مواد کامپوزیت فیبر کربن، موادی تقویت‌شده با فیبر هستند که از فیبر کربن و رزین، فلز، سرامیک و سایر ماتریس‌ها ساخته شده‌اند. به دلیل وزن سبک، استحکام بالا، مقاومت در برابر دمای بالا و غیره، در سال‌های اخیر به طور گسترده در هوافضا، ورزش و اوقات فراغت، راه‌آهن پرسرعت و در زمینه‌های خودرو و مهندسی عمران مورد استفاده قرار گرفته‌اند. مواد کامپوزیت فیبر کربن به دلیل استحکام و مقاومت بالا، مقاومت عالی در برابر خستگی، مقاومت در برابر خوردگی و عملکرد عالی در ساخت و ساز دارند که آن را برای کاربردهای دریایی با الزامات ویژه در خواص مواد مناسب می‌کند. منتظر باشید. در سال‌های اخیر، کامپوزیت‌های فیبر کربن نقش فزاینده‌ای در کشتی‌سازی، توسعه انرژی فراساحلی و تعمیر مهندسی دریایی ایفا کرده‌اند.
۱. درخواست در هیئت مدیره
کامپوزیت‌های فیبر کربن نسبت به مواد سنتی کشتی‌سازی یک مزیت طبیعی دارند. اول، کامپوزیت‌های فیبر کربن خواص مکانیکی خوبی دارند. بدنه با ویژگی‌های وزن سبک و مصرف سوخت کم تولید می‌شود و فرآیند ساخت آن نسبتاً ساده، چرخه کوتاه و قالب‌گیری آن راحت است، بنابراین هزینه ساخت و نگهداری آن بسیار کمتر از کشتی فولادی است. در عین حال، از آنجایی که سطح مشترک بین فیبر کربن و ماتریس رزین می‌تواند به طور مؤثر از انتشار ترک جلوگیری کند، این ماده مقاومت خوبی در برابر خستگی دارد. علاوه بر این، به دلیل بی‌اثر بودن شیمیایی سطح فیبر کربن، بدنه دارای ویژگی‌هایی است که ارگانیسم آبزی به سختی می‌تواند به آن نفوذ کند و در برابر خوردگی مقاوم است که این نیز در ساخت کشتی وجود دارد. یکی از مهمترین عوامل در انتخاب مواد. بنابراین، مواد کامپوزیت فیبر کربن دارای مزایای عملکردی جامع و منحصر به فردی در کشتی‌سازی هستند و اکنون به طور گسترده در این زمینه مورد استفاده قرار می‌گیرند. در عین حال، توسعه صنعت فیبر کربن از گسترش میدان کاربرد ارتقا یافته است.
۱.۱ کشتی‌های نظامی
کامپوزیت‌های فیبر کربنی خواص صوتی، مغناطیسی و الکتریکی خوبی دارند: آنها شفاف، نفوذپذیر در برابر صدا و غیرمغناطیسی هستند، بنابراین می‌توان از آنها برای بهبود عملکرد رادارگریزی کشتی‌های جنگی استفاده کرد. استفاده از مواد کامپوزیتی در روسازه کشتی نه تنها وزن بدنه را کاهش می‌دهد، بلکه با محافظت از لایه انتخابی فرکانس تعبیه شده در لایه میانی، امواج الکترومغناطیسی را با فرکانس از پیش تعیین شده ارسال و دریافت می‌کند تا امواج الکترومغناطیسی رادار دشمن را محافظت کند. به عنوان مثال، رزم‌ناو کلاس "skjold" که توسط نیروی دریایی نروژ در سال 1999 ساخته شد، از یک کامپوزیت ساندویچی متشکل از یک لایه هسته فوم پلی وینیل کلرید، فیبر شیشه و لایه میانی فیبر کربن استفاده می‌کرد. این طراحی نه تنها نسبت استحکام به وزن را بهبود می‌بخشد، بلکه مقاومت خوبی در برابر ضربه نیز دارد. این عملکرد همچنین ویژگی‌های مغناطیسی کم، ضد مادون قرمز و ضد رادار را تا حد زیادی افزایش می‌دهد. ناوچه‌های کلاس Visby سوئدی که در سال 2000 به بهره برداری رسیدند، همگی از مواد کامپوزیت فیبر کربنی استفاده می‌کنند که دارای عملکردهای ویژه کاهش وزن، رادارگریزی دوگانه و رادارگریزی هستند.
کاربرد دکل‌های کامپوزیتی تقویت‌شده با الیاف کربن در کشتی‌ها به تدریج پدیدار شده است. کشتی LPD-17 که در سال ۲۰۰۶ در ایالات متحده به بهره‌برداری رسید، از یک دکل کامپوزیتی پیشرفته با هسته الیاف کربن/بالسا استفاده می‌کند. برخلاف دکل باز اصلی، LPD-17 از یک دکل/سیستم حسگر کاملاً محصور جدید (AEM/S) استفاده می‌کند. قسمت بالایی این دکل کامپوزیتی الیاف کربن، ماده سطحی انتخابی فرکانس (FSS) را می‌پوشاند و به امواج با فرکانس خاص اجازه عبور می‌دهد و نیمه پایینی می‌تواند امواج رادار را منعکس کند یا توسط مواد جاذب رادار جذب شود. بنابراین، این دکل از عملکرد پنهان‌کاری و تشخیص راداری خوبی برخوردار است. علاوه بر این، آنتن‌ها و تجهیزات مرتبط مختلف به طور یکنواخت در ساختار ترکیب شده‌اند که به راحتی خورده نمی‌شوند و برای نگهداری تجهیزات مفیدتر هستند. نیروی دریایی اروپا یک دکل حسگر بسته یکپارچه مشابه از الیاف شیشه ساخته شده از نانوالیاف همراه با الیاف کربن به عنوان تقویت‌کننده توسعه داده است. این دکل اجازه می‌دهد تا پرتوهای رادار و سیگنال‌های ارتباطی مختلف بدون اختلال با یکدیگر عبور کنند و تلفات بسیار کم است. در سال ۲۰۰۶، این دستگاه خودپرداز دکل با فناوری پیشرفته در ناو هواپیمابر "رویال آرک" نیروی دریایی بریتانیا مورد استفاده قرار گرفت.
کامپوزیت‌های فیبر کربنی همچنین می‌توانند در جنبه‌های دیگر کشتی مورد استفاده قرار گیرند. به عنوان مثال، می‌توان از آنها به عنوان پروانه و سیستم شفت رانش در سیستم رانش برای کاهش اثرات ارتعاش و سر و صدای بدنه استفاده کرد و بیشتر در کشتی‌های شناسایی و کشتی‌های کروز تندرو مورد استفاده قرار می‌گیرد. می‌توان از آنها به عنوان سکان در ماشین‌آلات و تجهیزات، برخی از دستگاه‌های مکانیکی ویژه و سیستم‌های لوله‌کشی استفاده کرد. علاوه بر این، طناب‌های فیبر کربنی با استحکام بالا نیز به طور گسترده در کابل‌های کشتی‌های جنگی دریایی و سایر اقلام نظامی استفاده می‌شوند.
۱.۲ قایق‌های تفریحی غیرنظامی
قایق‌های تفریحی بزرگ عموماً خصوصی و گران هستند و به وزن سبک، استحکام و دوام بالا نیاز دارند. کامپوزیت‌های فیبر کربن را می‌توان در صفحه‌های ابزار و آنتن‌های قایق‌های تفریحی، سکان‌ها و در سازه‌های تقویت‌شده مانند عرشه، کابین و دیواره‌های کشتی استفاده کرد. قایق تفریحی کامپوزیتی سنتی عمدتاً از FRP ساخته می‌شود، اما به دلیل استحکام ناکافی، بدنه اغلب پس از برآورده کردن الزامات طراحی استحکام، بسیار سنگین است و فیبر شیشه‌ای یک ماده سرطان‌زا است که به تدریج در خارج از کشور ممنوع می‌شود. نسبت کامپوزیت‌های فیبر کربن مورد استفاده در قایق‌های تفریحی کامپوزیتی امروزی به طور قابل توجهی افزایش یافته است و برخی حتی از کامپوزیت‌های فیبر کربن استفاده کرده‌اند. به عنوان مثال، قایق تفریحی دو بارج "پاناما"ی شرکت بالتیک، بدنه و عرشه با فیبر کربن/پوست رزین اپوکسی، لانه زنبوری Nomex و هسته فوم ساختاری CorecellTM ساندویچ شده‌اند، طول بدنه 60 متر است. اما وزن کل آن تنها 210 تن است. قایق بادبانی Sunreef 80 Levante، یک کاتاماران فیبر کربنی ساخته شده توسط شرکت قایق بادبانی Sunreef لهستان، از کامپوزیت‌های ساندویچی رزین وینیل استر، فوم PVC و کامپوزیت‌های فیبر کربنی استفاده می‌کند. دکل‌های دکل از کامپوزیت‌های فیبر کربنی سفارشی ساخته شده‌اند و تنها بخشی از بدنه از FRP استفاده می‌کند. وزن بدون بار آن تنها ۴۵ تن است. سرعت بالا، مصرف سوخت پایین و عملکرد عالی.
قایق تفریحی «Zhongke·Lianya» که در سال ۲۰۱۴ ساخته شد، در حال حاضر تنها قایق تفریحی تمام فیبر کربنی در چین است. این قایق تفریحی سبز از ترکیبی از فیبر کربن و رزین اپوکسی ساخته شده است. این قایق ۳۰٪ سبک‌تر از قایق تفریحی فایبرگلاس مشابه است و استحکام بالاتر، سرعت بیشتر و مصرف سوخت کمتری دارد.
علاوه بر این، کابل‌ها و کابل‌های قایق بادبانی از طناب‌های فیبر کربنی با استحکام بالا برای تضمین ایمنی استفاده می‌کنند. از آنجایی که فیبر کربن دارای مدول کششی بالاتر از فولاد و استحکام کششی چندین برابر یا حتی ده‌ها برابر است و خاصیت بافته شده فیبر را دارد، از طناب فیبر کربنی به عنوان ماده پایه استفاده می‌شود که می‌تواند جای طناب سیمی فولادی و طناب پلیمری آلی را پر کند. ناکافی.z
۲. کاربرد در توسعه انرژی دریایی
۲.۱ میدان‌های نفت و گاز زیردریایی
در سال‌های اخیر، مواد کامپوزیتی فیبر کربن در زمینه توسعه نفت و گاز دریایی به طور فزاینده‌ای مورد استفاده قرار گرفته‌اند. خوردگی در محیط دریایی، برش زیاد و برش قوی ناشی از جریان زیرسطحی آب، الزامات سختگیرانه‌ای را بر مقاومت در برابر خوردگی، استحکام و خواص خستگی مواد تحمیل می‌کند. کامپوزیت‌های فیبر کربن از مزایای آشکاری در سبکی، دوام و ضد خوردگی در توسعه میادین نفتی فراساحلی برخوردارند: یک سکوی حفاری با عمق آب ۱۵۰۰ متر دارای کابل فولادی با جرم حدود ۶۵۰۰ تن است، در حالی که چگالی کامپوزیت فیبر کربن از فولاد معمولی است. اگر از مواد کامپوزیت فیبر کربن برای جایگزینی بخشی از فولاد استفاده شود، ظرفیت بار سکوی حفاری به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد و هزینه ساخت سکو صرفه‌جویی می‌شود. حرکت رفت و برگشتی میله مکنده به دلیل فشار نامتعادل بین آب دریا و فشار داخل لوله، به راحتی منجر به خستگی مواد می‌شود. شکستن و استفاده از مواد کامپوزیت فیبر کربن می‌تواند این مشکل را حل کند. به دلیل مقاومت در برابر خوردگی محیط آب دریا، عمر مفید آن در آب دریا طولانی‌تر از فولاد است و عمق استفاده آن نیز بیشتر است.
کامپوزیت‌های فیبر کربنی می‌توانند به عنوان لوله‌های چاه تولیدی، میله‌های مکنده، مخازن ذخیره‌سازی، خطوط لوله زیردریایی، عرشه‌ها و غیره در سکوهای حفاری میدان نفتی استفاده شوند. فرآیند تولید به فرآیند پالتروژن و فرآیند سیم‌پیچ مرطوب تقسیم می‌شود. پالتروژن عموماً در لوله‌های معمولی و لوله‌های رابط استفاده می‌شود. روش سیم‌پیچ معمولاً به عنوان سطح مخزن ذخیره‌سازی و مخزن تحت فشار استفاده می‌شود و همچنین می‌تواند در یک لوله انعطاف‌پذیر ناهمسانگرد که در آن ماده کامپوزیت فیبر کربن پیچیده شده و با زاویه خاصی در لایه زره قرار می‌گیرد، استفاده شود.
میله مکنده پیوسته از جنس کامپوزیت فیبر کربن، ساختاری روبان مانند شبیه به فیلم دارد و انعطاف‌پذیری خوبی دارد. این ماده در دهه 1990 توسط ایالات متحده تولید و به کار گرفته شد. این ماده از فیبر کربن به عنوان الیاف تقویت‌کننده و رزین غیراشباع به عنوان ماده پایه ساخته شده است. این ماده پس از پخت متقاطع در دمای بالا، با فرآیند پالتروژن تولید می‌شود. از سال 2001 تا 2003، چین از یک میله مکنده فیبر کربنی و یک میله مکنده فولادی معمولی در میدان نفتی پرتو خالص برای ساخت یک پایلوت استفاده کرد. استفاده از میله مکنده فیبر کربنی می‌تواند به طور قابل توجهی خروجی نفت را افزایش داده و بار موتور را کاهش دهد که از نظر انرژی کارآمدتر است. علاوه بر این، میله مکنده کامپوزیت فیبر کربنی نسبت به میله مکنده فولادی در برابر خستگی و خوردگی مقاوم‌تر است و برای کاربرد در توسعه میدان‌های نفتی زیر دریا مناسب‌تر است.
۲.۲ انرژی بادی فراساحلی
منابع فراوان انرژی بادی در دریا، حوزه‌ای مهم برای توسعه آینده و پیشرفته‌ترین و پرتقاضاترین حوزه فناوری انرژی بادی است. خط ساحلی چین حدود ۱۸۰۰ کیلومتر است و بیش از ۶۰۰۰ جزیره در آن وجود دارد. سواحل جنوب شرقی و مناطق جزیره‌ای غنی از منابع بادی و توسعه آسان هستند. در سال‌های اخیر، تلاش‌ها برای ترویج توسعه انرژی بادی فراساحلی توسط ادارات مربوطه پشتیبانی شده است. بیش از ۹۰٪ وزن پره‌های انرژی بادی از مواد کامپوزیتی تشکیل شده است. بادهای شدید در دریا و تولید برق بالا، به طور حتم به پره‌های بزرگتر و استحکام و دوام ویژه بهتر نیاز دارند. بدیهی است که مواد کامپوزیتی الیاف کربن می‌توانند الزامات توسعه پره‌های تولید برق در مقیاس بزرگ، سبک، با کارایی بالا و کم‌هزینه را برآورده کنند و برای کاربردهای دریایی نسبت به مواد کامپوزیتی الیاف شیشه مناسب‌تر هستند.
کامپوزیت‌های فیبر کربنی مزایای قابل توجهی در تولید انرژی بادی دریایی دارند. تیغه کامپوزیت فیبر کربنی کیفیت پایین و استحکام بالایی دارد و مدول آن 3 تا 8 برابر محصول فیبر شیشه‌ای است. رطوبت در محیط دریایی زیاد است، آب و هوا متغیر است و فن به مدت 24 ساعت کار می‌کند. تیغه مقاومت خوبی در برابر خستگی دارد و می‌تواند در برابر آب و هوای بد مقاومت کند. این امر عملکرد آیرودینامیکی تیغه را بهبود می‌بخشد و بار روی برج و محور را کاهش می‌دهد، به طوری که توان خروجی فن روان‌تر و متعادل‌تر است و راندمان انرژی بهبود می‌یابد. عملکرد رسانایی، از طریق طراحی ساختاری ویژه، می‌تواند به طور موثر از آسیب ناشی از برخورد صاعقه به تیغه جلوگیری کند. هزینه تولید و حمل و نقل تیغه توربین بادی را کاهش دهد. و دارای ویژگی‌های میرایی ارتعاش است.
۳. کاربردهای مهندسی دریایی
مواد کامپوزیت فیبر کربن در ساختمان‌های مهندسی دریایی استفاده می‌شوند. آنها عمدتاً از ویژگی‌های وزن سبک، استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی استفاده می‌کنند و به شکل تاندون‌ها و قطعات سازه‌ای جایگزین مصالح ساختمانی فولادی سنتی می‌شوند تا مشکل هزینه بالای حمل و نقل فولاد فرسایش آب دریا و حمل و نقل را حل کنند. این ماده در ساختمان‌های صخره‌های جزیره‌ای فراساحلی، اسکله‌ها، سکوهای شناور، برج‌های نوری و غیره اعمال شده است. استفاده از کامپوزیت‌های فیبر کربن برای مرمت مهندسی در دهه 1980 آغاز شد و شرکت شیمیایی میتسوبیشی ژاپن در تحقیق در مورد خواص مکانیکی کامپوزیت‌های فیبر کربن و کاربرد آنها در تقویت مهندسی پیشگام شد. تمرکز تحقیقات اولیه بر تقویت تیرهای بتن مسلح با استفاده از کامپوزیت‌های فیبر کربن بود که بعداً به تقویت و مقاوم‌سازی انواع مهندسی عمران تبدیل شد. تعمیر سکوها و بنادر نفتی فراساحلی توسط کامپوزیت‌های فیبر کربن تنها یکی از جنبه‌های کاربرد آن است. اسناد مرتبط زیادی وجود دارد. شایان ذکر است که شرکت DFI ایالات متحده از میله‌های فیبر کربن برای تعمیر ترمینال پرل هاربر نیروی دریایی استفاده کرد. در آن زمان، تکنسین‌ها از میله‌های فیبر کربن نوآورانه برای تعمیر تقویت استفاده کردند. اسکله تعمیر شده با میله فیبر کربن می‌تواند فولاد 9 تنی را از ارتفاع 2.5 متر تحمل کند. بدون آسیب دیدن می‌افتد و اثر تقویت‌کنندگی آن کاملاً مشهود است.
در مورد کاربرد کامپوزیت‌های فیبر کربن در مهندسی دریا، نوعی تعمیر و تقویت خطوط لوله یا ستون‌های زیردریایی نیز وجود دارد. روش‌های سنتی تعمیر و نگهداری مانند جوشکاری، بهبود جوش، گیره، دوغاب‌ریزی و غیره محدودیت‌های خاص خود را دارند و استفاده از این روش‌ها در محیط دریایی محدودتر است. تعمیر کامپوزیت‌های فیبر کربن عمدتاً از مواد رزینی با استحکام و چسبندگی بالا مانند پارچه فیبر کربن و رزین اپوکسی ساخته می‌شود که به سطح تعمیر چسبیده‌اند، بنابراین نازک و سبک، با استحکام بالا، دوام خوب، ساخت راحت و قابلیت تطبیق با اشکال مختلف را دارد. این مزیت قابل توجهی دارد.
زمان ارسال: ۲۳ مارس ۲۰۱۹