U materiale cumpostu di fibra di carbone hè un materiale rinforzatu cù fibre fattu di fibra di carbone è resina, metallu, ceramica è altre matrici. Per via di a so leggerezza, alta resistenza, resistenza à e alte temperature, ecc., hè statu largamente utilizatu in l'aerospaziale, u sport è u divertimentu, u trenu à alta velocità in l'ultimi anni. In i campi di l'automobile è di l'ingegneria civile. I materiali cumposti di fibra di carbone anu una eccellente resistenza à a fatica, resistenza à a corrosione è eccellenti prestazioni di custruzzione per via di l'alta resistenza è di l'alta resistenza, ciò chì li rende adatti per applicazioni marine cù esigenze speciali nantu à e proprietà di i materiali. fighjate. In l'ultimi anni, i cumposti di fibra di carbone anu ghjucatu un rolu sempre più impurtante in a custruzzione navale, u sviluppu di l'energia offshore è a riparazione di l'ingegneria marina.
1. Applicazione à bordu
I cumposti di fibra di carbone anu un vantaghju naturale annantu à i materiali tradiziunali di custruzzione navale. Prima, i cumposti di fibra di carbone anu bone proprietà meccaniche. U scafu hè fabbricatu cù e caratteristiche di pesu ligeru è bassu cunsumu di carburante, è u prucessu di custruzzione hè relativamente simplice, u ciclu hè cortu è u stampaggio hè cunveniente, dunque u costu di custruzzione è di mantenimentu hè assai più bassu di quellu di a nave d'acciaiu. À u listessu tempu, postu chì l'interfaccia trà a fibra di carbone è a matrice di resina pò impedisce efficacemente a propagazione di crepe, u materiale hà una bona resistenza à a fatica; in più, per via di l'inerzia chimica di a superficia di a fibra di carbone, u scafu hà e caratteristiche chì l'organismu acquaticu hè difficiule da epifite è resistente à a currusione, chì hè ancu a custruzzione di a nave. Unu di i fattori più impurtanti in a selezzione di i materiali. Dunque, i materiali cumposti di fibra di carbone anu vantaghji di prestazioni cumpleti unichi in a custruzzione navale, è sò avà largamente aduprati in questu campu. À u listessu tempu, u sviluppu di l'industria di a fibra di carbone hè statu prumuvutu da l'espansione di u campu di applicazione.
1.1 Navi militari
I cumposti di fibra di carbone anu bone proprietà acustiche, magnetiche è elettriche: sò trasparenti, permeabili à u sonu è non magnetichi, dunque ponu esse aduprati per migliurà e prestazioni stealth di e navi da guerra. L'usu di materiali cumposti in a sovrastruttura di a nave ùn solu riduce u pesu di u scafu, ma trasmette è riceve ancu onde elettromagnetiche à una frequenza predeterminata pruteggendu u stratu selettivu di frequenza integratu in l'interstrato per prutege l'onde elettromagnetiche di u radar nemicu. Per esempiu, l'incrociatore di classe "skjold" custruitu da a Marina Norvegese in u 1999 hà utilizatu un cumpostu sandwich custituitu da un stratu centrale di schiuma di cloruru di polivinile, fibra di vetru è interstrato di fibra di carbone. Stu cuncepimentu ùn solu migliora u rapportu resistenza-pesu, ma hà ancu una bona resistenza à l'impattu. E prestazioni miglioranu ancu assai e caratteristiche di scansione à bassa magnetica, anti-infrarossi è anti-radar. E fregate svedesi di classe Visby, chì sò state cummissionate in u 2000, utilizanu tutte materiali cumposti di fibra di carbone, chì anu funzioni speciali di riduzione di pesu, radar è doppia stealth infrarossa.
L'applicazione di l'alberi cumposti rinforzati cù fibra di carbone nantu à e navi hè emersa gradualmente. A nave LPD-17, chì hè stata messa in serviziu in i Stati Uniti in u 2006, usa un alberu cumpostu avanzatu cù fibra di carbone/anima Balsa. À u cuntrariu di l'alberu apertu originale, l'LPD-17 usa un novu sistema cumpletamente chjusu di rilevamentu/arburu (AEM/S), a parte superiore di questu alberu cumpostu di fibra di carbone copre u materiale di superficia selettivu di frequenza (FSS), permettendu à l'onde cù una frequenza specifica di passà, è a metà inferiore pò riflette l'onde radar o esse assorbita da materiali chì assorbenu u radar. Dunque, hà una bona funzione di furtività è di rilevazione radar. Inoltre, diverse antenne è apparecchiature cunnesse sò cumminate uniformemente in a struttura, chì ùn hè micca faciule da currude, è hè più favurevule à a manutenzione di l'apparecchiatura. A Marina Europea hà sviluppatu un alberu simile cù sensori integrati chjusi, fattu di fibra di vetru fatta di nanofibre cumminata cù fibra di carbone cum'è rinforzu. Permette à diversi fasci radar è signali di cumunicazione di passà indisturbati trà di elli, è a perdita hè estremamente bassa. In u 2006, questu ATM di tecnulugia avanzata hè statu utilizatu nantu à u portaerei "Royal Ark" di a Marina Britannica.
I cumposti di fibra di carbone ponu ancu esse aduprati in altri aspetti di a nave. Per esempiu, pò esse adupratu cum'è sistema di elica è d'alberi di propulsione in u sistema di propulsione per mitigà l'effetti di vibrazione è u rumore di u scafu, è hè soprattuttu adupratu in navi di ricunniscenza è navi da crociera veloci. Pò esse adupratu cum'è timone in macchine è equipaggiamenti, alcuni dispositivi meccanichi speciali è sistemi di tubazioni. Inoltre, e corde di fibra di carbone à alta resistenza sò ancu largamente aduprate in cavi di navi da guerra navali è altri articuli militari.
1.2 Yacht civili
I grandi yacht sò generalmente di pruprietà privata è cari, chì necessitanu leggerezza, alta resistenza è durabilità. I cumposti di fibra di carbone ponu esse aduprati in i quadranti di strumenti è antenne di i yacht, timoni, è in strutture rinforzate cum'è ponti, cabine è paratie di e navi. U yacht cumpostu tradiziunale hè fattu principalmente di FRP, ma per via di a rigidità insufficiente, u scafu hè spessu troppu pesante dopu avè soddisfattu i requisiti di cuncepimentu di rigidità, è a fibra di vetru hè un cancerogenu, chì hè gradualmente pruibitu à l'esteru. A proporzione di cumposti di fibra di carbone aduprati in i yacht cumposti d'oghje hè aumentata significativamente, è alcuni anu ancu adupratu cumposti di fibra di carbone. Per esempiu, a doppia chiatta "Panama" di u super-yacht di Baltic, u scafu è u ponte sò intrecciati cù una pelle di fibra di carbone / resina epossidica, un favu d'ape Nomex è un core di schiuma strutturale CorecellTM, u scafu hè longu 60 m. Ma u pesu tutale hè solu 210 t. U Sunreef 80 Levante, un catamaranu in fibra di carbone custruitu da a sucietà polacca di catamarani Sunreef Yachts, usa cumposti sandwich di resina vinilestere, schiuma di PVC è cumposti in fibra di carbone. I boma di l'alberu sò cumposti in fibra di carbone persunalizati, è solu una parte di u scafu usa FRP. U pesu à vuoto hè solu 45t. Velocità elevata, bassu cunsumu di carburante è prestazioni eccellenti.
U yacht "Zhongke·Lianya" custruitu in u 2014 hè attualmente l'unicu yacht interamente in fibra di carbone in Cina. Hè un yacht verde fattu di una cumbinazione di fibra di carbone è resina epossidica. Hè 30% più ligeru di u listessu tipu di yacht in fibra di vetro è hà una resistenza più elevata, una velocità più rapida è un cunsumu di carburante più bassu.
Inoltre, i cavi è i cavi di u yacht utilizanu corde di fibra di carbone d'alta resistenza per assicurà a sicurezza. Siccomu a fibra di carbone hà un modulu di trazione più altu ch'è quellu di l'acciaiu è una resistenza à a trazione parechje volte o ancu decine di volte, è hà a pruprietà tessitura di a fibra, a corda di fibra di carbone hè aduprata cum'è materiale di basa, chì pò cumpensà a corda di filu d'acciaiu è a corda di polimeru organicu. Insufficiente.z
2. Applicazione in u sviluppu di l'energia marina
2.1 Campi di petroliu è di gasu sottumarini
In l'ultimi anni, i materiali cumposti di fibra di carbone sò diventati sempre più largamente utilizati in u campu di u sviluppu di u petroliu è di u gasu marinu. A corrosione in l'ambiente marinu, l'altu tagliu è u forte tagliu causatu da u flussu di corrente sottumessa di l'acqua imponenu esigenze strette nantu à a resistenza à a corrosione, a resistenza è e proprietà di fatica di u materiale. I cumposti di fibra di carbone anu vantaghji evidenti in termini di leggerezza, durata è anticorrosione in u sviluppu di campi petroliferi offshore: una piattaforma di perforazione à una prufundità d'acqua di 1500 m hà un cavu d'acciaio cù una massa di circa 6500 t, mentre chì a densità di u cumpostu di fibra di carbone hè d'acciaio ordinariu. 1/4, se u materiale cumpostu di fibra di carbone hè utilizatu per rimpiazzà una parte di l'acciaio, a capacità di carica di a piattaforma di perforazione serà significativamente ridutta è u costu di custruzzione di a piattaforma serà risparmiatu. U muvimentu alternativu di l'asta di pompa porterà facilmente à a fatica di u materiale per via di a pressione squilibrata trà l'acqua di mare è a pressione in l'internu di u tubu. A rottura è l'usu di materiale cumpostu di fibra di carbone ponu risolve stu prublema; per via di a resistenza à a corrosione di l'ambiente marinu, a so vita di serviziu in acqua di mare hè più longa di l'acciaio è a prufundità d'usu hè più profonda.
I cumposti di fibra di carbone ponu esse aduprati cum'è tubi di pozzi di pruduzzione, aste di pompaggio, serbatoi di almacenamiento, pipeline sottomarine, ponti, ecc. in piattaforme di perforazione di campi petroliferi. U prucessu di fabricazione hè divisu in un prucessu di pultrusione è un prucessu di avvolgimentu umitu. A pultrusione hè generalmente aduprata nantu à tubi cumuni è tubi di cunnessione. U metudu di avvolgimentu hè generalmente adupratu cum'è a superficia di u serbatoiu di almacenamiento è di u recipiente à pressione, è pò ancu esse adupratu in un tubu flessibile anisotropicu in u quale u materiale cumpostu di fibra di carbone hè avvoltu è dispostu à un angulu specificu in u stratu di armatura.
L'asta di pompaggio cuntinua in materiale cumpostu di fibra di carbone hè una struttura simile à un nastru simile à un film è hà una bona flessibilità. Produtta è applicata da i Stati Uniti in l'anni 1990. Hè fatta di fibra di carbone cum'è fibra di rinforzu è resina insaturata cum'è materiale di basa. Hè prodotta per prucessu di pultrusione dopu a polimerizazione reticolata à alta temperatura. Da u 2001 à u 2003, a Cina hà utilizatu una asta di pompaggio in fibra di carbone è una asta di pompaggio in acciaio ordinariu in u campu petroliferu à fasciu puru per fà un pilotu. L'usu di l'asta di pompaggio in fibra di carbone pò aumentà significativamente a pruduzzione di petroliu è riduce u caricu di u mutore, chì hè più efficiente energeticamente. Inoltre, l'asta di pompaggio cumpostu di fibra di carbone hè più resistente à a fatica è à a resistenza à a corrosione chè l'asta di pompaggio in acciaio, è hè più adatta per l'applicazione in u sviluppu di campi petroliferi sottumarini.
2.2 Energia eolica offshore
L'abbundanza di risorse eoliche in mare hè una zona impurtante per u sviluppu futuru è u campu u più avanzatu è esigente di a tecnulugia eolica. A costa di a Cina hè longa circa 1800 km è ci sò più di 6.000 isule. A costa sud-est è e regioni insulari sò ricche di risorse eoliche è facili da sviluppà. In l'ultimi anni, i sforzi per prumove u sviluppu di l'energia eolica offshore sò stati sustinuti da i dipartimenti pertinenti. Più di u 90% di u pesu di e pale eoliche hè custituitu da materiali cumposti. I forti venti in mare è a generazione di alta putenza sò destinati à richiede pale più grande è una migliore resistenza specifica è durabilità. Ovviamente, i materiali cumposti in fibra di carboniu ponu risponde à i requisiti di sviluppu di pale di generazione di energia à grande scala, leggere, ad alte prestazioni è à bassu costu, è sò più adatti per applicazioni marine chè i materiali cumposti in fibra di vetru.
I cumposti di fibra di carbone anu vantaghji significativi in a generazione di energia eolica marina. A pala cumposta di fibra di carbone hà una bassa qualità è una alta rigidità, è u modulu hè da 3 à 8 volte quellu di u pruduttu in fibra di vetru; l'umidità hè grande in l'ambiente marinu, u clima hè variabile, è u ventilatore funziona per 24 ore. A pala hà una bona resistenza à a fatica è pò resiste à u malu tempu. Migliora e prestazioni aerodinamiche di a pala è riduce u caricu nantu à a torre è l'asse, in modu chì a putenza di uscita di u ventilatore sia più liscia è più equilibrata, è l'efficienza energetica sia migliorata. E prestazioni conduttive, attraversu un cuncepimentu strutturale speciale, ponu evità efficacemente i danni causati da u fulmine nantu à a pala; riduce u costu di fabricazione è di trasportu di a pala di a turbina eolica; è anu caratteristiche di smorzamentu di vibrazioni.
3. Applicazioni di ingegneria marina
I materiali cumposti di fibra di carbone sò usati in l'edifizii di ingegneria marina. Utilizanu principalmente e caratteristiche di leggerezza, alta resistenza è resistenza à a corrosione, è rimpiazzanu i materiali di custruzzione tradiziunali in acciaio in forma di tendini è parti strutturali per risolve u prublema di l'altu costu di trasportu di l'erosione di l'acqua di mare, l'acciaio è u trasportu. Hè statu applicatu à l'edifizii di scogliere isulane offshore, banchine, piattaforme galleggianti, torri di luce, ecc. L'usu di cumposti di fibra di carbone per u restauramentu ingegneristicu hà cuminciatu in l'anni 1980, è a Mitsubishi Chemical Corporation di u Giappone hà pigliatu a guida in a ricerca di e proprietà meccaniche di i cumposti di fibra di carbone è a so applicazione in u rinforzu ingegneristicu. L'attenzione iniziale di a ricerca era nantu à u rinforzu di travi di cimentu armatu utilizendu cumposti di fibra di carbone, chì dopu si sò evoluti in rinforzu è rinfurzamentu di varie ingegnerie civili. A riparazione di piattaforme petrolifere offshore è porti cù cumposti di fibra di carbone hè solu un aspettu di a so applicazione. Ci sò parechji documenti cunnessi. Vale a pena menziunà chì a cumpagnia americana DFI hà utilizatu barre di fibra di carbone per riparà u terminal di Pearl Harbor di a Marina. À quellu tempu, i tecnichi anu utilizatu barre innovative in fibra di carbone per riparà u rinforzu. U banchine riparatu cù barre di fibra di carbone pò sustene 9t d'acciaio da 2,5 m d'altezza. Casca senza esse dannighjatu, è l'effettu di miglioramentu hè evidente.
In quantu à l'applicazione di cumposti di fibra di carbone in l'ingegneria marina, ci hè ancu un tipu di riparazione è rinforzu di tubazioni o colonne sottomarine. I metudi tradiziunali di manutenzione cum'è a saldatura, u miglioramentu di e saldature, i morsetti, a stuccatura, ecc. anu e so limitazioni, è l'usu di sti metudi hè più limitatu in l'ambiente marinu. A riparazione di cumposti di fibra di carbone hè principalmente fatta di materiali di resina ad alta resistenza è ad alta adesione cum'è u tissutu di fibra di carbone è a resina epossidica, chì sò aderiti à a superficia di riparazione, dunque hè fina è ligera, ad alta resistenza, bona in durabilità, pratica in custruzzione è adattabile à diverse forme. Hà un vantaghju significativu.
Data di publicazione: 23 di marzu di u 2019