно се забранява в чужбина. Делът на карбон-влакнестите композити, използвани в днешните композитни яхти, се е увеличил значително, а някои дори използват карбон-влакнести композити. Например, двойната баржа на суперяхтата "Панама" на Baltic, корпусът и палубата са обединени с кожа от карбон-влакна/епоксидна смола, пчелна пита Nomex и структурна пяна CorecellTM, корпусът е дълъг 60 м. Но общото тегло е само 210 тона. Sunreef 80 Levante, катамаран от въглеродни влакна, построен от полската компания за катамаран Sunreef Yachts, използва винилово-естерни композити тип „сандвич“, PVC пяна и въглеродно-влакнести композити. Мачтовите стрели са изработени по поръчка от въглеродни влакна, а само част от корпуса е изработена от FRP. Теглото без товар е само 45 тона. Висока скорост, нисък разход на гориво и отлични характеристики.
Яхтата „Zhongke·Lianya“, построена през 2014 г., е единствената изцяло въглеродна яхта в Китай. Това е зелена яхта, изработена от комбинация от въглеродни влакна и епоксидна смола. Тя е с 30% по-лека от същия тип фибростъклена яхта и има по-висока здравина, по-висока скорост и по-нисък разход на гориво.
Освен това, кабелите и кабелите на яхтата използват високоякостни въжета от въглеродни влакна, за да се гарантира безопасността. Тъй като въглеродните влакна имат модул на опън по-висок от този на стоманата и якост на опън няколко пъти или дори десетки пъти, и имат свойството на тъкане на влакното, въжето от въглеродни влакна се използва като основен материал, който може да компенсира стоманените въжета и въжетата от органични полимери. Недостатъчно.z
2. Приложение в развитието на морската енергия
2.1 Подводни нефтени и газови находища
През последните години, въглеродните влакнести композитни материали намират все по-широко приложение в областта на разработването на морски нефтени и газови находища. Корозията в морската среда, високите напрежения на срязване и силното срязване, причинено от подводното течение на водата, налагат строги изисквания към устойчивостта на корозия, якостта и свойствата на умора на материала. Въглеродните влакнести композити имат очевидни предимства при разработването на офшорни нефтени находища, като са леки, издръжливи и антикорозионни: сондажна платформа с дълбочина 1500 м има стоманен кабел с маса около 6500 тона, докато плътността на въглеродните влакнести композити е обикновена стомана. 1/4, ако въглеродните влакнести композитни материали се използват за заместване на част от стоманата, товароносимостта на сондажната платформа ще бъде значително намалена и ще се спестят разходи за изграждане на платформата. Възвратно-постъпателното движение на смукателния прът лесно ще доведе до умора на материала поради небалансираното налягане между морската вода и налягането вътре в тръбата. Счупването и използването на въглеродни влакнести композитни материали могат да решат този проблем; Поради устойчивостта на корозия в морската среда, експлоатационният му живот в морска вода е по-дълъг от този на стоманата, а дълбочината на употреба е по-голяма.
Въглеродните влакнести композити могат да се използват като тръби за производствени кладенци, смукателни пръти, резервоари за съхранение, подводни тръбопроводи, палуби и др. в сондажни платформи за нефтени находища. Производственият процес е разделен на процес на пултрузия и процес на мокро навиване. Пултрузията обикновено се използва за обикновени тръби и свързващи тръби. Методът на навиване обикновено се използва като повърхност на резервоара за съхранение и съда под налягане, а може да се използва и в анизотропна гъвкава тръба, в която въглеродният влакнест композитен материал е навит и разположен под определен ъгъл в бронирания слой.
Непрекъснатият смукателен прът от композитен материал от въглеродни влакна е лентообразна структура, подобна на филм, с добра гъвкавост. Произведен и приложен в Съединените щати през 90-те години на миналия век. Изработен е от въглеродни влакна като армиращо влакно и ненаситена смола като основен материал. Произвежда се чрез процес на пултрузия след омрежване и втвърдяване при висока температура. От 2001 до 2003 г. Китай използва смукателен прът от въглеродни влакна и обикновен стоманен смукателен прът в нефтените находища с чист лъч, за да направи пилотен отвор. Използването на смукателен прът от въглеродни влакна може значително да увеличи добива на петрол и да намали натоварването на двигателя, което го прави по-енергийно ефективен. Освен това, смукателният прът от композитен материал от въглеродни влакна е по-устойчив на умора и корозия от стоманения смукателен прът и е по-подходящ за приложение при разработването на подводни нефтени находища.
2.2 Офшорна вятърна енергия
Изобилните ресурси от вятърна енергия в морето са важна област за бъдещо развитие и най-модерната и взискателна област на технологиите за вятърна енергия. Бреговата линия на Китай е около 1800 км и има повече от 6000 острова. Югоизточното крайбрежие и островните райони са богати на вятърни ресурси и лесни за развитие. През последните години усилията за насърчаване на развитието на офшорна вятърна енергия бяха подкрепени от съответните ведомства. Повече от 90% от теглото на перките на вятърните турбини се състоят от композитни материали. Силните ветрове в морето и производството на голяма мощност със сигурност изискват по-големи перки и по-добра специфична якост и издръжливост. Очевидно е, че композитните материали от въглеродни влакна могат да отговорят на изискванията за разработване на мащабни, леки, високопроизводителни и евтини перки за производство на енергия и са по-подходящи за морски приложения от композитните материали от стъклени влакна.
Въглеродните влакнести композити имат значителни предимства при производството на морска вятърна енергия. Лопатката от въглеродни влакна е с ниско качество и висока твърдост, а модулът е от 3 до 8 пъти по-висок от този на продукта от стъклени влакна; влажността в морската среда е висока, климатът е променлив и вентилаторът работи 24 часа. Лопатката има добра устойчивост на умора и е устойчива на лошо време. Това подобрява аеродинамичните характеристики на лопатката и намалява натоварването върху кулата и оста, така че изходната мощност на вентилатора е по-плавна и балансирана, а енергийната ефективност е подобрена. Проводимите характеристики, чрез специален структурен дизайн, могат ефективно да предотвратят щетите, причинени от удар на мълния върху лопатката; да намалят производствените и транспортните разходи на лопатката на вятърната турбина; и да имат характеристики за амортизиране на вибрациите.
3. Приложения в морското инженерство
Въглеродните влакнести композитни материали се използват в морските инженерни сгради. Те използват главно характеристиките си като леко тегло, висока якост и устойчивост на корозия и заместват традиционните стоманени строителни материали под формата на сухожилия и структурни части, за да решат проблема с високите транспортни разходи за стомана, подложен на ерозия от морска вода. Прилагат се за офшорни островни рифови сгради, докове, плаващи платформи, осветителни кули и др. Използването на въглеродни влакнести композити за инженерно възстановяване започва през 80-те години на миналия век, а японската компания Mitsubishi Chemical Corporation поема водеща роля в изследването на механичните свойства на въглеродните влакнести композити и тяхното приложение в инженерното армиране. Първоначалният фокус на изследването е върху армирането на стоманобетонни греди с помощта на въглеродни влакнести композити, което по-късно се развива в армиране и подсилване на различни граждански конструкции. Ремонтът на офшорни нефтени платформи и пристанища с въглеродни влакнести композити е само един аспект от приложението им. Има много свързани документи. Заслужава да се спомене, че американската компания DFI използва въглеродни влакнести пръти за ремонт на терминала на военноморските сили на Пърл Харбър. По това време техниците използват иновативни въглеродни влакнести пръти за ремонт на армировката. Ремонтираният док с въглеродни влакнести пръти може да издържи 9 тона стомана от височина 2,5 м. Пада без да се повреди, а ефектът на подобрение е очевиден.
Що се отнася до приложението на въглеродните влакнести композити в морското инженерство, съществува и вид ремонт и армиране на подводни тръбопроводи или колони. Традиционните методи за поддръжка, като заваряване, подобряване на заварките, скоби, фугиране и др., имат свои собствени ограничения и използването им е по-ограничено в морска среда. Ремонтът на въглеродни влакнести композити се извършва главно от високоякостни и силно адхезивни смолни материали, като въглеродна тъкан и епоксидна смола, които се залепват към ремонтираната повърхност, за да бъдат тънки и леки, високоякостни, издръжливи, удобни за конструкция и адаптивни към различни форми. Те имат значително предимство.
Време на публикуване: 23 март 2019 г.