Kompozitni materijal od karbonskih vlakana je materijal ojačan vlaknima, napravljen od karbonskih vlakana i smole, metala, keramike i drugih matrica. Zbog svoje male težine, visoke čvrstoće, otpornosti na visoke temperature itd., posljednjih godina se široko koristi u vazduhoplovstvu, sportu i razonodi, brzim željeznicama. U oblastima automobila i građevinarstva. Kompozitni materijali od karbonskih vlakana imaju odličnu otpornost na zamor, otpornost na koroziju i odlične konstrukcijske performanse zbog visoke čvrstoće i visoke čvrstoće, što ih čini pogodnim za pomorsku primjenu sa posebnim zahtjevima na svojstva materijala. Obratite pažnju. Posljednjih godina, kompoziti od karbonskih vlakana igraju sve važniju ulogu u brodogradnji, razvoju energije na moru i popravci pomorskog inženjerstva.
1. Prijava na brodu
Kompoziti od karbonskih vlakana imaju prirodnu prednost u odnosu na tradicionalne materijale za brodogradnju. Prvo, kompoziti od karbonskih vlakana imaju dobra mehanička svojstva. Trup se proizvodi s karakteristikama male težine i niske potrošnje goriva, a proces izgradnje je relativno jednostavan, ciklus je kratak, a oblikovanje je praktično, tako da su troškovi izgradnje i održavanja mnogo niži nego kod čeličnog broda. Istovremeno, budući da spoj između karbonskih vlakana i matrice smole može efikasno spriječiti širenje pukotina, materijal ima dobru otpornost na zamor; osim toga, zbog hemijske inertnosti površine karbonskih vlakana, trup ima karakteristike da je teško epifitski za vodene organizme i otporan je na koroziju, što je također karakteristično za konstrukciju broda. To je jedan od najvažnijih faktora pri odabiru materijala. Stoga, kompozitni materijali od karbonskih vlakana imaju jedinstvene sveobuhvatne prednosti u brodogradnji i sada se široko koriste u ovoj oblasti. Istovremeno, razvoj industrije karbonskih vlakana promoviran je širenjem područja primjene.
1.1 Vojni brodovi
Kompoziti od karbonskih vlakana imaju dobra akustična, magnetska i električna svojstva: prozirni su, propusni za zvuk i nemagnetni, tako da se mogu koristiti za poboljšanje performansi prikrivenosti ratnih brodova. Upotreba kompozitnih materijala u nadgradnji broda ne samo da smanjuje težinu trupa, već i prenosi i prima elektromagnetske valove na unaprijed određenoj frekvenciji zaštitom frekvencijski selektivnim slojem ugrađenim u međusloj kako bi se zaštitili elektromagnetski valovi neprijateljskog radara. Na primjer, krstarica klase "skjold" koju je izgradila Norveška mornarica 1999. godine koristila je sendvič kompozit koji se sastoji od jezgrenog sloja od polivinilhloridne pjene, staklenih vlakana i međusloja od karbonskih vlakana. Ovaj dizajn ne samo da poboljšava odnos čvrstoće i težine, već ima i dobru otpornost na udarce. Performanse također značajno poboljšavaju karakteristike skeniranja s niskim magnetskim zračenjem, anti-infracrvenog i anti-radarskog zračenja. Švedske fregate klase Visby, koje su puštene u upotrebu 2000. godine, sve koriste kompozitne materijale od karbonskih vlakana, koji imaju posebne funkcije smanjenja težine, radara i infracrvene dvostruke prikrivenosti.
Primjena kompozitnih jarbola ojačanih ugljičnim vlaknima na brodovima postepeno se pojavila. Brod LPD-17, koji je pušten u upotrebu u Sjedinjenim Američkim Državama 2006. godine, koristi napredni kompozitni jarbol s jezgrom od ugljičnih vlakana/balse. Za razliku od originalnog otvorenog jarbola, LPD-17 koristi novi, potpuno zatvoreni sistem jarbola/senzora (AEM/S), pri čemu gornji dio ovog jarbola od ugljičnih vlakana prekriva frekventno selektivni površinski materijal (FSS), omogućavajući prolaz valova određene frekvencije, a donja polovina može reflektirati radarske valove ili biti apsorbirana materijalima koji apsorbiraju radar. Stoga ima dobre funkcije prikrivenosti i detekcije radara. Osim toga, različite antene i povezana oprema su ravnomjerno kombinirani u strukturi, što nije lako korodirati i pogodnije je za održavanje opreme. Evropska mornarica razvila je sličan zatvoreno-integrirani senzorski jarbol izrađen od staklenih vlakana od nanofibera u kombinaciji s ugljičnim vlaknima kao ojačanjem. Omogućava različitim radarskim snopovima i komunikacijskim signalima da nesmetano prolaze jedni s drugima, a gubitak je izuzetno nizak. Ovaj napredni jarbolni bankomat korišten je 2006. godine na nosaču aviona "Royal Ark" britanske mornarice.
Kompoziti od karbonskih vlakana mogu se koristiti i u drugim aspektima broda. Na primjer, mogu se koristiti kao propeler i pogonski osovinski sistem u pogonskom sistemu za ublažavanje vibracija i buke trupa, a uglavnom se koriste u izviđačkim brodovima i brzim kruzerima. Mogu se koristiti kao kormilo u mašinama i opremi, nekim posebnim mehaničkim uređajima i cjevovodnim sistemima. Osim toga, užad od karbonskih vlakana visoke čvrstoće se također široko koristi u kablovima ratnih brodova i drugim vojnim predmetima.
1.2 Civilne jahte
Velike jahte su uglavnom u privatnom vlasništvu i skupe su, zahtijevajući malu težinu, visoku čvrstoću i izdržljivost. Kompoziti od karbonskih vlakana mogu se koristiti u instrumentima i antenama jahti, kormilima i u ojačanim konstrukcijama kao što su palube, kabine i brodske pregrade. Tradicionalna kompozitna jahta uglavnom je napravljena od FRP-a, ali zbog nedovoljne krutosti, trup je često pretežak nakon što ispuni zahtjeve dizajna krutosti, a staklena vlakna su kancerogena, što se postepeno zabranjuje u inostranstvu. Udio kompozita od karbonskih vlakana koji se koriste u današnjim kompozitnim jahtama značajno se povećao, a neke su čak koristile i kompozite od karbonskih vlakana. Na primjer, Baltikova super-jahta "Panama" s dvostrukom baržom, trup i paluba su obloženi kožom od karbonskih vlakana/epoksidne smole, Nomex saćastim materijalom i CorecellTM strukturnom pjenastom jezgrom, trup je dug 60 m. Ali ukupna težina je samo 210 t. Sunreef 80 Levante, katamaran od karbonskih vlakana koji je izgradila poljska kompanija za katamarane Sunreef Yachts, koristi kompozite od vinil esterske smole, PVC pjenu i kompozite od karbonskih vlakana. Jarboli su izrađeni od kompozita od karbonskih vlakana po narudžbi, a samo dio trupa koristi FRP. Težina bez opterećenja je samo 45 tona. Velika brzina, niska potrošnja goriva i odlične performanse.
Jahta „Zhongke·Lianya“, izgrađena 2014. godine, trenutno je jedina jahta u potpunosti izrađena od karbonskih vlakana u Kini. To je zelena jahta napravljena od kombinacije karbonskih vlakana i epoksidne smole. 30% je lakša od iste vrste jahte od fiberglasa i ima veću čvrstoću, veću brzinu i manju potrošnju goriva.
Osim toga, kablovi i kablovi jahte koriste užad od karbonskih vlakana visoke čvrstoće kako bi se osigurala sigurnost. Budući da karbonska vlakna imaju modul zatezanja veći od čelika i zateznu čvrstoću nekoliko puta ili čak desetaka puta veću, te imaju svojstvo tkanja vlakana, uže od karbonskih vlakana koristi se kao osnovni materijal, što može nadoknaditi čelično uže i uže od organskog polimera. Nedovoljno.z
2. Primjena u razvoju morske energije
2.1 Podmorska naftna i plinska polja
Posljednjih godina, kompozitni materijali od karbonskih vlakana sve se više koriste u oblasti razvoja pomorske nafte i plina. Korozija u morskom okruženju, visoki naponi smicanja i snažno smicanje uzrokovano podstrujnim tokom vode nameću stroge zahtjeve na otpornost na koroziju, čvrstoću i svojstva zamora materijala. Kompoziti od karbonskih vlakana imaju očite prednosti u lakoći, izdržljivosti i antikorozivnosti pri razvoju naftnih polja na moru: platforma za bušenje na dubini od 1500 m ima čelični kabel mase oko 6500 tona, dok je gustoća kompozita od karbonskih vlakana obični čelik. 1/4, ako se kompozitni materijal od karbonskih vlakana koristi za zamjenu dijela čelika, nosivost platforme za bušenje će se značajno smanjiti, a troškovi izgradnje platforme će se uštedjeti. Klizajuće kretanje usisne šipke lako će dovesti do zamora materijala zbog neuravnoteženog pritiska između morske vode i pritiska unutar cijevi. Lomljenje i korištenje kompozitnog materijala od karbonskih vlakana može riješiti ovaj problem; Zbog otpornosti na koroziju u morskoj vodi, njegov vijek trajanja u morskoj vodi je duži od čelika, a dubina upotrebe je veća.
Kompoziti od karbonskih vlakana mogu se koristiti kao cijevi za proizvodne bušotine, usisne šipke, rezervoari za skladištenje, podmorski cjevovodi, palube itd. u platformama za bušenje naftnih polja. Proizvodni proces je podijeljen na proces pultruzije i proces mokrog namotavanja. Pultruzija se obično koristi na uobičajenim cijevima i spojnim cijevima. Metoda namotavanja se obično koristi kao površina rezervoara za skladištenje i posude pod pritiskom, a može se koristiti i u anizotropnoj fleksibilnoj cijevi u kojoj je kompozitni materijal od karbonskih vlakana namotan i raspoređen pod određenim uglom u oklopnom sloju.
Kontinuirana usisna šipka od kompozitnog materijala od karbonskih vlakana ima trakastu strukturu sličnu filmu i ima dobru fleksibilnost. Proizvedena je i primijenjena u Sjedinjenim Američkim Državama 1990-ih. Izrađena je od karbonskih vlakana kao ojačavajućih vlakana i nezasićene smole kao osnovnog materijala. Proizvodi se postupkom pultruzije nakon umrežavanja i stvrdnjavanja na visokoj temperaturi. Od 2001. do 2003. godine, Kina je koristila usisnu šipku od karbonskih vlakana i običnu čeličnu usisnu šipku u naftnim poljima s čistom gredom za izradu pilota. Upotreba usisne šipke od karbonskih vlakana može značajno povećati proizvodnju nafte i smanjiti opterećenje motora, što je energetski efikasnije. Štaviše, usisna šipka od kompozitnog materijala od karbonskih vlakana otpornija je na zamor i koroziju od čelične usisne šipke i pogodnija je za primjenu u razvoju podmorskih naftnih polja.
2.2 Energija vjetra na moru
Obilni resursi energije vjetra na moru važno su područje za budući razvoj i najnaprednije i najzahtjevnije područje tehnologije energije vjetra. Kineska obala duga je oko 1800 km i ima više od 6.000 otoka. Jugoistočna obala i otočne regije bogate su resursima vjetra i lako ih je razvijati. Posljednjih godina, napore za promociju razvoja energije vjetra na moru podržali su nadležni odjeli. Više od 90% težine lopatica vjetroelektrana čine kompozitni materijali. Jaki vjetrovi na moru i velika proizvodnja energije neizbježno zahtijevaju veće lopatice i bolju specifičnu čvrstoću i izdržljivost. Očigledno je da kompozitni materijali od ugljičnih vlakana mogu ispuniti zahtjeve za razvoj velikih, laganih, visokoučinkovitih i jeftinih lopatica za proizvodnju energije te su pogodniji za pomorsku primjenu od kompozitnih materijala od staklenih vlakana.
Kompoziti od karbonskih vlakana imaju značajne prednosti u proizvodnji energije vjetra na moru. Lopatica od karbonskih vlakana ima nizak kvalitet i visoku krutost, a modul je 3 do 8 puta veći od proizvoda od staklenih vlakana; vlažnost je velika u morskom okruženju, klima je promjenjiva, a ventilator radi 24 sata. Lopatica ima dobru otpornost na zamor i može izdržati loše vrijeme. Poboljšava aerodinamičke performanse lopatice i smanjuje opterećenje na tornju i osovini, tako da je izlazna snaga ventilatora glatkija i uravnoteženija, a energetska efikasnost je poboljšana. Provodne performanse, kroz poseban strukturni dizajn, mogu efikasno spriječiti oštećenja uzrokovana udarom groma na lopatici; smanjiti troškove proizvodnje i transporta lopatice vjetroturbine; i imaju karakteristike prigušivanja vibracija.
3. Primjene u pomorskom inženjerstvu
Kompozitni materijali od karbonskih vlakana koriste se u brodogradnji. Uglavnom koriste karakteristike male težine, visoke čvrstoće i otpornosti na koroziju, te zamjenjuju tradicionalne čelične građevinske materijale u obliku tetiva i strukturnih dijelova kako bi riješili problem visokih troškova transporta čelika otpornog na eroziju morskom vodom. Primjenjuju se na zgrade na grebenima na morskim ostrvima, dokove, plutajuće platforme, svjetlosne tornjeve itd. Upotreba kompozita od karbonskih vlakana za inženjersku restauraciju započela je 1980-ih, a japanska kompanija Mitsubishi Chemical Corporation preuzela je vodeću ulogu u istraživanju mehaničkih svojstava kompozita od karbonskih vlakana i njihove primjene u inženjerskoj armaturi. Početni fokus istraživanja bio je na armiranju armiranobetonskih greda korištenjem kompozita od karbonskih vlakana, što se kasnije razvilo u armiranje i ojačanje različitih građevinskih radova. Popravak naftnih platformi i luka na moru kompozitima od karbonskih vlakana samo je jedan aspekt njegove primjene. Postoji mnogo povezanih dokumenata. Vrijedi spomenuti da je američka kompanija DFI koristila šipke od karbonskih vlakana za popravak terminala Navy Pearl Harbor. U to vrijeme, tehničari su koristili inovativne šipke od karbonskih vlakana za popravak armature. Popravljeni dok šipkama od karbonskih vlakana može izdržati 9 tona čelika s visine od 2,5 m. Otpada bez oštećenja, a efekat poboljšanja je očit.
Što se tiče primjene kompozita od karbonskih vlakana u pomorskom inženjerstvu, postoji i vrsta popravke i ojačanja podmorskih cjevovoda ili stubova. Tradicionalne metode održavanja poput zavarivanja, poboljšanja zavara, stezaljki, fugiranja itd. imaju svoja ograničenja, a upotreba ovih metoda je ograničenija u morskom okruženju. Popravak kompozita od karbonskih vlakana uglavnom se izrađuje od visokočvrstih i visokoadhezivnih smolnih materijala poput tkanine od karbonskih vlakana i epoksidne smole, koji se lijepe na površinu koja se popravlja, pa je tanka i lagana, visoke čvrstoće, dobre izdržljivosti, praktična u konstrukciji i prilagodljiva različitim oblicima. Ima značajnu prednost.
Vrijeme objave: 23. mart 2019.