A szénszálas kompozit anyag egy szálerősítésű anyag, amely szénszálból, gyantából, fémből, kerámiából és más mátrixból készül. Könnyű súlya, nagy szilárdsága, magas hőmérsékleti ellenállása stb. miatt az utóbbi években széles körben használják a repülőgépiparban, a sport- és szabadidős iparban, a nagysebességű vasúti közlekedésben. Az autóiparban és az építőmérnöki tudományokban is széles körben alkalmazzák. A szénszálas kompozit anyagok kiváló fáradásállósággal, korrózióállósággal és kiváló szerkezeti teljesítménysel rendelkeznek a nagy szilárdság és nagy szilárdság miatt, ami alkalmassá teszi őket olyan tengeri alkalmazásokhoz, ahol speciális anyagtulajdonságokra van szükség. Figyelem! Az elmúlt években a szénszálas kompozitok egyre fontosabb szerepet játszottak a hajóépítésben, a tengeri energiafejlesztésben és a hajózási javításban.
1. Jelentkezés a fedélzeten
A szénszálas kompozitoknak természetes előnyük van a hagyományos hajóépítő anyagokkal szemben. Először is, a szénszálas kompozitok jó mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek. A hajótest könnyű és alacsony üzemanyag-fogyasztású, az építési folyamat viszonylag egyszerű, a ciklus rövid, az öntés pedig kényelmes, így az építési és karbantartási költségek sokkal alacsonyabbak, mint az acélhajóké. Ugyanakkor, mivel a szénszál és a gyanta mátrix közötti határfelület hatékonyan megakadályozza a repedések terjedését, az anyag jó fáradási ellenállással rendelkezik; továbbá a szénszálas felület kémiai inertsége miatt a hajótest nehezen tolerálható a vízi élőlényekkel szemben, és korrózióálló, ami a hajóépítésben is fontos szerepet játszik. Ez az egyik legfontosabb tényező az anyagok kiválasztásában. Ezért a szénszálas kompozit anyagok egyedülálló, átfogó teljesítményelőnnyel rendelkeznek a hajóépítésben, és ma már széles körben használják őket ezen a területen. Ugyanakkor a szénszálas ipar fejlődése is elősegítette az alkalmazási területek bővülését.
1.1 Katonai hajók
A szénszálas kompozitok jó akusztikai, mágneses és elektromos tulajdonságokkal rendelkeznek: átlátszóak, hangáteresztőek és nem mágnesesek, így felhasználhatók a hadihajók lopakodóképességének javítására. A kompozit anyagok használata a hajó felépítményében nemcsak a hajótest súlyát csökkenti, hanem a közbenső rétegbe ágyazott frekvenciaszelektív réteg árnyékolásával előre meghatározott frekvencián továbbítja és veszi az elektromágneses hullámokat, hogy megvédje az ellenség radar elektromágneses hullámait. Például a norvég haditengerészet által 1999-ben épített „skjold” osztályú cirkáló egy polivinil-klorid hab magrétegből, üvegszálból és szénszálas közbenső rétegből álló szendvics kompozitot használt. Ez a kialakítás nemcsak a szilárdság-tömeg arányt javítja, hanem jó ütésállósággal is rendelkezik. A teljesítmény nagymértékben javítja az alacsony mágnesességű, infravörös és radar elleni védelem jellemzőit is. A 2000-ben üzembe helyezett svéd Visby osztályú fregattok mindegyike szénszálas kompozit anyagokat használ, amelyek speciális funkciókkal rendelkeznek a súlycsökkentés, a radar és az infravörös kettős lopakodás terén.
A szénszálas erősítésű kompozit árbocok alkalmazása a hajókon fokozatosan terjedt el. Az LPD-17 hajó, amelyet 2006-ban állítottak üzembe az Egyesült Államokban, szénszálas/Balsa maggal készült, fejlett kompozit kompozit árbocot használ. Az eredeti nyitott árboctól eltérően az LPD-17 egy új, teljesen zárt árboc/érzékelő rendszert (AEM/S) használ. Ennek a szénszálas kompozit árbocnak a felső részét frekvenciaszelektív felületi anyag (FSS) borítja, amely lehetővé teszi a meghatározott frekvenciájú hullámok áthaladását, az alsó fele pedig visszaverheti a radarhullámokat, vagy elnyelheti azokat a radarjeleket elnyelő anyagok. Ezért jó radar lopakodó és észlelő funkciókkal rendelkezik. Ezenkívül a szerkezetben egyenletesen vannak kombinálva a különböző antennák és a kapcsolódó berendezések, ami nem könnyen korrodálódik, és jobban elősegíti a berendezések karbantartását. Az Európai Haditengerészet kifejlesztett egy hasonló, zárt, integrált érzékelő árbocot, amely nanoszálas üvegszálból és szénszálas erősítésből készült. Ez lehetővé teszi a különböző radarnyalábok és kommunikációs jelek zavartalan áthaladását egymással, és a veszteség rendkívül alacsony. 2006-ban ezt a fejlett technológiájú árboc ATM-et használták a brit haditengerészet "Royal Ark" repülőgép-hordozóján.
A szénszálas kompozitok a hajók más aspektusaiban is felhasználhatók. Például használhatók légcsavarként és meghajtótengely-rendszerként a meghajtórendszerben a hajótest rezgési hatásainak és zajának enyhítésére, és főként felderítő hajókon és gyors utasszállító hajókon használják. Használható kormánylapátként gépekben és berendezésekben, néhány speciális mechanikus eszközben és csővezetékrendszerben. Ezenkívül a nagy szilárdságú szénszálas köteleket széles körben használják hadihajók kábeleiben és más katonai cikkekben is.
1.2 Polgári jachtok
A nagyméretű jachtok általában magántulajdonban vannak és drágák, könnyű súlyt, nagy szilárdságot és tartósságot igényelnek. A szénszálas kompozitok jachtok műszerlapjaiban és antennáiban, kormánylapátokban, valamint megerősített szerkezetekben, például fedélzetekben, kabinokban és hajó válaszfalakban használhatók. A hagyományos kompozit jachtok főként FRP-ből készülnek, de a nem megfelelő merevség miatt a hajótest gyakran túl nehéz a merevségi tervezési követelmények teljesítése után, az üvegszál pedig rákkeltő anyag, amelyet külföldön fokozatosan betiltanak. A mai kompozit jachtokban használt szénszálas kompozitok aránya jelentősen megnőtt, sőt, egyesek már szénszálas kompozitokat is használnak. Például a Baltic szuperjachtjának, a "Panama" kettős uszályának a hajótestét és a fedélzetét szénszálas/epoxigyanta burkolat, Nomex méhsejt és CorecellTM szerkezeti habmag borítja, a hajótest hossza 60 méter. De a teljes súlya mindössze 210 tonna. A Sunreef 80 Levante, egy szénszálas katamarán, amelyet a lengyel Sunreef Yachts katamaráncég épített, vinilészter gyanta szendvics kompozitokat, PVC habot és szénszálas kompozitokat használ. Az árbocgerenda egyedi szénszálas kompozitokból készült, és a hajótestnek csak egy része tartalmaz üvegszálas műanyagot (FRP). Az üres tömeg mindössze 45 tonna. Nagy sebesség, alacsony üzemanyag-fogyasztás és kiváló teljesítmény.
A 2014-ben épült „Zhongke·Lianya” jacht jelenleg Kína egyetlen teljes egészében szénszálas jachtja. Ez egy környezetbarát jacht, amely szénszál és epoxigyanta kombinációjából készül. 30%-kal könnyebb, mint az azonos típusú üvegszálas jachtok, nagyobb szilárdsággal, gyorsabb sebességgel és alacsonyabb üzemanyag-fogyasztással rendelkezik.
Ezenkívül a jacht kábelei és kábelei nagy szilárdságú szénszálas köteleket használnak a biztonság érdekében. Mivel a szénszál szakító modulusa nagyobb, mint az acélé, és a szakítószilárdsága többszörös vagy akár tízszeres, valamint a szál szövött tulajdonságával rendelkezik, a szénszálas kötelet alapanyagként használják, amely pótolhatja az acélsodronykötelet és a szerves polimer kötelet. Elégtelen.z
2. Alkalmazás a tengeri energiafejlesztésben
2.1 Tengeralatti olaj- és gázmezők
Az utóbbi években a szénszálas kompozit anyagok egyre szélesebb körben használatosak a tengeri olaj- és gázkitermelés területén. A tengeri környezetben fellépő korrózió, a nagy nyírás és az aluláramlás okozta erős nyírás szigorú követelményeket támaszt az anyag korrózióállóságával, szilárdságával és fáradási tulajdonságaival szemben. A szénszálas kompozitoknak nyilvánvaló előnyeik vannak a könnyűség, a tartósság és a korrózióvédelem terén a tengeri olajmezők fejlesztése során: egy 1500 méteres vízmélységű fúróplatform acélkábele körülbelül 6500 tonna tömegű, míg a szénszálas kompozit sűrűsége a közönséges acélé. 1/4, ha a szénszálas kompozit anyagot az acél egy részének helyettesítésére használják, a fúróplatform teherbírása jelentősen csökken, és a platform építési költségei megtakaríthatók. A szívórúd oda-vissza mozgása könnyen anyagfáradáshoz vezethet a tengervíz és a csőben lévő nyomás közötti kiegyensúlyozatlan nyomás miatt. A szénszálas kompozit anyag törése és használata megoldhatja ezt a problémát; a tengervízi környezet korrózióállósága miatt a tengervízben való élettartama hosszabb, mint az acélé, és a felhasználási mélység nagyobb.
A szénszálas kompozitok felhasználhatók termelő kutak csöveiként, szívórudakként, tárolótartályokként, tengeralattjáró csővezetékekként, fedélzetekként stb. olajmező fúróplatformokon. A gyártási folyamat pultrúziós és nedves tekercselési eljárásra oszlik. A pultrúziót általában közönséges csöveken és összekötő csöveken alkalmazzák. A tekercselési módszert általában a tárolótartály és a nyomástartó edény felületén alkalmazzák, de alkalmazható anizotrop flexibilis csövekben is, amelyekben a szénszálas kompozit anyagot feltekercselik és egy meghatározott szögben elrendezik a páncélrétegben.
A szénszálas kompozit anyagból készült folytonos szívórúd egy szalagszerű szerkezet, hasonlóan a fóliához, és jó rugalmassággal rendelkezik. Az Egyesült Államokban gyártották és alkalmazták az 1990-es években. Szénszálból készül erősítőszálként és telítetlen gyantából alapanyagként. Magas hőmérsékleten térhálósított kikeményítés után pultrudíciós eljárással állítják elő. 2001 és 2003 között Kína szénszálas szívórudat és hagyományos acél szívórudat használt a tiszta gerendás olajmezőben pilot hajtómű gyártásához. A szénszálas szívórúd használata jelentősen növelheti az olajhozamot és csökkentheti a motor terhelését, ami energiahatékonyabbá teszi. Ezenkívül a szénszálas kompozit szívórúd jobban ellenáll a fáradásnak és a korróziónak, mint az acél szívórúd, és alkalmasabb a tenger alatti olajmezők fejlesztésében való alkalmazásra.
2.2 Tengeri szélenergia
A bőséges tengeri szélenergia-források fontos terület a jövőbeli fejlesztések szempontjából, és a szélenergia-technológia legfejlettebb és legigényesebb területe. Kína partvonala körülbelül 1800 km hosszú, és több mint 6000 sziget található rajta. A délkeleti partvidék és a szigetvidékek gazdagok szélerőforrásokban, és könnyen fejleszthetők. Az elmúlt években az illetékes osztályok támogatták a tengeri szélenergia fejlesztésének előmozdítására irányuló erőfeszítéseket. A szélerőmű-lapátok súlyának több mint 90%-át kompozit anyagok teszik ki. A nagy tengeri szél és a nagy energiatermelés nagyobb lapátokat, valamint jobb fajlagos szilárdságot és tartósságot igényel. Nyilvánvaló, hogy a szénszálas kompozit anyagok megfelelnek a nagyméretű, könnyű, nagy teljesítményű, alacsony költségű energiatermelő lapátok fejlesztésének követelményeinek, és alkalmasabbak tengeri alkalmazásokhoz, mint az üvegszálas kompozit anyagok.
A szénszálas kompozitok jelentős előnyökkel rendelkeznek a tengeri szélenergia-termelésben. A szénszálas kompozit lapát alacsony minőségű és nagy merevségű, modulusa 3-8-szorosa az üvegszálas termékének; a tengeri környezetben nagy a páratartalom, változékony az éghajlat, és a ventilátor 24 órán át működik. A lapát jó fáradásállósággal rendelkezik, és ellenáll a rossz időjárásnak. Javítja a lapát aerodinamikai teljesítményét, csökkenti a torony és a tengely terhelését, így a ventilátor kimeneti teljesítménye simább és kiegyensúlyozottabb, és javul az energiahatékonyság. A speciális szerkezeti kialakításnak köszönhetően a vezetőképesség hatékonyan elkerülhető a villámcsapás okozta lapátkár; csökkenti a szélturbina lapát gyártási és szállítási költségeit; és rezgéscsillapító tulajdonságokkal rendelkezik.
3. Tengerészeti alkalmazások
A szénszálas kompozit anyagokat hajóépítő épületekben használják. Elsősorban a könnyű súly, a nagy szilárdság és a korrózióállóság jellemzőit használják ki, és a hagyományos acél építőanyagokat feszítőelemek és szerkezeti elemek formájában helyettesítik, hogy megoldják a tengervíz okozta erózió okozta acél és szállítás magas költségeinek problémáját. Alkalmazták tengeri sziget zátonyépületekben, dokkokban, úszó platformokban, világítótornyokban stb. A szénszálas kompozitok használata a mérnöki helyreállításban az 1980-as években kezdődött, és a japán Mitsubishi Chemical Corporation vezető szerepet vállalt a szénszálas kompozitok mechanikai tulajdonságainak és a mérnöki megerősítésben való alkalmazásuk kutatásában. A kezdeti kutatások a vasbeton gerendák szénszálas kompozitokkal történő megerősítésére irányultak, amely később a különféle mélyépítési szerkezetek megerősítésévé és megerősítésévé fejlődött. A tengeri olajfúró platformok és kikötők szénszálas kompozitokkal történő javítása csak egy aspektusa az alkalmazásának. Számos kapcsolódó dokumentum létezik. Érdemes megemlíteni, hogy az amerikai DFI vállalat szénszálas rudakat használt a haditengerészet Pearl Harbor termináljának javításához. Akkoriban a technikusok innovatív szénszálas rudakat használtak a megerősítés javításához. A szénszálas rudakkal javított dokk 2,5 m magasból 9 t acélt bír ki. Sérülés nélkül leesik, és a fokozó hatás nyilvánvaló.
Ami a szénszálas kompozitok tengerészeti alkalmazását illeti, létezik egyfajta javítás és megerősítés a tengeralatti csővezetékek vagy oszlopok esetében is. A hagyományos karbantartási módszerek, mint például a hegesztés, a hegesztési varratok javítása, a bilincsek, a fugázás stb., saját korlátokkal rendelkeznek, és ezeknek a módszereknek az alkalmazása korlátozottabb a tengeri környezetben. A szénszálas kompozitok javítása főként nagy szilárdságú és nagy tapadású gyantaanyagokból, például szénszálas szövetből és epoxigyantából készül, amelyeket a javítandó felülethez ragasztanak, így vékonyak és könnyűek, nagy szilárdságúak, jó tartósságúak, kényelmesek a konstrukcióban, és különböző formákhoz alkalmazkodnak. Jelentős előnyük van.
Közzététel ideje: 2019. márc. 23.