El material compost de fibra de carboni és un material reforçat amb fibra fet de fibra de carboni i resina, metall, ceràmica i altres matrius. A causa del seu pes lleuger, alta resistència, alta resistència a la temperatura, etc., s'ha utilitzat àmpliament en l'aeroespacial, l'esport i l'oci, el ferrocarril d'alta velocitat en els darrers anys. En els camps de l'automòbil i l'enginyeria civil. Els materials compostos de fibra de carboni tenen una excel·lent resistència a la fatiga, resistència a la corrosió i un excel·lent rendiment de construcció a causa de la seva alta resistència i resistència, cosa que els fa adequats per a aplicacions marines amb requisits especials sobre les propietats del material. Cal estar atent. En els darrers anys, els compostos de fibra de carboni han jugat un paper cada cop més important en la construcció naval, el desenvolupament d'energia a alta mar i la reparació d'enginyeria marina.
1. Aplicació a bord
Els compostos de fibra de carboni tenen un avantatge natural respecte als materials tradicionals de construcció naval. En primer lloc, els compostos de fibra de carboni tenen bones propietats mecàniques. El buc es fabrica amb les característiques de pes lleuger i baix consum de combustible, i el procés de construcció és relativament senzill, el cicle és curt i el modelat és convenient, de manera que el cost de construcció i manteniment és molt inferior al del vaixell d'acer. Al mateix temps, com que la interfície entre la fibra de carboni i la matriu de resina pot prevenir eficaçment la propagació de les esquerdes, el material té una bona resistència a la fatiga; a més, a causa de la inertícia química de la superfície de fibra de carboni, el buc té les característiques que els organismes aquàtics són difícils d'epífititzar i resistents a la corrosió, que també és la construcció del vaixell. Un dels factors més importants en la selecció de materials. Per tant, els materials compostos de fibra de carboni tenen avantatges de rendiment integrals únics en la construcció naval i ara s'utilitzen àmpliament en aquest camp. Al mateix temps, el desenvolupament de la indústria de la fibra de carboni s'ha promogut a partir de l'expansió del camp d'aplicació.
1.1 Vaixells militars
Els compostos de fibra de carboni tenen bones propietats acústiques, magnètiques i elèctriques: són transparents, permeables al so i no magnètics, de manera que es poden utilitzar per millorar el rendiment furtiu dels vaixells de guerra. L'ús de materials compostos a la superestructura del vaixell no només redueix el pes del buc, sinó que també transmet i rep ones electromagnètiques a una freqüència predeterminada mitjançant el blindatge de la capa selectiva de freqüència incrustada a la capa intermèdia per protegir les ones electromagnètiques del radar enemic. Per exemple, el creuer de la classe "skjold" construït per la Marina noruega el 1999 utilitzava un compost sandvitx que consistia en una capa central d'escuma de clorur de polivinil, fibra de vidre i capa intermèdia de fibra de carboni. Aquest disseny no només millora la relació resistència-pes, sinó que també té una bona resistència a l'impacte. El rendiment també millora considerablement les característiques d'escaneig de baixa magnetisme, antiinfraroig i antiradar. Les fragates sueques de la classe Visby, que es van posar en servei l'any 2000, utilitzen materials compostos de fibra de carboni, que tenen funcions especials de reducció de pes, radar i doble furtiu per infrarojos.
L'aplicació de pals compostos reforçats amb fibra de carboni en vaixells ha anat sorgint gradualment. El vaixell LPD-17, que es va posar en servei als Estats Units el 2006, utilitza un pal compost avançat amb nucli de fibra de carboni/balsa. A diferència del pal obert original, l'LPD-17 utilitza un nou sistema de pal/detecció completament tancat (AEM/S), la part superior d'aquest pal compost de fibra de carboni cobreix el material de superfície selectiu de freqüència (FSS), permetent que passin ones amb una freqüència específica, i la meitat inferior pot reflectir les ones de radar o ser absorbida per materials absorbents de radar. Per tant, té bones funcions de sigil·losi i detecció de radar. A més, diverses antenes i equips relacionats es combinen uniformement a l'estructura, que no és fàcil de corroir i és més propícia per al manteniment de l'equip. La Marina Europea ha desenvolupat un pal sensor integrat tancat similar fet de fibra de vidre feta de nanofibres combinada amb fibra de carboni com a reforç. Permet que diversos feixos de radar i senyals de comunicació passin sense interrupcions entre si, i la pèrdua és extremadament baixa. El 2006, aquest ATM de tecnologia avançada es va utilitzar al portaavions "Royal Ark" de la Marina Britànica.
Els compostos de fibra de carboni també es poden utilitzar en altres aspectes del vaixell. Per exemple, es poden utilitzar com a sistema d'hèlix i eix de propulsió en el sistema de propulsió per mitigar els efectes de vibració i el soroll del buc, i s'utilitzen principalment en vaixells de reconeixement i creuers ràpids. Es poden utilitzar com a timó en maquinària i equips, alguns dispositius mecànics especials i sistemes de canonades. A més, els cables de fibra de carboni d'alta resistència també s'utilitzen àmpliament en cables de vaixells de guerra navals i altres articles militars.
1.2 Iots civils
Els grans iots són generalment de propietat privada i cars, i requereixen lleugeresa, alta resistència i durabilitat. Els compostos de fibra de carboni es poden utilitzar en els indicadors d'instruments i les antenes dels iots, en els timons i en estructures reforçades com ara cobertes, cabines i mampares de vaixells. El iot compost tradicional està fet principalment de FRP, però a causa de la rigidesa insuficient, el buc sovint és massa pesat després de complir els requisits de disseny de rigidesa, i la fibra de vidre és un carcinogen, que es prohibeix gradualment a l'estranger. La proporció de compostos de fibra de carboni utilitzats en els iots compostos actuals ha augmentat significativament, i alguns fins i tot han utilitzat compostos de fibra de carboni. Per exemple, el superiot "Panama" de Baltic, amb doble barca, té el buc i la coberta intercalats amb una pell de fibra de carboni/resina epoxi, un panal de Nomex i un nucli d'escuma estructural CorecellTM, i el buc fa 60 m de llarg. Però el pes total és de només 210 t. El Sunreef 80 Levante, un catamarà de fibra de carboni construït per la companyia polonesa de catamarans Sunreef Yachts, utilitza compostos sandvitx de resina d'èster de vinil, escuma de PVC i compostos de fibra de carboni. Les botavares del pal són compostos de fibra de carboni personalitzats i només una part del buc utilitza FRP. El pes sense càrrega és de només 45 t. Velocitat ràpida, baix consum de combustible i excel·lent rendiment.
El iot "Zhongke·Lianya" construït el 2014 és actualment l'únic iot de fibra de carboni a la Xina. És un iot ecològic fet d'una combinació de fibra de carboni i resina epoxi. És un 30% més lleuger que el mateix tipus de iot de fibra de vidre i té una major resistència, una velocitat més ràpida i un menor consum de combustible.
A més, els cables i cables del iot utilitzen cordes de fibra de carboni d'alta resistència per garantir la seguretat. Com que la fibra de carboni té un mòdul de tracció superior al de l'acer i una resistència a la tracció de diverses vegades o fins i tot desenes de vegades, i té la propietat teixida de la fibra, la corda de fibra de carboni s'utilitza com a material base, que pot compensar la corda de filferro d'acer i la corda de polímer orgànic. Insuficient.z
2. Aplicació en el desenvolupament de l'energia marina
2.1 Camps submarins de petroli i gas
En els darrers anys, els materials compostos de fibra de carboni s'han utilitzat cada cop més en el camp del desenvolupament de petroli i gas marí. La corrosió en l'entorn marí, l'alt cisallament i el fort cisallament causat pel flux de corrent inferior de l'aigua imposen requisits estrictes sobre la resistència a la corrosió, la resistència i les propietats de fatiga del material. Els compostos de fibra de carboni tenen avantatges evidents en lleugeresa, durabilitat i anticorrosió en el desenvolupament de camps petroliers a alta mar: una plataforma de perforació de 1500 m de profunditat té un cable d'acer amb una massa d'unes 6500 t, mentre que la densitat del compost de fibra de carboni és d'acer ordinari. 1/4, si el material compost de fibra de carboni s'utilitza per substituir part de l'acer, la capacitat de càrrega de la plataforma de perforació es reduirà significativament i s'estalviarà el cost de construcció de la plataforma. El moviment alternatiu de la vareta de bombament conduirà fàcilment a la fatiga del material a causa de la pressió desequilibrada entre l'aigua de mar i la pressió dins del tub. Trencar i utilitzar material compost de fibra de carboni pot resoldre aquest problema; a causa de la resistència a la corrosió de l'entorn de l'aigua de mar, la seva vida útil en aigua de mar és més llarga que la de l'acer i la profunditat d'ús és més profunda.
Els compostos de fibra de carboni es poden utilitzar com a canonades de pous de producció, varetes de succió, tancs d'emmagatzematge, oleoductes submarins, cobertes, etc. en plataformes de perforació de camps petrolífers. El procés de fabricació es divideix en un procés de pultrusió i un procés de bobinatge humit. La pultrusió s'utilitza generalment en canonades comunes i canonades de connexió. El mètode de bobinatge s'utilitza generalment com a superfície del tanc d'emmagatzematge i el recipient a pressió, i també es pot utilitzar en una canonada flexible anisotròpica en què el material compost de fibra de carboni s'enrotlla i es disposa en un angle específic a la capa d'armadura.
La vareta de succió contínua de material compost de fibra de carboni té una estructura similar a una pel·lícula i té bona flexibilitat. Va ser produïda i aplicada pels Estats Units a la dècada de 1990. Està feta de fibra de carboni com a fibra de reforç i resina insaturada com a material base. Es produeix mitjançant un procés de pultrusió després d'un curat reticulat a alta temperatura. Del 2001 al 2003, la Xina va utilitzar una vareta de succió de fibra de carboni i una vareta de succió d'acer ordinària en el camp de petroli de biga pura per fer un pilot. L'ús de vareta de succió de fibra de carboni pot augmentar significativament la producció de petroli i reduir la càrrega del motor, cosa que és més eficient energèticament. A més, la vareta de succió composta de fibra de carboni és més resistent a la fatiga i a la corrosió que la vareta de succió d'acer, i és més adequada per a l'aplicació en el desenvolupament de camps petroliers submarins.
2.2 Energia eòlica marina
Els abundants recursos d'energia eòlica al mar són una àrea important per al desenvolupament futur i el camp més avançat i exigent de la tecnologia eòlica. La costa de la Xina té uns 1800 km i hi ha més de 6.000 illes. La costa sud-est i les regions insulars són riques en recursos eòlics i fàcils de desenvolupar. En els darrers anys, els departaments pertinents han donat suport als esforços per promoure el desenvolupament de l'energia eòlica marina. Més del 90% del pes de les pales eòliques consisteix en materials compostos. Els forts vents al mar i la generació d'alta potència requeriran pales més grans i una millor resistència i durabilitat específiques. Òbviament, els materials compostos de fibra de carboni poden complir els requisits del desenvolupament de pales de generació d'energia a gran escala, lleugeres, d'alt rendiment i de baix cost, i són més adequats per a aplicacions marines que els materials compostos de fibra de vidre.
Els compostos de fibra de carboni tenen avantatges significatius en la generació d'energia eòlica marina. La pala composta de fibra de carboni té baixa qualitat i alta rigidesa, i el mòdul és de 3 a 8 vegades superior al del producte de fibra de vidre; la humitat és alta en l'entorn marí, el clima és canviant i el ventilador funciona durant 24 hores. La pala té una bona resistència a la fatiga i pot resistir el mal temps. Millora el rendiment aerodinàmic de la pala i redueix la càrrega a la torre i l'eix, de manera que la potència de sortida del ventilador és més suau i equilibrada, i es millora l'eficiència energètica. El rendiment conductiu, mitjançant un disseny estructural especial, pot evitar eficaçment els danys causats per llamps a la pala; redueix el cost de fabricació i transport de la pala de l'aerogenerador; i té característiques d'amortiment de vibracions.
3. Aplicacions d'enginyeria marina
Els materials compostos de fibra de carboni s'utilitzen en edificis d'enginyeria marina. Principalment utilitzen les característiques de lleugeresa, alta resistència i resistència a la corrosió, i substitueixen els materials de construcció d'acer tradicionals en forma de tendons i peces estructurals per resoldre el problema de l'alt cost de transport de l'erosió de l'aigua de mar i el transport. S'ha aplicat a edificis d'esculls d'illes marines, molls, plataformes flotants, torres de llum, etc. L'ús de compostos de fibra de carboni per a la restauració d'enginyeria va començar a la dècada de 1980, i Mitsubishi Chemical Corporation del Japó va liderar la investigació de les propietats mecàniques dels compostos de fibra de carboni i la seva aplicació en el reforç d'enginyeria. L'enfocament inicial de la investigació es va centrar en el reforç de bigues de formigó armat mitjançant compostos de fibra de carboni, que posteriorment van evolucionar cap al reforç i l'armament de diverses enginyeries civils. La reparació de plataformes petrolieres i ports marins mitjançant compostos de fibra de carboni és només un aspecte de la seva aplicació. Hi ha molts documents relacionats. Val la pena esmentar que l'empresa DFI dels EUA va utilitzar barres de fibra de carboni per reparar la terminal de Pearl Harbor de la Marina. En aquell moment, els tècnics van utilitzar barres de fibra de carboni innovadores per reparar l'armament. El moll reparat amb barres de fibra de carboni pot suportar acer de 9 tones des de 2,5 m d'alçada. Cau sense fer-se malbé i l'efecte de millora és evident.
Pel que fa a l'aplicació de compostos de fibra de carboni en l'enginyeria marina, també hi ha un tipus de reparació i reforç de canonades o columnes submarines. Els mètodes de manteniment tradicionals com la soldadura, la millora de soldadures, les brides, la injecció, etc. tenen les seves pròpies limitacions, i l'ús d'aquests mètodes és més restringit en el medi marí. La reparació de compostos de fibra de carboni es fa principalment amb materials de resina d'alta resistència i alta adhesió com ara tela de fibra de carboni i resina epoxi, que s'adhereixen a la superfície de reparació, de manera que és prima i lleugera, d'alta resistència, bona durabilitat, convenient en la construcció i adaptable a diferents formes. Té un avantatge significatiu.
Data de publicació: 23 de març de 2019