Kulfiberkompositmateriale er et fiberforstærket materiale lavet af kulfiber og harpiks, metal, keramik og andre matrixer. På grund af dets lette vægt, høje styrke, høje temperaturbestandighed osv. har det i de senere år været meget anvendt inden for luftfart, sport og fritid samt højhastighedstog. Inden for biler og anlægsarbejder har kulfiberkompositmaterialer fremragende træthedsbestandighed, korrosionsbestandighed og fremragende konstruktionsegenskaber på grund af høj styrke og høj styrke, hvilket gør det velegnet til marine applikationer med særlige krav til materialeegenskaber. I de senere år har kulfiberkompositter spillet en stadig vigtigere rolle inden for skibsbygning, offshore energiudvikling og reparation af marineteknik.
1. Ansøgning om bord
Kulfiberkompositter har en naturlig fordel i forhold til traditionelle skibsbygningsmaterialer. For det første har kulfiberkompositter gode mekaniske egenskaber. Skroget er fremstillet med de lette egenskaber og lavt brændstofforbrug, og byggeprocessen er relativt enkel, cyklussen er kort, og støbningen er praktisk, så bygge- og vedligeholdelsesomkostningerne er meget lavere end for stålskibe. Samtidig har materialet god træthedsbestandighed, da grænsefladen mellem kulfiberen og harpiksmatrixen effektivt kan forhindre revneudbredelse. Derudover har skroget på grund af kulfiberoverfladens kemiske inertitet de egenskaber, at vandlevende organismer er vanskelige at epifytisere og korrosionsbestandige, hvilket også er en af de vigtigste faktorer ved valg af materialer. Derfor har kulfiberkompositmaterialer unikke omfattende ydeevnefordele inden for skibsbygning og anvendes nu i vid udstrækning på dette område. Samtidig er udviklingen af kulfiberindustrien blevet fremmet fra udvidelsen af anvendelsesområdet.
1.1 Militærskibe
Kulfiberkompositter har gode akustiske, magnetiske og elektriske egenskaber: de er transparente, lydgennemtrængelige og ikke-magnetiske, så de kan bruges til at forbedre krigsskibes stealth-præstationer. Brugen af kompositmaterialer i skibets overbygning reducerer ikke kun skrogets vægt, men transmitterer og modtager også elektromagnetiske bølger ved en forudbestemt frekvens ved at afskærme det frekvensselektive lag, der er indlejret i mellemlaget, for at afskærme fjendens radar mod elektromagnetiske bølger. For eksempel brugte krydseren af "skjold"-klassen, der blev bygget af den norske flåde i 1999, en sandwichkomposit bestående af et kernelag af polyvinylchloridskum, glasfiber og kulfibermellemlag. Dette design forbedrer ikke kun forholdet mellem styrke og vægt, men har også god slagfasthed. Ydeevnen forbedrer også i høj grad egenskaberne ved lavmagnetisk, anti-infrarød og anti-radar-scanning. De svenske fregatter af Visby-klassen, der blev taget i brug i 2000, bruger alle kulfiberkompositmaterialer, som har særlige funktioner til vægtreduktion, radar og infrarød dobbelt stealth.
Anvendelsen af kulfiberforstærkede kompositmaster på skibe er gradvist kommet i spil. LPD-17-skibet, der blev taget i brug i USA i 2006, bruger en avanceret kompositmast med kulfiber/balsa-kerne. I modsætning til den originale åbne mast bruger LPD-17 et nyt fuldt lukket mast-/sensorsystem (AEM/S). Den øverste del af denne kulfiberkompositmast dækker det frekvensselektive overflademateriale (FSS), der tillader bølger med en specifik frekvens at passere igennem, og den nederste halvdel kan reflektere radarbølger eller absorberes af radarabsorberende materialer. Derfor har den gode radardetekterings- og stealth-funktioner. Derudover er forskellige antenner og relateret udstyr ensartet kombineret i strukturen, hvilket ikke let korroderer og er mere befordrende for vedligeholdelsen af udstyret. Den europæiske flåde har udviklet en lignende lukket integreret sensormast lavet af nanofiberfremstillet glasfiber kombineret med kulfiber som forstærkning. Den tillader forskellige radarstråler og kommunikationssignaler at passere uforstyrret sammen, og tabet er ekstremt lavt. I 2006 blev denne avancerede teknologiske mast-hæveautomat brugt på den britiske flådes hangarskib "Royal Ark".
Kulfiberkompositter kan også bruges i andre aspekter af skibet. For eksempel kan det bruges som propel- og fremdriftsakselsystem i fremdriftssystemet for at afbøde vibrationseffekter og støj fra skroget og bruges mest i rekognosceringsskibe og hurtige krydstogtskibe. Det kan bruges som ror i maskiner og udstyr, nogle specielle mekaniske anordninger og rørsystemer. Derudover bruges højstyrketov af kulfiber også i vid udstrækning i kabler til krigsskibe og andre militære genstande.
1.2 Civile yachter
Store yachter er generelt privatejede og dyre, hvilket kræver let vægt, høj styrke og holdbarhed. Kulfiberkompositter kan bruges i yachters instrumentskiver og antenner, ror og i forstærkede strukturer såsom dæk, kahytter og skibsskotter. Den traditionelle komposityacht er hovedsageligt lavet af FRP, men på grund af utilstrækkelig stivhed er skroget ofte for tungt efter at have opfyldt stivhedsdesignkravene, og glasfiber er et kræftfremkaldende stof, som gradvist er forbudt i udlandet. Andelen af kulfiberkompositter, der anvendes i nutidens komposityachter, er steget betydeligt, og nogle har endda brugt kulfiberkompositter. For eksempel er Baltics superyacht "Panama" dobbeltpram, hvor skrog og dæk er klemt inde med kulfiber/epoxyharpikshud, Nomex honeycomb og CorecellTM strukturskumkerne, og skroget er 60 m langt. Men den samlede vægt er kun 210 t. Sunreef 80 Levante, en kulfiberkatamaran bygget af den polske katamaran Sunreef Yachts, bruger vinylesterharpiks-sandwichkompositter, PVC-skum og kulfiberkompositter. Mastebommene er specialfremstillede kulfiberkompositter, og kun en del af skroget bruger FRP. Vægten uden last er kun 45 tons. Høj hastighed, lavt brændstofforbrug og fremragende ydeevne.
Yachten "Zhongke·Lianya", der blev bygget i 2014, er i øjeblikket den eneste yacht i Kina, der er lavet udelukkende i kulfiber. Det er en grøn yacht lavet af en kombination af kulfiber og epoxyharpiks. Den er 30 % lettere end den samme type glasfiberyacht og har højere styrke, hurtigere hastighed og lavere brændstofforbrug.
Derudover bruger yachtens kabler og kabler højstyrke kulfibertov for at sikre sikkerheden. Da kulfiber har et trækmodul, der er højere end stål og en trækstyrke, der er flere gange eller endda ti gange højere, og har fiberens vævede egenskaber, bruges kulfibertov som basismateriale, der kan kompensere for ståltov og organisk polymertov. Utilstrækkelig.z
2. Anvendelse i udvikling af havenergi
2.1 Undersøiske olie- og gasfelter
I de senere år er kulfiberkompositmaterialer blevet mere og mere udbredt inden for marin olie- og gasudvikling. Korrosion i havmiljøet, høj forskydning og stærk forskydning forårsaget af understrøm af vandet stiller strenge krav til materialets korrosionsbestandighed, styrke og udmattelsesegenskaber. Kulfiberkompositter har åbenlyse fordele i forhold til let, holdbarhed og korrosionsbeskyttende egenskaber i udviklingen af offshore oliefelter: en boreplatform på 1500 m vanddybde har et stålkabel med en masse på omkring 6500 t, mens kulfiberkompositdensiteten er almindelig stål. 1/4, hvis kulfiberkompositmaterialet bruges til at erstatte en del af stålet, vil boreplatformens lasteevne blive betydeligt reduceret, og platformens byggeomkostninger vil blive sparet. Sugestangens frem- og tilbagegående bevægelse vil let føre til materialetræthed på grund af det ubalancerede tryk mellem havvandet og trykket inde i røret. Brud og brug af kulfiberkompositmateriale kan løse dette problem; På grund af korrosionsbestandigheden i havvandsmiljøet er dens levetid i havvand længere end stål, og brugsdybden er dybere.
Kulfiberkompositter kan bruges som produktionsbrøndrør, sugestang, lagertanke, undersøiske rørledninger, dæk osv. på oliefeltsboreplatforme. Fremstillingsprocessen er opdelt i en pultruderingsproces og en vådviklingsproces. Pultrudering anvendes generelt på almindelige rør og forbindelsesrør. Viklingsmetoden anvendes generelt som overflade på lagertanken og trykbeholderen, og kan også bruges i et anisotropisk fleksibelt rør, hvor kulfiberkompositmaterialet er viklet og arrangeret i en bestemt vinkel i panserlaget.
Den kontinuerlige sugestang af kulfiberkompositmateriale har en båndlignende struktur, der ligner film, og har god fleksibilitet. Den blev produceret og anvendt i USA i 1990'erne. Den er lavet af kulfiber som forstærkende fiber og umættet harpiks som basismateriale. Den er produceret ved pultruderingsproces efter tværbinding og hærdning ved høj temperatur. Fra 2001 til 2003 brugte Kina en kulfibersugestang og en almindelig stålsugestang i renstråle-oliefeltet til at lave en pilot. Brugen af kulfibersugestang kan øge olieproduktionen betydeligt og reducere motorbelastningen, hvilket er mere energieffektivt. Desuden er kulfiberkompositsugestangen mere modstandsdygtig over for træthed og korrosionsbestandighed end stålsugestangen og er mere egnet til anvendelse i udviklingen af undersøiske oliefelter.
2.2 Offshore vindkraft
De rigelige vindkraftressourcer på havet er et vigtigt område for fremtidig udvikling og det mest avancerede og krævende felt inden for vindkraftteknologi. Kinas kystlinje er omkring 1800 km lang, og der er mere end 6.000 øer. Sydøstkysten og øregionerne er rige på vindkraftressourcer og nemme at udvikle. I de senere år er bestræbelserne på at fremme udviklingen af offshore vindkraft blevet støttet af relevante afdelinger. Mere end 90% af vægten af vindkraftvinger består af kompositmaterialer. Store vinde på havet og høj elproduktion vil uundgåeligt kræve større vinger og bedre specifik styrke og holdbarhed. Kulfiberkompositmaterialer kan naturligvis opfylde kravene til udvikling af store, lette, højtydende og billige elproduktionsvinger og er mere egnede til marine anvendelser end glasfiberkompositmaterialer.
Kulfiberkompositter har betydelige fordele inden for marin vindkraftproduktion. Kulfiberkompositvinger har lav kvalitet og høj stivhed, og modulet er 3 til 8 gange så højt som glasfiberprodukter; fugtigheden er høj i det marine miljø, klimaet er omskifteligt, og ventilatoren arbejder i 24 timer. Vingen har god træthedsmodstand og kan modstå dårligt vejr. Det forbedrer vingens aerodynamiske ydeevne og reducerer belastningen på tårnet og akslen, så ventilatorens udgangseffekt er jævnere og mere afbalanceret, og energieffektiviteten forbedres. Den ledende ydeevne, gennem et specielt strukturelt design, kan effektivt undgå skader forårsaget af lynnedslag på vingen; reducere fremstillings- og transportomkostningerne for vindmøllevinger; og har vibrationsdæmpende egenskaber.
3. Marintekniske applikationer
Kulfiberkompositmaterialer anvendes i maritime bygninger. De bruger primært egenskaber som let vægt, høj styrke og korrosionsbestandighed og erstatter traditionelle stålbyggematerialer i form af sener og strukturelle dele for at løse problemet med høje transportomkostninger for stål og transport, der er forårsaget af havvandserosion. Det er blevet anvendt i offshore ø-revbygninger, dokker, flydende platforme, lystårne osv. Brugen af kulfiberkompositter til restaurering af ingeniørarbejde begyndte i 1980'erne, og Mitsubishi Chemical Corporation fra Japan tog føringen i forskningen i de mekaniske egenskaber ved kulfiberkompositter og deres anvendelse i ingeniørforstærkning. Det indledende forskningsfokus var på forstærkning af armerede betonbjælker ved hjælp af kulfiberkompositter, som senere udviklede sig til forstærkning og forstærkning af forskellige anlægsarbejder. Reparation af offshore olieplatforme og havne med kulfiberkompositter er kun ét aspekt af dets anvendelse. Der er mange relaterede dokumenter. Det er værd at nævne, at det amerikanske DFI-firma brugte kulfiberstænger til at reparere flådens Pearl Harbor-terminal. På det tidspunkt brugte teknikerne innovative kulfiberstænger til at reparere forstærkningen. Den reparerede dok af kulfiberstænger kan modstå 9t stål fra 2,5 m højde. Den falder af uden at blive beskadiget, og forstærkningseffekten er tydelig.
Hvad angår anvendelsen af kulfiberkompositter i maritim teknik, findes der også en form for reparation og forstærkning af undersøiske rørledninger eller søjler. Traditionelle vedligeholdelsesmetoder såsom svejsning, svejseforbedring, klemmer, fugning osv. har deres egne begrænsninger, og brugen af disse metoder er mere begrænset i havmiljøet. Reparation af kulfiberkompositter er hovedsageligt lavet af højstyrke og højklæbende harpiksmaterialer såsom kulfiberdug og epoxyharpiks, der klæbes til reparationsoverfladen, så det er tyndt og let, højstyrke, god holdbarhed, praktisk i konstruktionen og kan tilpasses forskellige former. Det har en betydelig fordel.
Opslagstidspunkt: 23. marts 2019