Süsinikkiust komposiitmaterjal on kiudtugevdatud materjal, mis on valmistatud süsinikkiust ja vaigust, metallist, keraamikast ja muudest maatriksitest. Tänu oma kergele kaalule, suurele tugevusele, kõrgele temperatuuritaluvusele jne on seda viimastel aastatel laialdaselt kasutatud lennunduses, spordis ja vaba aja veetmises, kiirraudteel. Autotööstuses ja tsiviilehituses. Süsinikkiust komposiitmaterjalidel on suurepärane väsimuskindlus, korrosioonikindlus ja suurepärased konstruktsiooniomadused tänu suurele tugevusele ja kõrgele tõmbetugevusele, mis muudab need sobivaks merendusrakendusteks, kus materjali omadustele esitatakse erinõudeid. Jälgige. Viimastel aastatel on süsinikkiust komposiidid mänginud üha olulisemat rolli laevaehituses, avamereenergia arendamises ja laevatehnika remondis.
1. Taotlus pardal
Süsinikkiust komposiitmaterjalidel on traditsiooniliste laevaehitusmaterjalide ees loomulik eelis. Esiteks on süsinikkiust komposiitidel head mehaanilised omadused. Kere on valmistatud kerge kaalu ja väikese kütusekuluga ning ehitusprotsess on suhteliselt lihtne, tsükkel lühike ja vormimine mugav, seega on ehitus- ja hoolduskulud palju madalamad kui teraslaeval. Samal ajal, kuna süsinikkiu ja vaigumaatriksi vaheline liides suudab tõhusalt vältida pragude levikut, on materjalil hea väsimuskindlus; lisaks on süsinikkiust pinna keemilise inertsuse tõttu kere omadused, mis muudavad selle veeorganismidele epifüütseks ja korrosioonikindlaks, mis on ka laevaehituse jaoks oluline tegur. See on materjalide valikul üks olulisemaid tegureid. Seetõttu on süsinikkiust komposiitmaterjalidel laevaehituses ainulaadsed ja terviklikud jõudluse eelised ning neid kasutatakse nüüd selles valdkonnas laialdaselt. Samal ajal on süsinikkiust tööstuse arengut edendatud rakendusvaldkonna laienemisest.
1.1 Sõjalaevad
Süsinikkiust komposiitidel on head akustilised, magnetilised ja elektrilised omadused: need on läbipaistvad, heli läbilaskvad ja mittemagnetilised, seega saab neid kasutada sõjalaevade varjestusvõime parandamiseks. Komposiitmaterjalide kasutamine laeva pealisehituses mitte ainult ei vähenda kere kaalu, vaid edastab ja võtab vastu ka elektromagnetlaineid etteantud sagedusel, varjestades vahekihti integreeritud sagedusselektiivset kihti, et varjestada vaenlase radari elektromagnetlaineid. Näiteks Norra mereväe poolt 1999. aastal ehitatud „skjold” klassi ristleja kasutas võileivakomposiiti, mis koosnes polüvinüülkloriidvahtsüdamikust, klaaskiust ja süsinikkiust vahekihist. See konstruktsioon mitte ainult ei paranda tugevuse ja kaalu suhet, vaid on ka hea löögikindlusega. See jõudlus parandab oluliselt ka madala magnetvälja, infrapunakiirguse ja radarivastase skaneerimise omadusi. Rootsi Visby klassi fregatid, mis võeti kasutusele 2000. aastal, kasutavad kõik süsinikkiust komposiitmaterjale, millel on spetsiaalsed kaalu vähendamise, radari ja infrapunase topeltvarjestusvõime funktsioonid.
Süsinikkiust tugevdatud komposiitmastide kasutamine laevadel on järk-järgult esile kerkinud. LPD-17 laev, mis võeti Ameerika Ühendriikides kasutusele 2006. aastal, kasutab süsinikkiust/Balsa südamikust täiustatud komposiitmasti. Erinevalt algsest avatud mastist kasutab LPD-17 uut täielikult suletud masti/andurisüsteemi (AEM/S). Selle süsinikkiust komposiitmasti ülemine osa katab sagedusselektiivset pinnamaterjali (FSS), mis laseb läbi kindla sagedusega laineid, ja alumine pool peegeldab radarilaineid või neelab neid radarisignaale neelavad materjalid. Seetõttu on sellel head radari varjamis- ja avastamisfunktsioonid. Lisaks on konstruktsioonis ühtlaselt ühendatud mitmesugused antennid ja nendega seotud seadmed, mis ei ole kergesti korrodeeruv ja soodustab seadmete hooldust. Euroopa merevägi on välja töötanud sarnase suletud integreeritud andurimasti, mis on valmistatud nanokiust valmistatud klaaskiust koos süsinikkiuga tugevdusena. See võimaldab erinevatel radarikiirtel ja sidesignaalidel üksteisega segamatult läbi minna ning kadu on äärmiselt väike. 2006. aastal kasutati seda tipptehnoloogiaga mastiga sularahaautomaati Briti mereväe lennukikandjal "Royal Ark".
Süsinikkiust komposiitmaterjale saab kasutada ka laeva muudes aspektides. Näiteks saab seda kasutada propelleri ja propulsioonivõlli süsteemina propulsioonisüsteemis, et leevendada kere vibratsiooniefekte ja müra, ning seda kasutatakse enamasti luurelaevadel ja kiirkruiisilaevadel. Seda saab kasutada masinate ja seadmete, mõnede spetsiaalsete mehaaniliste seadmete ja torustike tüürina. Lisaks kasutatakse ülitugevaid süsinikkiust köisi laialdaselt ka mereväe sõjalaevade kaablites ja muudes sõjalistes esemetes.
1.2 Tsiviiljahid
Suured jahid on üldiselt eraomandis ja kallid, nõudes kerget kaalu, suurt tugevust ja vastupidavust. Süsinikkiust komposiite saab kasutada jahtide näidikute ja antennide, tüüride ning tugevdatud konstruktsioonide, näiteks tekkide, kajutite ja laevade vaheseinte jaoks. Traditsiooniline komposiitjaht on peamiselt valmistatud FRP-st, kuid ebapiisava jäikuse tõttu on kere pärast jäikuse projekteerimisnõuete täitmist sageli liiga raske ning klaaskiud on kantserogeen, mis on välismaal järk-järgult keelustatud. Tänapäeva komposiitjahtides kasutatavate süsinikkiust komposiitide osakaal on märkimisväärselt suurenenud ja mõned on isegi kasutanud süsinikkiust komposiite. Näiteks Balticu superjahi "Panama" kahekordsel praamil on kere ja tekk kaetud süsinikkiust/epoksüvaigust naha, Nomex® kärgstruktuuri ja Corecell™ struktuurvahust südamikuga ning kere pikkus on 60 m. Kuid kogukaal on vaid 210 tonni. Poola katamaraanifirma Sunreef Yachtsi ehitatud süsinikkiust katamaraan Sunreef 80 Levante kasutab vinüülestervaigust sandwich-komposiite, PVC-vahtu ja süsinikkiust komposiite. Mastipoomid on valmistatud eritellimusel valmistatud süsinikkiust komposiitidest ja ainult osa kerest on valmistatud FRP-st. Tühikaal on vaid 45 tonni. Suur kiirus, väike kütusekulu ja suurepärane jõudlus.
2014. aastal ehitatud jaht „Zhongke·Lianya” on praegu Hiina ainus täielikult süsinikkiust jaht. See on keskkonnasõbralik jaht, mis on valmistatud süsinikkiu ja epoksüvaigu kombinatsioonist. See on 30% kergem kui sama tüüpi klaaskiust jaht ning sellel on suurem tugevus, suurem kiirus ja väiksem kütusekulu.
Lisaks kasutatakse jahi kaablites ja trossides ohutuse tagamiseks ülitugevaid süsinikkiust trosse. Kuna süsinikkiu tõmbemoodul on terase omast suurem ja tõmbetugevus mitu või isegi kümneid kordi suurem ning sellel on kiu kootud omadus, kasutatakse süsinikkiust trossi alusmaterjalina, mis võib asendada terastrossi ja orgaanilise polümeeri trossi. Ebapiisav.z
2. Rakendamine mereenergia arendamisel
2.1 Allveelaevade nafta- ja gaasiväljad
Viimastel aastatel on süsinikkiust komposiitmaterjale üha laialdasemalt kasutatud mere nafta- ja gaasitööstuses. Merekeskkonna korrosioon, suur nihkejõud ja vee alavoolust tingitud tugev nihkejõud seavad materjali korrosioonikindlusele, tugevusele ja väsimusomadustele ranged nõuded. Süsinikkiust komposiitidel on ilmsed eelised kerguse, vastupidavuse ja korrosioonikindluse osas avamere naftaväljade arendamisel: 1500 m sügavusel asuval puurplatvormil on umbes 6500 tonni kaaluv teraskaabel, samas kui süsinikkiust komposiidi tihedus on tavaline teras. Kui süsinikkiust komposiitmaterjali kasutatakse terase osa asendamiseks 1/4 ulatuses, väheneb puurplatvormi kandevõime oluliselt ja platvormi ehituskulud säästetakse. Imemisvarda edasi-tagasi liikumine põhjustab kergesti materjali väsimust merevee ja toru sees oleva rõhu tasakaalustamatuse tõttu. Süsinikkiust komposiitmaterjali purustamine ja kasutamine võib selle probleemi lahendada; merevee keskkonna korrosioonikindluse tõttu on selle kasutusiga merevees pikem kui terasel ja kasutussügavus on suurem.
Süsinikkiust komposiitmaterjale saab kasutada naftaväljade puurplatvormidel tootmiskaevude torude, imemisvarraste, mahutite, allveelaevade torujuhtmete, tekkide jms jaoks. Tootmisprotsess jaguneb pultrusiooniprotsessiks ja märgmähise protsessiks. Pultrusiooni kasutatakse tavaliselt tavaliste torude ja ühendustorude puhul. Mähisemeetodit kasutatakse tavaliselt mahuti ja surveanuma pinnakattena ning seda saab kasutada ka anisotroopsetes painduvates torudes, kus süsinikkiust komposiitmaterjal on keritud ja paigutatud soomuskihis kindla nurga all.
Süsinikkiust komposiitmaterjalist pidev imemisvarras on kilega sarnane lintjas struktuur ja hea painduvusega. Ameerika Ühendriigid tootsid ja võtsid selle kasutusele 1990. aastatel. See on valmistatud süsinikkiust armeerimiskiu ja küllastumata vaigu baasmaterjalina. See toodetakse pultrusiooniprotsessi abil pärast kõrgel temperatuuril ristseotud kõvenemist. Aastatel 2001–2003 kasutas Hiina puhta talaga naftaväljadel süsinikkiust imemisvarda ja tavalist terasest imemisvarda pilootmootori valmistamiseks. Süsinikkiust imemisvarda kasutamine võib oluliselt suurendada õli toodangut ja vähendada mootori koormust, mis on energiatõhusam. Lisaks on süsinikkiust komposiitmaterjalist imemisvarras väsimus- ja korrosioonikindlam kui terasest imemisvarras ning sobib paremini veealuste naftaväljade arendamiseks.
2.2 Avamere tuuleenergia
Mere rikkalikud tuuleenergiaressursid on oluline valdkond tulevaseks arenguks ning tuuleenergiatehnoloogia kõige arenenum ja nõudlikum valdkond. Hiina rannajoon on umbes 1800 km pikk ja seal on üle 6000 saare. Kagurannik ja saared on tuuleressursside poolest rikkad ja neid on lihtne arendada. Viimastel aastatel on asjaomased osakonnad toetanud jõupingutusi avamere tuuleenergia arendamise edendamiseks. Üle 90% tuuleenergia labade kaalust koosneb komposiitmaterjalidest. Suured meretuuled ja suur energiatootmine nõuavad suuremaid labasid ning paremat eritugevust ja vastupidavust. Ilmselgelt vastavad süsinikkiust komposiitmaterjalid suuremahuliste, kergete, suure jõudlusega ja odavate energiatootmislabade arendamise nõuetele ning sobivad merendusrakendusteks paremini kui klaaskiust komposiitmaterjalid.
Süsinikkiust komposiitmaterjalidel on meretuuleenergia tootmisel märkimisväärsed eelised. Süsinikkiust komposiitmaterjalist labal on madal kvaliteet ja kõrge jäikus ning moodul on 3–8 korda suurem kui klaaskiust tootel; merekeskkonnas on suur õhuniiskus, kliima on muutlik ja ventilaator töötab 24 tundi. Labal on hea väsimuskindlus ja see peab vastu halvale ilmale. See parandab laba aerodünaamilisi omadusi ja vähendab torni ja telje koormust, nii et ventilaatori väljundvõimsus on sujuvam ja tasakaalustatum ning energiatõhusus paraneb. Spetsiaalse konstruktsioonilahenduse abil saavutatav juhtivus aitab tõhusalt vältida välgulöögi tekitatud kahjustusi labale; vähendab tuuleturbiini laba tootmis- ja transpordikulusid; ning sellel on vibratsioonisummutusomadused.
3. Meretehnika rakendused
Süsinikkiust komposiitmaterjale kasutatakse mereehitushoonetes. Need kasutavad peamiselt kerget kaalu, suurt tugevust ja korrosioonikindlust ning asendavad traditsioonilisi terasest ehitusmaterjale kõõluste ja konstruktsiooniosade kujul, et lahendada merevee erosioonist tingitud terase ja transpordi kõrgete transpordikulude probleemi. Neid on rakendatud avamere saarte riffihoonete, dokkide, ujuvplatvormide, valgustornide jms jaoks. Süsinikkiust komposiitide kasutamine inseneritööde restaureerimisel algas 1980. aastatel ja Jaapani ettevõte Mitsubishi Chemical Corporation võttis juhtrolli süsinikkiust komposiitide mehaaniliste omaduste ja nende rakendamise uurimisel inseneritööde tugevdamisel. Esialgne uurimistöö keskendus raudbetoontalade tugevdamisele süsinikkiust komposiitide abil, mis hiljem arenes välja mitmesuguste tsiviilehitustööde tugevdamiseks ja tugevdamiseks. Avamere naftaplatvormide ja sadamate remont süsinikkiust komposiitidega on vaid üks selle rakenduse aspekt. Sellega seotud dokumente on palju. Tasub mainida, et USA DFI ettevõte kasutas süsinikkiust vardaid mereväe Pearl Harbori terminali remondiks. Sel ajal kasutasid tehnikud armatuuri parandamiseks uuenduslikke süsinikkiust vardaid. Süsinikkiust vardaga remonditud dokk talub 9t terast 2,5 m kõrguselt. See kukub maha kahjustamata ja tugevdusefekt on ilmne.
Mis puutub süsinikkiust komposiitide rakendamisse meretehnikas, siis on olemas ka allveelaevade torustike või sammaste remont ja tugevdamine. Traditsioonilistel hooldusmeetoditel, nagu keevitamine, keevisõmbluse parandamine, klambrid, tsementeerimine jne, on omad piirangud ja nende meetodite kasutamine merekeskkonnas on piiratum. Süsinikkiust komposiitide remonti tehakse peamiselt ülitugevatest ja kõrge kleepuvusega vaigumaterjalidest, nagu süsinikkiust riie ja epoksüvaik, mis kleepuvad parandatavale pinnale, mistõttu on see õhuke ja kerge, ülitugev, hea vastupidavusega, mugava konstruktsiooniga ja kohandatav erinevatele kujudele. Sellel on märkimisväärne eelis.
Postituse aeg: 23. märts 2019