महासागर में कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्रियों का अनुप्रयोग

कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्री कार्बन फाइबर और राल, धातु, सिरेमिक और अन्य मैट्रिक्स से बना एक फाइबर प्रबलित सामग्री है। अपने हल्के वजन, उच्च शक्ति, उच्च तापमान प्रतिरोध आदि के कारण, इसका हाल के वर्षों में एयरोस्पेस, खेल और अवकाश, हाई-स्पीड रेल में व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। ऑटोमोबाइल और सिविल इंजीनियरिंग के क्षेत्र में। कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्री में उच्च शक्ति और उच्च शक्ति के कारण उत्कृष्ट थकान प्रतिरोध, संक्षारण प्रतिरोध और उत्कृष्ट निर्माण प्रदर्शन होता है, जो इसे सामग्री गुणों पर विशेष आवश्यकताओं वाले समुद्री अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाता है। के लिए देखो। हाल के वर्षों में, कार्बन फाइबर कंपोजिट ने जहाज निर्माण, अपतटीय ऊर्जा विकास और समुद्री इंजीनियरिंग मरम्मत में तेजी से महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है।

1.बोर्ड पर आवेदन
कार्बन फाइबर कंपोजिट में पारंपरिक जहाज निर्माण सामग्री पर एक स्वाभाविक लाभ है। सबसे पहले, कार्बन फाइबर कंपोजिट में अच्छे यांत्रिक गुण होते हैं। पतवार हल्के वजन और कम ईंधन की खपत की विशेषताओं के साथ निर्मित होता है, और निर्माण प्रक्रिया अपेक्षाकृत सरल होती है, चक्र छोटा होता है, और मोल्डिंग सुविधाजनक होती है, इसलिए निर्माण और रखरखाव की लागत स्टील के जहाज की तुलना में बहुत कम होती है। साथ ही, चूंकि कार्बन फाइबर और राल मैट्रिक्स के बीच इंटरफेस दरार प्रसार को प्रभावी ढंग से रोक सकता है, इसलिए सामग्री में अच्छा थकान प्रतिरोध होता है; इसके अलावा, कार्बन फाइबर सतह की रासायनिक जड़ता के कारण, पतवार में ऐसी विशेषताएं होती हैं कि जलीय जीवों को एपिफाइटिक और संक्षारण प्रतिरोधी होना मुश्किल होता है, जो जहाज निर्माण भी है। सामग्री का चयन करने में सबसे महत्वपूर्ण कारकों में से एक। इसलिए, कार्बन फाइबर कंपोजिट सामग्री में जहाज निर्माण में अद्वितीय व्यापक प्रदर्शन लाभ हैं, और अब इस क्षेत्र में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। साथ ही, कार्बन फाइबर उद्योग के विकास को अनुप्रयोग क्षेत्र विस्तार से बढ़ावा दिया गया है।

1.1सैन्य जहाज

कार्बन फाइबर कंपोजिट में अच्छे ध्वनिक, चुंबकीय और विद्युत गुण होते हैं: वे पारदर्शी, ध्वनि-पारगम्य और गैर-चुंबकीय होते हैं, इसलिए उनका उपयोग युद्धपोतों के चुपके प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए किया जा सकता है। जहाज के सुपरस्ट्रक्चर में मिश्रित सामग्रियों के उपयोग से न केवल पतवार का वजन कम होता है, बल्कि दुश्मन के रडार विद्युत चुम्बकीय तरंगों को ढालने के लिए इंटरलेयर में एम्बेडेड आवृत्ति चयनात्मक परत को परिरक्षित करके पूर्व निर्धारित आवृत्ति पर विद्युत चुम्बकीय तरंगों को प्रसारित और प्राप्त करता है। उदाहरण के लिए, 1999 में नॉर्वेजियन नौसेना द्वारा निर्मित "स्कजोल्ड" श्रेणी के क्रूजर में पॉलीविनाइल क्लोराइड फोम कोर परत, ग्लास फाइबर और कार्बन फाइबर इंटरलेयर से युक्त सैंडविच कंपोजिट का उपयोग किया गया था। स्वीडिश विस्बी श्रेणी के फ्रिगेट, जिन्हें 2000 में कमीशन किया गया था, सभी में कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्री का उपयोग किया गया है, जिसमें वजन कम करने, रडार और इन्फ्रारेड डबल स्टेल्थ के विशेष कार्य हैं।

जहाजों पर कार्बन फाइबर प्रबलित समग्र मस्तूलों का अनुप्रयोग धीरे-धीरे उभरा है। एलपीडी-17 जहाज, जिसे 2006 में संयुक्त राज्य अमेरिका में कमीशन किया गया था, कार्बन फाइबर/बलसा कोर उन्नत समग्र मस्तूल का उपयोग करता है। मूल खुले मस्तूल के विपरीत, एलपीडी-17 एक नए पूरी तरह से संलग्न मस्तूल/संवेदन प्रणाली का उपयोग करता है। (एईएम/एस), इस कार्बन फाइबर मिश्रित मस्तूल का ऊपरी हिस्सा आवृत्ति चयनात्मक सतह सामग्री (एफएसएस) को कवर करता है, जिससे एक विशिष्ट आवृत्ति वाली तरंगों को गुजरने की अनुमति मिलती है, और निचला आधा रडार तरंगों को प्रतिबिंबित कर सकता है या रडार अवशोषित सामग्री द्वारा अवशोषित किया जा सकता है। इसलिए, इसमें अच्छे रडार स्टेल्थ और डिटेक्शन फ़ंक्शन हैं। इसके अलावा, विभिन्न एंटेना और संबंधित उपकरण संरचना में समान रूप से संयुक्त होते हैं, जो कि जंग लगने में आसान नहीं होते हैं, और उपकरणों के रखरखाव के लिए अधिक अनुकूल होते हैं। यूरोपीय नौसेना ने कार्बन फाइबर के साथ मिलकर नैनोफाइबर से बने ग्लास फाइबर से बना एक समान बंद-एकीकृत सेंसर मस्तूल विकसित किया है। यह विभिन्न रडार बीम और संचार संकेतों को एक दूसरे के साथ बिना किसी बाधा के गुजरने देता है, और नुकसान बेहद कम होता है। 2006 में, इस उन्नत प्रौद्योगिकी वाले मास्ट एटीएम का उपयोग ब्रिटिश नौसेना के "रॉयल आर्क" विमान वाहक पर किया गया था।

कार्बन फाइबर कंपोजिट का उपयोग जहाज के अन्य पहलुओं में भी किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, इसका उपयोग पतवार के कंपन प्रभाव और शोर को कम करने के लिए प्रणोदन प्रणाली में प्रोपेलर और प्रणोदन शाफ्टिंग सिस्टम के रूप में किया जा सकता है, और इसका उपयोग ज़्यादातर टोही जहाजों और तेज़ क्रूज़ जहाजों में किया जाता है। इसका उपयोग मशीनरी और उपकरणों, कुछ विशेष यांत्रिक उपकरणों और पाइपिंग सिस्टम में पतवार के रूप में किया जा सकता है। इसके अलावा, उच्च शक्ति वाले कार्बन फाइबर रस्सियों का उपयोग नौसेना के युद्धपोत केबल और अन्य सैन्य वस्तुओं में भी व्यापक रूप से किया जाता है।

1.2सिविल नौकाएं

बड़ी नौकाएं आम तौर पर निजी स्वामित्व वाली और महंगी होती हैं, जिसके लिए हल्के वजन, उच्च शक्ति और स्थायित्व की आवश्यकता होती है। कार्बन फाइबर कंपोजिट का उपयोग नौकाओं के इंस्ट्रूमेंट डायल और एंटेना, पतवारों और डेक, केबिन और जहाज के बल्कहेड जैसे प्रबलित संरचनाओं में किया जा सकता है। पारंपरिक कंपोजिट नौका मुख्य रूप से FRP से बनी होती है, लेकिन अपर्याप्त कठोरता के कारण, कठोरता डिजाइन आवश्यकताओं को पूरा करने के बाद पतवार अक्सर बहुत भारी होती है, और ग्लास फाइबर एक कार्सिनोजेन है, जिसे धीरे-धीरे विदेशों में प्रतिबंधित किया जाता है। आज की कंपोजिट नौकाओं में इस्तेमाल किए जाने वाले कार्बन फाइबर कंपोजिट का अनुपात काफी बढ़ गया है, और कुछ ने कार्बन फाइबर कंपोजिट का भी इस्तेमाल किया है। उदाहरण के लिए, बाल्टिक की सुपर-यॉट "पनामा" डबल-बार्ज, पतवार और डेक कार्बन फाइबर / एपॉक्सी राल त्वचा, नोमेक्स  हनीकॉम्ब और कोरसेलTM संरचनात्मक फोम कोर के साथ सैंडविच हैं, पतवार 60 मीटर लंबा है। लेकिन कुल वजन केवल 210t है। पोलिश कैटामारन सनरीफ याच द्वारा निर्मित कार्बन फाइबर कैटामारन सनरीफ 80 लेवांटे, विनाइल एस्टर रेजिन सैंडविच कंपोजिट, पीवीसी फोम और कार्बन फाइबर कंपोजिट का उपयोग करता है। मस्तूल बूम कस्टम कार्बन फाइबर कंपोजिट हैं, और पतवार का केवल एक हिस्सा एफआरपी का उपयोग करता है। बिना लोड के वजन केवल 45t है। तेज गति, कम ईंधन की खपत और उत्कृष्ट प्रदर्शन।

2014 में निर्मित "झोंगके·लियान्या" नौका वर्तमान में चीन में एकमात्र पूर्ण-कार्बन फाइबर नौका है। यह कार्बन फाइबर और एपॉक्सी राल के संयोजन से बना एक हरा नौका है। यह उसी प्रकार के फाइबरग्लास नौकाओं की तुलना में 30% हल्का है और इसमें अधिक ताकत, तेज गति और कम ईंधन की खपत है।

इसके अलावा, नौका के केबल और केबल सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए उच्च शक्ति वाले कार्बन फाइबर रस्सियों का उपयोग करते हैं। चूंकि कार्बन फाइबर में स्टील की तुलना में अधिक तन्यता मापांक होता है और कई बार या यहां तक ​​कि दसियों बार तन्य शक्ति होती है, और फाइबर की बुना हुआ संपत्ति होती है, इसलिए कार्बन फाइबर रस्सी का उपयोग आधार सामग्री के रूप में किया जाता है, जो स्टील वायर रस्सी और कार्बनिक पॉलिमर रस्सी के लिए बना सकता है। अपर्याप्त.z
2. समुद्री ऊर्जा विकास में अनुप्रयोग

2.1 पनडुब्बी तेल और गैस क्षेत्र

हाल के वर्षों में, समुद्री तेल और गैस विकास के क्षेत्र में कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्री का अधिक से अधिक व्यापक रूप से उपयोग किया जाने लगा है। समुद्री वातावरण में जंग, उच्च कतरनी, और पानी के नीचे के प्रवाह के कारण होने वाली मजबूत कतरनी सामग्री के संक्षारण प्रतिरोध, शक्ति और थकान गुणों पर सख्त आवश्यकताएं लगाती हैं। अपतटीय तेल क्षेत्रों के विकास में कार्बन फाइबर कंपोजिट के हल्के, टिकाऊ और जंग-रोधी होने के स्पष्ट फायदे हैं: 1500 मीटर पानी की गहराई वाले ड्रिलिंग प्लेटफॉर्म में लगभग 6500t के द्रव्यमान वाला एक स्टील केबल होता है, जबकि कार्बन फाइबर कम्पोजिट का घनत्व साधारण स्टील होता है। 1/4, यदि कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्री का उपयोग स्टील के हिस्से को बदलने के लिए किया जाता है, तो ड्रिलिंग प्लेटफॉर्म की भार क्षमता काफी कम हो जाएगी, और प्लेटफॉर्म की निर्माण लागत बच जाएगी। चूसने वाली छड़ की घूमने वाली गति समुद्री जल पर्यावरण के संक्षारण प्रतिरोध के कारण, समुद्री जल में इसकी सेवा जीवन स्टील की तुलना में लंबा है, और उपयोग की गहराई अधिक है।

कार्बन फाइबर कंपोजिट का उपयोग तेल क्षेत्र ड्रिलिंग प्लेटफार्मों में उत्पादन कुआं पाइप, चूसने वाली छड़, भंडारण टैंक, पनडुब्बी पाइपलाइन, डेक आदि के रूप में किया जा सकता है। विनिर्माण प्रक्रिया को एक पुल्ट्रूजन प्रक्रिया और एक गीली घुमावदार प्रक्रिया में विभाजित किया गया है। पुल्ट्रूजन का उपयोग आम तौर पर सामान्य पाइप और कनेक्टिंग पाइप पर किया जाता है। घुमावदार विधि का उपयोग आम तौर पर भंडारण टैंक और दबाव पोत की सतह के रूप में किया जाता है, और इसका उपयोग अनिसोट्रोपिक लचीली पाइप में भी किया जा सकता है जिसमें कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्री को कवच परत में एक विशिष्ट कोण पर घाव और व्यवस्थित किया जाता है।

कार्बन फाइबर कम्पोजिट सामग्री की निरंतर चूसने वाली छड़ फिल्म के समान एक रिबन जैसी संरचना होती है और इसमें अच्छा लचीलापन होता है। 1990 के दशक में संयुक्त राज्य अमेरिका द्वारा निर्मित और लागू किया गया। यह कार्बन फाइबर से बना है जो फाइबर को मजबूत करता है और असंतृप्त राल को आधार सामग्री के रूप में बनाता है। यह उच्च तापमान पर क्रॉस-लिंकिंग इलाज के बाद पुल्ट्रूज़न प्रक्रिया द्वारा निर्मित होता है। 2001 से 2003 तक, चीन ने पायलट बनाने के लिए शुद्ध बीम तेल क्षेत्र में एक कार्बन फाइबर चूसने वाली छड़ और एक साधारण स्टील चूसने वाली छड़ का इस्तेमाल किया। कार्बन फाइबर चूसने वाली छड़ का उपयोग तेल उत्पादन को काफी बढ़ा सकता है और मोटर के भार को कम कर सकता है, जो अधिक ऊर्जा कुशल है। इसके अलावा, कार्बन फाइबर कम्पोजिट चूसने वाली छड़ स्टील चूसने वाली छड़ की तुलना में थकान और संक्षारण प्रतिरोध के लिए अधिक प्रतिरोधी है, और उप-तेल क्षेत्रों के विकास में आवेदन के लिए अधिक उपयुक्त है।

2.2 अपतटीय पवन ऊर्जा

समुद्र पर प्रचुर मात्रा में पवन ऊर्जा संसाधन भविष्य के विकास के लिए एक महत्वपूर्ण क्षेत्र है और पवन ऊर्जा प्रौद्योगिकी का सबसे उन्नत और मांग वाला क्षेत्र है। चीन की तटरेखा लगभग 1800 किमी है और 6,000 से अधिक द्वीप हैं। दक्षिण-पूर्वी तट और द्वीप क्षेत्र पवन संसाधनों से समृद्ध हैं और विकसित करना आसान है। हाल के वर्षों में, अपतटीय पवन ऊर्जा के विकास को बढ़ावा देने के प्रयासों को संबंधित विभागों द्वारा समर्थन दिया गया है। पवन ऊर्जा ब्लेड के वजन का 90% से अधिक हिस्सा मिश्रित सामग्रियों से बना होता है। समुद्र में बड़ी हवाओं और उच्च बिजली उत्पादन के लिए बड़े ब्लेड और बेहतर विशिष्ट शक्ति और स्थायित्व की आवश्यकता होती है। जाहिर है, कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्री बड़े पैमाने पर, हल्के, उच्च प्रदर्शन, कम लागत वाली बिजली उत्पादन ब्लेड विकसित करने की आवश्यकताओं को पूरा कर सकती है, और ग्लास फाइबर मिश्रित सामग्री की तुलना में समुद्री अनुप्रयोगों के लिए अधिक उपयुक्त है।

समुद्री पवन ऊर्जा उत्पादन में कार्बन फाइबर कंपोजिट के महत्वपूर्ण लाभ हैं। कार्बन फाइबर कंपोजिट ब्लेड की गुणवत्ता कम और कठोरता अधिक होती है, और मापांक ग्लास फाइबर उत्पाद के 3 से 8 गुना होता है; समुद्री वातावरण में आर्द्रता बड़ी होती है, जलवायु परिवर्तनशील होती है, और पंखा 24 घंटे काम करता है। ब्लेड में थकान प्रतिरोध अच्छा होता है और यह खराब मौसम का प्रतिरोध कर सकता है। यह ब्लेड के वायुगतिकीय प्रदर्शन में सुधार करता है और टॉवर और धुरी पर भार को कम करता है, ताकि पंखे की आउटपुट शक्ति अधिक सुचारू और संतुलित हो, और ऊर्जा दक्षता में सुधार हो। विशेष संरचनात्मक डिजाइन के माध्यम से प्रवाहकीय प्रदर्शन, ब्लेड पर बिजली गिरने से होने वाले नुकसान से प्रभावी रूप से बच सकता है; पवन टरबाइन ब्लेड के निर्माण और परिवहन लागत को कम करता है; और कंपन भिगोना विशेषताएँ हैं।

3. समुद्री इंजीनियरिंग अनुप्रयोग

कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्री का उपयोग समुद्री इंजीनियरिंग इमारतों में किया जाता है। वे मुख्य रूप से हल्के वजन, उच्च शक्ति और संक्षारण प्रतिरोध की विशेषताओं का उपयोग करते हैं, और समुद्री जल क्षरण स्टील और परिवहन की उच्च परिवहन लागत की समस्या को हल करने के लिए टेंडन और संरचनात्मक भागों के रूप में पारंपरिक स्टील निर्माण सामग्री को प्रतिस्थापित करते हैं। इसे अपतटीय द्वीप रीफ इमारतों, डॉक, फ्लोटिंग प्लेटफॉर्म, लाइट टावर आदि पर लागू किया गया है। इंजीनियरिंग बहाली के लिए कार्बन फाइबर कंपोजिट का उपयोग 1980 के दशक में शुरू हुआ, और जापान के मित्सुबिशी केमिकल कॉर्पोरेशन ने कार्बन फाइबर कंपोजिट के यांत्रिक गुणों और इंजीनियरिंग सुदृढीकरण में उनके अनुप्रयोग पर शोध करने का बीड़ा उठाया। प्रारंभिक शोध का ध्यान कार्बन फाइबर कंपोजिट का उपयोग करके प्रबलित कंक्रीट बीम के सुदृढीकरण पर था, जो बाद में विभिन्न सिविल इंजीनियरिंग के सुदृढीकरण और सुदृढीकरण में विकसित हुआ। कार्बन फाइबर कंपोजिट द्वारा अपतटीय तेल प्लेटफार्मों और बंदरगाहों की मरम्मत इसके अनुप्रयोग का केवल एक पहलू है। कई संबंधित दस्तावेज हैं। यह उल्लेखनीय है कि अमेरिकी DFI कंपनी ने नौसेना पर्ल हार्बर टर्मिनल की मरम्मत के लिए कार्बन फाइबर छड़ का इस्तेमाल किया था। उस समय, तकनीशियनों ने सुदृढीकरण की मरम्मत के लिए अभिनव कार्बन फाइबर छड़ का इस्तेमाल किया। कार्बन फाइबर रॉड की मरम्मत की गई डॉक 2.5 मीटर ऊंची 9t स्टील का सामना कर सकती है। यह बिना क्षतिग्रस्त हुए गिर जाता है, और वृद्धि प्रभाव स्पष्ट है।

समुद्री इंजीनियरिंग में कार्बन फाइबर कंपोजिट के उपयोग के लिए, पनडुब्बी पाइपलाइनों या स्तंभों की मरम्मत और सुदृढ़ीकरण का एक प्रकार भी है। वेल्डिंग, वेल्ड सुधार, क्लैंप, ग्राउटिंग आदि जैसे पारंपरिक रखरखाव विधियों की अपनी सीमाएँ हैं, और इन विधियों का उपयोग समुद्री वातावरण में अधिक प्रतिबंधित है। कार्बन फाइबर कंपोजिट की मरम्मत मुख्य रूप से उच्च शक्ति और उच्च चिपकने वाली राल सामग्री जैसे कार्बन फाइबर कपड़ा और एपॉक्सी राल से बनी होती है, जो मरम्मत की सतह से चिपकी होती है, इसलिए यह पतली और हल्की, उच्च शक्ति, स्थायित्व में अच्छी, निर्माण में सुविधाजनक और विभिन्न आकृतियों के अनुकूल होती है। इसका एक महत्वपूर्ण लाभ है।