Karbono-zuntz konposatu materiala zuntz indartuzko materiala da, karbono-zuntzez eta erretxinez, metalez, zeramikaz eta beste matrize batzuez egina. Bere pisu arina, erresistentzia handia, tenperatura altuko erresistentzia eta abarrengatik, azken urteotan asko erabili da aeroespazialean, kiroletan eta aisialdian, abiadura handiko trenbideetan. Automobilgintza eta ingeniaritza zibilaren arloetan. Karbono-zuntz konposatu materialek nekearekiko erresistentzia bikaina dute, korrosioarekiko erresistentzia eta eraikuntza-errendimendu bikaina dute erresistentzia handiari eta sendotasunari esker, eta horrek itsas aplikazioetarako egokiak bihurtzen ditu, materialaren propietateei buruzko eskakizun bereziak dituztenak. Kontuz ibili. Azken urteotan, karbono-zuntz konposatuek gero eta garrantzi handiagoa izan dute ontzigintzan, itsasertzeko energiaren garapenean eta itsas ingeniaritzaren konponketan.
1. Ontzian aplikatzea
Karbono-zuntzezko konpositeek abantaila naturala dute ohiko ontzigintzako materialen aldean. Lehenik eta behin, karbono-zuntzezko konpositeek propietate mekaniko onak dituzte. Kroskoa pisu arina eta erregai-kontsumo txikiko ezaugarriekin fabrikatzen da, eta eraikuntza-prozesua nahiko sinplea da, zikloa laburra da eta moldeaketa erosoa da, beraz, eraikuntza eta mantentze-kostua altzairuzko itsasontziarena baino askoz txikiagoa da. Aldi berean, karbono-zuntzaren eta erretxina-matrizearen arteko interfazeak pitzadurak hedatzea eraginkortasunez eragotzi dezakeenez, materialak nekearekiko erresistentzia ona du; gainera, karbono-zuntzezko gainazalaren inertzia kimikoari esker, kroskoak uretako organismoentzat zaila den epifitikoa eta korrosioarekiko erresistentea den ezaugarriak ditu, eta hori ere itsasontziaren eraikuntza da. Materialak hautatzerakoan faktore garrantzitsuenetako bat. Hori dela eta, karbono-zuntzezko konposite materialek errendimendu-abantaila integral paregabeak dituzte ontzigintzan, eta orain asko erabiltzen dira arlo honetan. Aldi berean, karbono-zuntzezko industriaren garapena sustatu da aplikazio-eremuaren hedapenetik.
1.1 Itsasontzi militarrak
Karbono-zuntzezko konpositeek propietate akustiko, magnetiko eta elektriko onak dituzte: gardenak, soinuarekiko iragazkorrak eta ez-magnetikoak dira, beraz, gerraontzien errendimendu ezkutua hobetzeko erabil daitezke. Ontziaren gainegituran material konposatuak erabiltzeak ez du soilik kroskoaren pisua murrizten, baita uhin elektromagnetikoak maiztasun jakin batean transmititu eta jasotzen ere, tarteko geruzan txertatutako maiztasun-hautaketa geruza babestuz etsaiaren radar uhin elektromagnetikoak babesteko. Adibidez, Norvegiako Itsas Armadak 1999an eraikitako "skjold" klaseko gurutzontzian ogitarteko konposite bat erabili zen, polibinil klorurozko apar-nukleo geruza batez, beira-zuntzez eta karbono-zuntzez osatutakoa. Diseinu honek ez du soilik erresistentzia-pisu erlazioa hobetzen, baita inpaktuarekiko erresistentzia ona ere. Errendimenduak eskaneatze magnetiko baxuko, infragorri-kontrako eta radar-kontrako ezaugarriak ere asko hobetzen ditu. 2000. urtean martxan jarri ziren Suediako Visby klaseko fragatek guztiek karbono-zuntzezko konposite materialak erabiltzen dituzte, eta hauek pisua murrizteko, radarra egiteko eta infragorri bikoitzeko funtzio bereziak dituzte.
Karbono-zuntzez indartutako konposite-masten aplikazioa itsasontzietan pixkanaka agertu da. 2006an Estatu Batuetan martxan jarri zen LPD-17 ontziak karbono-zuntzez/Balsa nukleoko konposite-masta aurreratu bat erabiltzen du. Jatorrizko masta irekiaren aldean, LPD-17ak masta/sentsore-sistema guztiz itxi berri bat erabiltzen du (AEM/S), karbono-zuntzez konposite-masta honen goiko zatiak maiztasun-hautaketarako gainazaleko materiala (FSS) estaltzen du, maiztasun espezifiko bat duten uhinak igarotzea ahalbidetuz, eta beheko erdiak radar-uhinak islatu edo radar-xurgatzaile materialek xurgatu dezakete. Hori dela eta, radar-isilpekotasun eta detekzio-funtzio onak ditu. Horrez gain, hainbat antena eta erlazionatutako ekipamendu uniformeki konbinatzen dira egituran, eta hori ez da erraz korroditzen, eta ekipamenduaren mantentze-lanetarako egokiagoa da. Europako Itsas Armadak antzeko sentsore-masta itxi integratu bat garatu du, nanofibraz egindako beira-zuntzez eta karbono-zuntzez errefortzu gisa konbinatuta egina. Hainbat radar-izpi eta komunikazio-seinale elkarren artean trabarik gabe igarotzea ahalbidetzen du, eta galera oso txikia da. 2006an, teknologia aurreratuko masta hau Britainiar Itsas Armadaren "Royal Ark" hegazkin-ontzian erabili zen.
Karbono-zuntzezko konpositeak itsasontziaren beste alderdi batzuetan ere erabil daitezke. Adibidez, propultsio-sisteman helize eta propultsio-ardatz sistema gisa erabil daitezke kroskoaren bibrazio-efektuak eta zarata arintzeko, eta gehienbat errekonozimendu-ontzietan eta itsasontzi azkarretan erabiltzen da. Makineria eta ekipamenduetan lema gisa, gailu mekaniko berezi batzuetan eta hodi-sistemetan erabil daiteke. Horrez gain, erresistentzia handiko karbono-zuntzezko sokak ere asko erabiltzen dira gerraontzien kableetan eta beste elementu militar batzuetan.
1.2 Itsasontzi zibilak
Yate handiak, oro har, jabetza pribatukoak eta garestiak dira, arintasuna, erresistentzia handia eta iraunkortasuna behar dituzte. Karbono-zuntzezko konpositeak erabil daitezke yateen tresnen markagailuetan eta antenetan, lemetan eta egitura indartuetan, hala nola kubiertetan, kabinetan eta itsasontzien mamparan. Konpositezko yate tradizionala batez ere FRPz egina dago, baina zurruntasun nahikoa ez denez, kroskoa askotan astunegia da zurruntasun-diseinuaren eskakizunak bete ondoren, eta beira-zuntza kartzinogenoa da, eta pixkanaka debekatzen ari da atzerrian. Gaur egungo konpositezko yateetan erabiltzen diren karbono-zuntzezko konpositeen proportzioa nabarmen handitu da, eta batzuek karbono-zuntzezko konpositeak ere erabili dituzte. Adibidez, Baltic-en "Panama" super-yate bikoitzeko gabarran, kroskoa eta kubierta karbono-zuntzezko/epoxi erretxinazko azalarekin, Nomex ezti-orratzez eta CorecellTM apar-nukleo estrukturalarekin lotuta daude, kroskoa 60 m luze da. Baina pisu osoa 210 tona baino ez da. Sunreef 80 Levante, Sunreef Yachts katamaran poloniarrak eraikitako karbono-zuntzezko katamaranak, binilo ester erretxinazko sandwich konpositeak, PVC aparra eta karbono-zuntzezko konpositeak erabiltzen ditu. Mastaren boomak karbono-zuntzezko konposite pertsonalizatuak dira, eta kroskoaren zati batek bakarrik erabiltzen du FRP. Kargarik gabeko pisua 45 tona baino ez da. Abiadura handia, erregai-kontsumo txikia eta errendimendu bikaina.
2014an eraikitako “Zhongke·Lianya” yatea da gaur egun Txinan karbono-zuntzez egindako yate bakarra. Karbono-zuntz eta epoxi erretxina konbinatuz egindako yate ekologikoa da. Beira-zuntzezko yate mota bera baino % 30 arinagoa da eta erresistentzia handiagoa, abiadura handiagoa eta erregai-kontsumo txikiagoa ditu.
Gainera, belaontziaren kableek eta kableek erresistentzia handiko karbono-zuntzezko sokak erabiltzen dituzte segurtasuna bermatzeko. Karbono-zuntzak altzairuarena baino trakzio-modulu handiagoa eta hainbat aldiz edo hamar aldiz ere erresistentzia handiagoa duenez, eta zuntzaren ehundura-propietatea duenez, karbono-zuntzezko soka erabiltzen da oinarrizko material gisa, altzairuzko alanbrezko soka eta polimero organikozko soka ordezkatzeko. Ez da nahikoa.z
2. Itsas energiaren garapenean aplikazioa
2.1 Itsaspeko petrolio eta gas eremuak
Azken urteotan, karbono-zuntzezko konposite materialak gero eta gehiago erabili dira itsas petrolio eta gasaren garapenaren arloan. Itsas inguruneko korrosioak, zizailadura handiak eta uraren korronte azpiko fluxuaren ondoriozko zizailadura sendoak eskakizun zorrotzak ezartzen dituzte materialaren korrosioarekiko erresistentzia, erresistentzia eta nekearen propietateei dagokienez. Karbono-zuntzezko konpositeek abantaila nabarmenak dituzte arintasunean, iraunkortasunean eta korrosioaren aurkako erresistentzian itsasoko petrolio-eremuen garapenean: 1500 metroko sakonerako zulaketa-plataforma batek 6500 tona inguruko masa duen altzairuzko kablea du, eta karbono-zuntzezko konpositearen dentsitatea altzairu arrunta da. Altzairuaren zati bat ordezkatzeko karbono-zuntzezko konposite materiala erabiltzen bada, zulaketa-plataformaren karga-ahalmena nabarmen murriztuko da eta plataformaren eraikuntza-kostua aurreztuko da. Xurgatze-hagaren mugimendu errepikakorrak materialaren nekea erraz eragingo du itsasoko uraren eta hodiaren barruko presioaren arteko presio desorekatuagatik. Karbono-zuntzezko konposite materiala hausteak eta erabiltzeak arazo hau konpondu dezake; itsasoko uraren ingurunearen korrosioarekiko erresistentzia dela eta, itsasoko uretan duen zerbitzu-bizitza altzairua baino luzeagoa da, eta erabilera-sakonera sakonagoa da.
Karbono-zuntzezko konpositeak petrolio-eremuen zulaketa-plataformetan ekoizpen-putzuetako hodi, xurgatze-hagaxka, biltegiratze-tangak, itsaspeko hodi, plataforma eta abar gisa erabil daitezke. Fabrikazio-prozesua pultrusio-prozesu batean eta bihurketa hezeko prozesu batean banatzen da. Pultrusioa, oro har, hodi arruntetan eta konexio-hodietan erabiltzen da. Biraketa-metodoa, oro har, biltegiratze-tangaren eta presio-ontziaren gainazal gisa erabiltzen da, eta hodi malgu anisotropiko batean ere erabil daiteke, non karbono-zuntzezko konpositezko materiala bildu eta angelu jakin batean armadura-geruzan kokatzen den.
Karbono-zuntzezko konpositezko xurgatze-haga jarraitua filmaren antzeko zinta itxurako egitura du eta malgutasun ona du. Estatu Batuek ekoitzi eta aplikatu zuten 1990eko hamarkadan. Karbono-zuntzez egina dago indartze-zuntz gisa eta erretxina asegabea oinarri-material gisa. Pultrusio-prozesu bidez ekoizten da, tenperatura altuan gurutzatutako sendatzearen ondoren. 2001etik 2003ra, Txinak karbono-zuntzezko xurgatze-haga bat eta altzairuzko xurgatze-haga arrunt bat erabili zituen habe puruko petrolio-eremuan pilotu bat egiteko. Karbono-zuntzezko xurgatze-haga erabiltzeak nabarmen handitu dezake petrolio-irteera eta motorraren karga murriztu, eta hori energia-eraginkortasun handiagoa du. Gainera, karbono-zuntzezko konpositezko xurgatze-haga altzairuzko xurgatze-haga baino erresistenteagoa da nekearekiko eta korrosioarekiko, eta egokiagoa da itsaspeko petrolio-eremuen garapenean aplikatzeko.
2.2 Itsasertzeko haize-energia
Itsasoko haize-energia baliabide ugariak etorkizuneko garapenerako eremu garrantzitsua dira eta haize-energia teknologiaren arlorik aurreratuena eta zorrotzena. Txinako kostaldea 1800 km ingurukoa da eta 6.000 uharte baino gehiago daude. Hego-ekialdeko kostaldea eta uharte eskualdeak haize-baliabideetan aberatsak dira eta erraz garatzen dira. Azken urteotan, itsasoko haize-energiaren garapena sustatzeko ahaleginak babestu dituzte dagokion sailek. Haize-energia palen pisuaren % 90 baino gehiago material konposatuez osatuta dago. Itsasoko haize handiek eta potentzia handiko sorkuntzak pala handiagoak eta erresistentzia eta iraunkortasun espezifiko hobea beharko dituzte. Jakina, karbono-zuntzezko materialen konpositeek eskala handiko, arinak, errendimendu handikoak eta kostu txikiko energia sortzeko palak garatzeko baldintzak bete ditzakete, eta itsas aplikazioetarako egokiagoak dira beira-zuntzezko material konposatuak baino.
Karbono-zuntzezko konpositeek abantaila nabarmenak dituzte itsasoko haize-energiaren sorreran. Karbono-zuntzezko konpositezko palak kalitate baxua eta zurruntasun handia du, eta modulua beira-zuntzezko produktuarena baino 3 eta 8 aldiz handiagoa da; hezetasuna handia da itsas ingurunean, klima aldakorra da eta haizagailuak 24 orduz funtzionatzen du. Palak nekearekiko erresistentzia ona du eta eguraldi txarrari aurre egin diezaioke. Palaren errendimendu aerodinamikoa hobetzen du eta dorrearen eta ardatzaren gaineko karga murrizten du, haizagailuaren irteera-potentzia leunagoa eta orekatuagoa izan dadin, eta energia-eraginkortasuna hobetuz. Eroapen-errendimenduak, egitura-diseinu bereziaren bidez, tximistak palaren gainean eragindako kalteak eraginkortasunez saihestu ditzake; haize-turbinaren palaren fabrikazio- eta garraio-kostua murrizten du; eta bibrazio-amortizazio ezaugarriak ditu.
3. Itsas ingeniaritzako aplikazioak
Karbono-zuntzezko konposite materialak itsas ingeniaritza eraikinetan erabiltzen dira. Batez ere, arintasun, erresistentzia handiko eta korrosioarekiko erresistentzia ezaugarriak erabiltzen dituzte, eta altzairuzko eraikuntza-material tradizionalak ordezkatzen dituzte tendoi eta egitura-piezen moduan, itsasoko uraren higaduraren altzairuaren garraio-kostu handiaren arazoa konpontzeko. Itsasertzeko uharteetako arrezife-eraikinetan, kaietan, plataforma flotagarrietan, argi-dorreetan eta abarretan aplikatu da. Karbono-zuntzezko konpositeen erabilera ingeniaritza zaharberritzeko 1980ko hamarkadan hasi zen, eta Japoniako Mitsubishi Chemical Corporationek hartu zuen lidergoa karbono-zuntzezko konpositeen propietate mekanikoak ikertzeko eta ingeniaritza-indartzean duten aplikazioan. Hasierako ikerketaren fokua karbono-zuntzezko konpositeak erabiliz hormigoi armatuko habeen indartzea izan zen, eta geroago hainbat ingeniaritza zibilen indargarri eta indargarri bihurtu zen. Itsasertzeko petrolio-plataformen eta portuen konponketa karbono-zuntzezko konpositeen bidez bere aplikazioaren alderdi bat besterik ez da. Lotutako dokumentu asko daude. Aipatzekoa da AEBetako DFI enpresak karbono-zuntzezko hagaxkak erabili zituela Itsas Armadako Pearl Harbor terminala konpontzeko. Garai hartan, teknikariek karbono-zuntzezko hagaxka berritzaileak erabili zituzten indargarriak konpontzeko. Karbono-zuntzezko hagaxkaz konpondutako kaiak 9 tonako altzairua jasan dezake 2,5 m-ko altueratik. Kalterik gabe erortzen da, eta hobekuntza efektua nabaria da.
Itsas ingeniaritzan karbono-zuntzezko konpositeen aplikazioari dagokionez, itsaspeko hodien edo zutabeen konponketa eta indartze mota bat ere badago. Mantentze-lan tradizionalen metodoek, hala nola soldadurak, soldadura-hobekuntzak, grapak, junturak, etab., beren mugak dituzte, eta metodo horien erabilera mugatuagoa da itsas ingurunean. Karbono-zuntzezko konpositeen konponketa batez ere erresistentzia handiko eta itsasgarritasun handiko erretxinazko materialekin egiten da, hala nola karbono-zuntzezko oihalarekin eta epoxi erretxinarekin, konponketa-gainazalean itsasten direnak, beraz, mehea eta arina da, erresistentzia handikoa, iraunkortasun handikoa, eraikuntzan erosoa eta forma desberdinetara egokitzen dena. Abantaila nabarmena du.
Argitaratze data: 2019ko martxoaren 23a