Kompozitni materijal od karbonskih vlakana je materijal ojačan vlaknima izrađen od karbonskih vlakana i smole, metala, keramike i drugih matrica. Zbog svoje male težine, visoke čvrstoće, otpornosti na visoke temperature itd., posljednjih se godina široko koristi u zrakoplovstvu, sportu i razonodi, brzim željeznicama. U područjima automobila i građevinarstva. Kompozitni materijali od karbonskih vlakana imaju izvrsnu otpornost na umor, otpornost na koroziju i izvrsne građevinske performanse zbog visoke čvrstoće i visoke čvrstoće, što ih čini prikladnima za pomorsku primjenu s posebnim zahtjevima na svojstva materijala. Pripazite. Posljednjih godina kompoziti od karbonskih vlakana igrali su sve važniju ulogu u brodogradnji, razvoju energije na moru i popravku brodskog inženjerstva.
1. Prijava na brodu
Kompoziti od karbonskih vlakana imaju prirodnu prednost u odnosu na tradicionalne materijale za brodogradnju. Prvo, kompoziti od karbonskih vlakana imaju dobra mehanička svojstva. Trup je izrađen s karakteristikama male težine i niske potrošnje goriva, a proces izgradnje je relativno jednostavan, ciklus je kratak, a oblikovanje je praktično, tako da su troškovi izgradnje i održavanja znatno niži od troškova čeličnog broda. Istovremeno, budući da spoj između karbonskih vlakana i matrice smole može učinkovito spriječiti širenje pukotina, materijal ima dobru otpornost na umor; osim toga, zbog kemijske inertnosti površine karbonskih vlakana, trup ima karakteristike da je teško epifitski za vodene organizme i otporan je na koroziju, što je također karakteristično za konstrukciju broda. To je jedan od najvažnijih čimbenika pri odabiru materijala. Stoga, kompozitni materijali od karbonskih vlakana imaju jedinstvene sveobuhvatne prednosti u brodogradnji i sada se široko koriste u ovom području. Istovremeno, razvoj industrije karbonskih vlakana potiče se širenjem područja primjene.
1.1 Vojni brodovi
Kompoziti od karbonskih vlakana imaju dobra akustična, magnetska i električna svojstva: prozirni su, propusni za zvuk i nemagnetski, pa se mogu koristiti za poboljšanje prikrivenosti ratnih brodova. Korištenje kompozitnih materijala u nadgrađu broda ne samo da smanjuje težinu trupa, već i prenosi i prima elektromagnetske valove na unaprijed određenoj frekvenciji zaštitom frekvencijski selektivnog sloja ugrađenog u međusloj kako bi se zaštitili elektromagnetski valovi neprijateljskog radara. Na primjer, krstarica klase „skjold“ koju je izgradila norveška mornarica 1999. godine koristila je sendvič kompozit koji se sastoji od jezgrenog sloja od polivinilkloridne pjene, staklenih vlakana i međusloja od karbonskih vlakana. Ovaj dizajn ne samo da poboljšava omjer čvrstoće i težine, već ima i dobru otpornost na udarce. Performanse također uvelike poboljšavaju karakteristike skeniranja s niskim magnetskim djelovanjem, anti-infracrvenog i anti-radarskog zračenja. Švedske fregate klase Visby, koje su puštene u pogon 2000. godine, sve koriste kompozitne materijale od karbonskih vlakana, koji imaju posebne funkcije smanjenja težine, radara i infracrvene dvostruke prikrivenosti.
Primjena kompozitnih jarbola ojačanih ugljičnim vlaknima na brodovima postupno se pojavila. Brod LPD-17, koji je pušten u rad u Sjedinjenim Državama 2006. godine, koristi napredni kompozitni jarbol s jezgrom od ugljičnih vlakana/balse. Za razliku od originalnog otvorenog jarbola, LPD-17 koristi novi potpuno zatvoreni sustav jarbola/senzora (AEM/S), gornji dio ovog kompozitnog jarbola od ugljičnih vlakana prekriva frekvencijski selektivni površinski materijal (FSS), omogućujući prolaz valova određene frekvencije, a donja polovica može reflektirati radarske valove ili biti apsorbirana materijalima koji apsorbiraju radar. Stoga ima dobre funkcije prikrivenosti i detekcije radara. Osim toga, različite antene i pripadajuća oprema jednoliko su kombinirani u strukturi, što nije lako korodirati i pogodnije je za održavanje opreme. Europska mornarica razvila je sličan zatvoreni integrirani senzorski jarbol izrađen od staklenih vlakana izrađenih od nanofibera u kombinaciji s ugljičnim vlaknima kao ojačanjem. Omogućuje nesmetan prolaz različitih radarskih zraka i komunikacijskih signala, a gubitak je izuzetno nizak. Godine 2006. ovaj napredni jarbolni bankomat korišten je na nosaču zrakoplova "Royal Ark" britanske mornarice.
Kompoziti od karbonskih vlakana mogu se koristiti i u drugim aspektima broda. Na primjer, mogu se koristiti kao propeler i pogonski osovinski sustav u pogonskom sustavu za ublažavanje vibracija i buke trupa, a uglavnom se koriste u izviđačkim brodovima i brzim kruzerima. Može se koristiti kao kormilo u strojevima i opremi, nekim posebnim mehaničkim uređajima i cjevovodnim sustavima. Osim toga, užad od karbonskih vlakana visoke čvrstoće također se široko koristi u kablovima ratnih brodova i drugim vojnim predmetima.
1.2 Civilne jahte
Velike jahte su uglavnom u privatnom vlasništvu i skupe su, zahtijevajući malu težinu, visoku čvrstoću i izdržljivost. Kompoziti od karbonskih vlakana mogu se koristiti u instrumentima i antenama jahti, kormilima te u ojačanim konstrukcijama poput paluba, kabina i brodskih pregrada. Tradicionalna kompozitna jahta uglavnom je izrađena od FRP-a, ali zbog nedovoljne krutosti, trup je često pretežak nakon što zadovolji zahtjeve dizajna krutosti, a staklena vlakna su kancerogena, što se postupno zabranjuje u inozemstvu. Udio kompozita od karbonskih vlakana koji se koriste u današnjim kompozitnim jahtama značajno se povećao, a neke su čak koristile kompozite od karbonskih vlakana. Na primjer, Baltikova superjahta "Panama" s dvostrukom baržom, trup i paluba su spojeni oblogom od karbonskih vlakana/epoksidne smole, Nomex saćastim materijalom i CorecellTM strukturnom pjenastom jezgrom, trup je dug 60 m. Ali ukupna težina je samo 210 t. Sunreef 80 Levante, katamaran od karbonskih vlakana koji je izgradila poljska tvrtka za katamarane Sunreef Yachts, koristi kompozite od vinil esterske smole, PVC pjenu i kompozite od karbonskih vlakana. Jarboli su izrađeni od kompozita od karbonskih vlakana po narudžbi, a samo dio trupa koristi FRP. Težina bez opterećenja je samo 45 tona. Velika brzina, niska potrošnja goriva i izvrsne performanse.
Jahta „Zhongke·Lianya“ izgrađena 2014. godine trenutno je jedina jahta u potpunosti izrađena od karbonskih vlakana u Kini. To je zelena jahta izrađena od kombinacije karbonskih vlakana i epoksidne smole. 30% je lakša od iste vrste jahte od stakloplastike, a ima veću čvrstoću, veću brzinu i nižu potrošnju goriva.
Osim toga, kabeli i kablovi jahte koriste užad od karbonskih vlakana visoke čvrstoće kako bi se osigurala sigurnost. Budući da karbonska vlakna imaju modul vlačne čvrstoće veći od čelika i vlačnu čvrstoću nekoliko puta ili čak desetaka puta veću, te imaju svojstvo tkanja vlakana, užad od karbonskih vlakana koristi se kao osnovni materijal, što može nadoknaditi čeličnu užad i užad od organskog polimera. Nedovoljno.z
2. Primjena u razvoju pomorske energije
2.1 Podmorska naftna i plinska polja
Posljednjih godina, kompozitni materijali od karbonskih vlakana sve se više koriste u području razvoja nafte i plina na moru. Korozija u morskom okruženju, visoki smični naponi i snažno smicanje uzrokovano podstrujnim tokom vode nameću stroge zahtjeve na otpornost na koroziju, čvrstoću i svojstva zamora materijala. Kompoziti od karbonskih vlakana imaju očite prednosti u lakoći, izdržljivosti i antikorozivnosti pri razvoju naftnih polja na moru: platforma za bušenje na dubini od 1500 m ima čelični kabel mase oko 6500 tona, dok je gustoća kompozita od karbonskih vlakana obični čelik. 1/4, ako se kompozitni materijal od karbonskih vlakana koristi za zamjenu dijela čelika, nosivost platforme za bušenje bit će značajno smanjena, a troškovi izgradnje platforme će se uštedjeti. Klizajuće gibanje usisne šipke lako će dovesti do zamora materijala zbog neuravnoteženog tlaka između morske vode i tlaka unutar cijevi. Lomljenje i korištenje kompozitnog materijala od karbonskih vlakana može riješiti ovaj problem; Zbog otpornosti na koroziju u morskoj vodi, njegov vijek trajanja u morskoj vodi je dulji od čelika, a dubina upotrebe je veća.
Kompoziti od karbonskih vlakana mogu se koristiti kao cijevi za proizvodne bušotine, usisne šipke, spremnici za skladištenje, podmorski cjevovodi, palube itd. u platformama za bušenje naftnih polja. Proizvodni proces podijeljen je na postupak pultruzije i postupak mokrog namotavanja. Pultruzija se općenito koristi na uobičajenim cijevima i spojnim cijevima. Metoda namotavanja općenito se koristi kao površina spremnika za skladištenje i tlačne posude, a može se koristiti i u anizotropnoj fleksibilnoj cijevi u kojoj je kompozitni materijal od karbonskih vlakana namotan i raspoređen pod određenim kutom u oklopnom sloju.
Kontinuirana usisna šipka od kompozitnog materijala od karbonskih vlakana ima vrpčastu strukturu sličnu filmu i dobru fleksibilnost. Proizvedena je i primijenjena u Sjedinjenim Državama 1990-ih. Izrađena je od karbonskih vlakana kao ojačavajućih vlakana i nezasićene smole kao osnovnog materijala. Proizvodi se postupkom pultruzije nakon umrežavanja i stvrdnjavanja na visokoj temperaturi. Od 2001. do 2003. godine, Kina je koristila usisnu šipku od karbonskih vlakana i običnu čeličnu usisnu šipku u naftnom polju s čistom gredom za izradu pilota. Korištenje usisne šipke od karbonskih vlakana može značajno povećati proizvodnju nafte i smanjiti opterećenje motora, što je energetski učinkovitije. Štoviše, usisna šipka od kompozitnog materijala od karbonskih vlakana otpornija je na umor i koroziju od čelične usisne šipke te je prikladnija za primjenu u razvoju podmorskih naftnih polja.
2.2 Energija vjetra na moru
Obilni resursi energije vjetra na moru važno su područje za budući razvoj i najnaprednije i najzahtjevnije područje tehnologije energije vjetra. Kineska obala duga je oko 1800 km, a postoji više od 6000 otoka. Jugoistočna obala i otočne regije bogate su resursima vjetra i lako ih je razvijati. Posljednjih godina relevantni odjeli podržali su napore za promicanje razvoja energije vjetra na moru. Više od 90% težine lopatica vjetroelektrana sastoji se od kompozitnih materijala. Jaki vjetrovi na moru i velika proizvodnja energije neizbježno zahtijevaju veće lopatice i bolju specifičnu čvrstoću i izdržljivost. Očito je da kompozitni materijali od karbonskih vlakana mogu zadovoljiti zahtjeve razvoja velikih, laganih, visokoučinkovitih i jeftinih lopatica za proizvodnju energije te su prikladniji za pomorsku primjenu od kompozitnih materijala od staklenih vlakana.
Kompoziti od karbonskih vlakana imaju značajne prednosti u proizvodnji energije vjetra na moru. Lopatica od karbonskih vlakana ima nisku kvalitetu i visoku krutost, a modul je 3 do 8 puta veći od proizvoda od staklenih vlakana; vlažnost u morskom okruženju je velika, klima je promjenjiva, a ventilator radi 24 sata. Lopatica ima dobru otpornost na zamor i može izdržati loše vrijeme. Poboljšava aerodinamičke performanse lopatice i smanjuje opterećenje tornja i osovine, tako da je izlazna snaga ventilatora glatkija i uravnoteženija, a energetska učinkovitost je poboljšana. Provodljive performanse, zahvaljujući posebnom strukturnom dizajnu, mogu učinkovito spriječiti oštećenja uzrokovana udarom groma na lopatici; smanjiti troškove proizvodnje i transporta lopatice vjetroturbine; te imati karakteristike prigušivanja vibracija.
3. Primjene u pomorskom inženjerstvu
Kompozitni materijali od karbonskih vlakana koriste se u brodogradnji. Uglavnom koriste karakteristike male težine, visoke čvrstoće i otpornosti na koroziju te zamjenjuju tradicionalne čelične građevinske materijale u obliku tetiva i konstrukcijskih dijelova kako bi riješili problem visokih troškova prijevoza čelika otpornog na eroziju morskom vodom. Primjenjuju se na zgrade na otočnim grebenima, dokove, plutajuće platforme, svjetlosne tornjeve itd. Upotreba kompozita od karbonskih vlakana za inženjersku obnovu započela je 1980-ih, a japanska tvrtka Mitsubishi Chemical Corporation preuzela je vodeću ulogu u istraživanju mehaničkih svojstava kompozita od karbonskih vlakana i njihove primjene u inženjerskoj armaturi. Početni fokus istraživanja bio je na armiranju armiranobetonskih greda pomoću kompozita od karbonskih vlakana, što se kasnije razvilo u armiranje i ojačanje raznih građevina. Popravak naftnih platformi i luka na moru kompozitima od karbonskih vlakana samo je jedan aspekt njegove primjene. Postoji mnogo povezanih dokumenata. Vrijedi spomenuti da je američka tvrtka DFI koristila šipke od karbonskih vlakana za popravak terminala Navy Pearl Harbor. U to vrijeme, tehničari su koristili inovativne šipke od karbonskih vlakana za popravak armature. Popravljeni dok šipkom od karbonskih vlakana može izdržati 9 tona čelika s visine od 2,5 m. Otpada bez oštećenja, a učinak poboljšanja je očit.
Što se tiče primjene kompozita od karbonskih vlakana u pomorskom inženjerstvu, postoji i vrsta popravka i ojačanja podmorskih cjevovoda ili stupova. Tradicionalne metode održavanja poput zavarivanja, poboljšanja zavara, stezaljki, injektiranja itd. imaju svoja ograničenja, a upotreba tih metoda je ograničenija u morskom okruženju. Popravak kompozita od karbonskih vlakana uglavnom se izrađuje od visokočvrstih i visokoljepljivih smolnih materijala poput tkanine od karbonskih vlakana i epoksidne smole, koji se lijepe na površinu koja se popravlja, pa je tanka i lagana, visoke čvrstoće, dobre izdržljivosti, praktična u konstrukciji i prilagodljiva različitim oblicima. Ima značajnu prednost.
Vrijeme objave: 23. ožujka 2019.