Ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտային նյութերի կիրառումը օվկիանոսում

Ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտային նյութը մանրաթելային ամրացված նյութ է, որը պատրաստված է ածխածնային մանրաթելից և խեժից, մետաղից, կերամիկայից և այլ մատրիցներից: Իր թեթև քաշի, բարձր ամրության, բարձր ջերմաստիճանի դիմադրության և այլնի շնորհիվ այն վերջին տարիներին լայնորեն օգտագործվել է ավիատիեզերական, սպորտային և հանգստի, արագընթաց երկաթուղու ոլորտներում: Ավտոմոբիլային և քաղաքացիական ճարտարագիտության ոլորտներում: Ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտային նյութերը ունեն գերազանց հոգնածության դիմադրություն, կոռոզիայի դիմադրություն և գերազանց շինարարական կատարողականություն՝ բարձր ամրության և բարձր ամրության շնորհիվ, ինչը դրանք հարմար է դարձնում ծովային կիրառությունների համար՝ նյութական հատկությունների վերաբերյալ հատուկ պահանջներով: Ուշադրություն դարձրեք: Վերջին տարիներին ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտները գնալով ավելի կարևոր դեր են խաղում նավաշինության, ծովային էներգիայի զարգացման և ծովային ճարտարագիտության վերանորոգման մեջ:

1. Դիմում նավի վրա
Ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտները բնական առավելություն ունեն ավանդական նավաշինական նյութերի նկատմամբ։ Նախ, ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտները լավ մեխանիկական հատկություններ ունեն։ Նավի կորպուսը պատրաստված է թեթև քաշով և ցածր վառելիքի սպառմամբ, իսկ կառուցման գործընթացը համեմատաբար պարզ է, ցիկլը՝ կարճ, իսկ ձուլվածքը՝ հարմար, ուստի շինարարության և սպասարկման արժեքը շատ ավելի ցածր է, քան պողպատե նավինը։ Միևնույն ժամանակ, քանի որ ածխածնային մանրաթելի և խեժային մատրիցի միջև միջերեսը կարող է արդյունավետորեն կանխել ճաքերի տարածումը, նյութը լավ հոգնածության դիմադրություն ունի։ Բացի այդ, ածխածնային մանրաթելային մակերեսի քիմիական իներտության շնորհիվ կորպուսն ունի ջրային օրգանիզմների համար դժվար է էպիֆիտիկ և կոռոզիոն դիմացկուն լինել, ինչը նաև նավի կառուցման կարևոր գործոններից մեկն է։ Սա նյութերի ընտրության ամենակարևոր գործոններից մեկն է։ Հետևաբար, ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտները նավաշինության մեջ ունեն եզակի համապարփակ կատարողական առավելություններ և այժմ լայնորեն կիրառվում են այս ոլորտում։ Միևնույն ժամանակ, կիրառման դաշտի ընդլայնումը խթանել է ածխածնային մանրաթելային արդյունաբերության զարգացումը։

1.1 Ռազմական նավեր

Ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտները ունեն լավ ակուստիկ, մագնիսական և էլեկտրական հատկություններ. դրանք թափանցիկ են, ձայնաթափանց և ոչ մագնիսական, ուստի դրանք կարող են օգտագործվել ռազմանավերի գաղտնիության ցուցանիշները բարելավելու համար: Նավի վերին կառուցվածքում կոմպոզիտային նյութերի օգտագործումը ոչ միայն նվազեցնում է կորպուսի քաշը, այլև փոխանցում և ընդունում է էլեկտրամագնիսական ալիքներ նախապես որոշված ​​հաճախականությամբ՝ պաշտպանելով միջանկյալ շերտում ներկառուցված հաճախականության ընտրողական շերտը՝ թշնամու ռադարային էլեկտրամագնիսական ալիքներից պաշտպանելու համար: Օրինակ, 1999 թվականին Նորվեգիայի նավատորմի կողմից կառուցված «skjold» դասի հածանավը օգտագործել է սենդվիչ կոմպոզիտ, որը բաղկացած է պոլիվինիլքլորիդային փրփուրային միջուկի շերտից, ապակե մանրաթելից և ածխածնային մանրաթելային միջանկյալ շերտից: Այս դիզայնը ոչ միայն բարելավում է ամրության և քաշի հարաբերակցությունը, այլև ունի լավ հարվածային դիմադրություն: Արդյունավետությունը նաև զգալիորեն բարելավում է ցածր մագնիսական, հակաինֆրակարմիր և հակառադարային սկանավորման բնութագրերը: Շվեդական Visby դասի ֆրեգատները, որոնք շահագործման են հանձնվել 2000 թվականին, բոլորն էլ օգտագործում են ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտային նյութեր, որոնք ունեն քաշի նվազեցման, ռադարի և ինֆրակարմիր կրկնակի գաղտնիության հատուկ գործառույթներ:

Ածխածնային մանրաթելով ամրացված կոմպոզիտային կայմերի կիրառումը նավերի վրա աստիճանաբար ի հայտ է եկել: LPD-17 նավը, որը շահագործման է հանձնվել Միացյալ Նահանգներում 2006 թվականին, օգտագործում է ածխածնային մանրաթել/Balsa միջուկով առաջադեմ կոմպոզիտային կոմպոզիտային կայմ: Ի տարբերություն սկզբնական բաց կայմի, LPD-17-ը օգտագործում է նոր, լիովին փակ կայմ/զգայիչ համակարգ (AEM/S): Այս ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտային կայմի վերին մասը ծածկում է հաճախականության ընտրողական մակերեսային նյութը (FSS), թույլ տալով, որ որոշակի հաճախականությամբ ալիքները անցնեն, իսկ ստորին կեսը կարող է արտացոլել ռադարային ալիքները կամ կլանվել ռադարային կլանող նյութերով: Հետևաբար, այն ունի լավ ռադարային գաղտնիության և հայտնաբերման գործառույթներ: Բացի այդ, կառուցվածքում միատարր համակցված են տարբեր անտենաներ և դրանց հետ կապված սարքավորումներ, ինչը հեշտ չէ քայքայվել և ավելի նպաստավոր է սարքավորումների պահպանման համար: Եվրոպական նավատորմը մշակել է նմանատիպ փակ ինտեգրված սենսորային կայմ, որը պատրաստված է նանոֆիբրային ապակե մանրաթելից՝ համակցված ածխածնային մանրաթելի հետ որպես ամրացում: Այն թույլ է տալիս տարբեր ռադարային ճառագայթներ և կապի ազդանշաններ անխափան անցնել միմյանց հետ, և կորուստը չափազանց ցածր է: 2006 թվականին այս առաջադեմ տեխնոլոգիական կայմային բանկոմատը օգտագործվել է բրիտանական ռազմածովային ուժերի «Royal Ark» ավիակիրի վրա։

Ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտները կարող են օգտագործվել նաև նավի այլ մասերում: Օրինակ, այն կարող է օգտագործվել որպես պտուտակ և շարժիչի լիսեռային համակարգ շարժիչային համակարգում՝ կմախքի տատանումների ազդեցությունն ու աղմուկը մեղմելու համար, և հիմնականում օգտագործվում է հետախուզական նավերում և արագընթաց զբոսանավերում: Այն կարող է օգտագործվել որպես ղեկ մեքենաներում և սարքավորումներում, որոշ հատուկ մեխանիկական սարքերում և խողովակաշարային համակարգերում: Բացի այդ, բարձր ամրության ածխածնային մանրաթելային պարանները լայնորեն օգտագործվում են նաև ռազմածովային ռազմանավերի մալուխներում և այլ ռազմական իրերում:

1.2 Քաղաքացիական զբոսանավեր

Մեծ զբոսանավերը սովորաբար մասնավոր սեփականություն են և թանկ են, պահանջում են թեթև քաշ, բարձր ամրություն և դիմացկունություն: Ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտները կարող են օգտագործվել զբոսանավերի գործիքների ցուցանակներում և անտենաներում, ղեկերում, ինչպես նաև ամրացված կառուցվածքներում, ինչպիսիք են տախտակամածները, խցիկները և նավերի միջնորմները: Ավանդական կոմպոզիտային զբոսանավը հիմնականում պատրաստված է FRP-ից, բայց անբավարար կոշտության պատճառով կորպուսը հաճախ չափազանց ծանր է դառնում կոշտության նախագծման պահանջները բավարարելուց հետո, իսկ ապակե մանրաթելը քաղցկեղածին է, որը աստիճանաբար արգելվում է արտասահմանում: Այսօրվա կոմպոզիտային զբոսանավերում օգտագործվող ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտների համամասնությունը զգալիորեն աճել է, և որոշներում նույնիսկ օգտագործվել են ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտներ: Օրինակ՝ Baltic-ի սուպեր զբոսանավ «Պանամա» կրկնակի բեռնանավը, կորպուսը և տախտակամածը միացված են ածխածնային մանրաթել/էպօքսիդային խեժի կեղևով, Nomex  մեղրամոմով և CorecellTM կառուցվածքային փրփուրային միջուկով, կորպուսը 60 մ երկարություն ունի: Սակայն ընդհանուր քաշը կազմում է ընդամենը 210 տոննա: Լեհական կատամարան Sunreef Yachts ընկերության կողմից կառուցված ածխածնային մանրաթելից պատրաստված կատամարան Sunreef 80 Levante-ն օգտագործում է վինիլային եթերային խեժի սենդվիչ կոմպոզիտներ, ՊՎՔ փրփուր և ածխածնային մանրաթելից պատրաստված կոմպոզիտներ: Կայմերի բումները պատրաստված են հատուկ ածխածնային մանրաթելից պատրաստված կոմպոզիտներից, և կորպուսի միայն մի մասն է օգտագործում FRP: Առանց բեռնման քաշը կազմում է ընդամենը 45 տոննա: Բարձր արագություն, ցածր վառելիքի սպառում և գերազանց կատարողականություն:

2014 թվականին կառուցված «Zhongke·Lianya» զբոսանավը ներկայումս Չինաստանում միակ ամբողջությամբ ածխածնային մանրաթելից պատրաստված զբոսանավն է։ Այն էկոլոգիապես մաքուր զբոսանավ է, որը պատրաստված է ածխածնային մանրաթելի և էպօքսիդային խեժի համադրությունից։ Այն 30%-ով թեթև է նույն տեսակի ապակեպլաստե զբոսանավից և ունի ավելի բարձր ամրություն, ավելի մեծ արագություն և ավելի ցածր վառելիքի սպառում։

Բացի այդ, զբոսանավի մալուխներն ու մալուխները օգտագործում են բարձր ամրության ածխածնային մանրաթելային պարաններ՝ անվտանգությունն ապահովելու համար: Քանի որ ածխածնային մանրաթելն ունի պողպատից բարձր ձգման մոդուլ և մի քանի կամ նույնիսկ տասնյակ անգամ ձգման ամրություն, ինչպես նաև մանրաթելի հյուսված հատկություն, որպես հիմնական նյութ օգտագործվում է ածխածնային մանրաթելային պարան, որը կարող է լրացնել պողպատե մետաղալարե պարանն ու օրգանական պոլիմերային պարանները: Անբավարար է:
2. Կիրառումը ծովային էներգիայի զարգացման մեջ

2.1 Սուզանավային նավթի և գազի հանքավայրեր

Վերջին տարիներին ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտային նյութերը ավելի ու ավելի լայնորեն են կիրառվում ծովային նավթի և գազի մշակման ոլորտում: Ծովային միջավայրում կոռոզիան, ջրի ստորգետնյա հոսքի հետևանքով առաջացած բարձր կտրվածքը և ուժեղ կտրվածքը խիստ պահանջներ են ներկայացնում նյութի կոռոզիոն դիմադրության, ամրության և հոգնածության հատկությունների վերաբերյալ: Ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտներն ակնհայտ առավելություններ ունեն թեթևության, դիմացկունության և հակակոռոզիոն լինելու առումով ծովային նավթահանքերի մշակման գործում. 1500 մ ջրի խորության հորատման հարթակն ունի մոտ 6500 տոննա զանգվածով պողպատե մալուխ, մինչդեռ ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտային նյութի խտությունը սովորական պողպատ է: 1/4-ով, եթե պողպատի մի մասը փոխարինելու համար օգտագործվի ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտային նյութ, հորատման հարթակի բեռնունակությունը զգալիորեն կնվազի, և հարթակի կառուցման արժեքը կխնայվի: Ծծող ձողի փոխադարձ շարժումը հեշտությամբ կհանգեցնի նյութի հոգնածության՝ ծովի ջրի և խողովակի ներսում ճնշման միջև անհավասարակշռված ճնշման պատճառով: Կոտրումը և ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտային նյութի օգտագործումը կարող են լուծել այս խնդիրը։ Ծովային ջրի միջավայրի կոռոզիոն դիմադրության պատճառով, ծովային ջրում դրա ծառայության ժամկետն ավելի երկար է, քան պողպատում, և օգտագործման խորությունն ավելի խորն է։

Ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտները կարող են օգտագործվել որպես արտադրական հորատանցքերի խողովակներ, ծծող ձողեր, պահեստային բաքեր, սուզանավային խողովակաշարեր, տախտակամածներ և այլն նավթահանքերի հորատման հարթակներում: Արտադրական գործընթացը բաժանված է պուլտրուզիայի գործընթացի և թաց փաթաթման գործընթացի: Պուլտրուզիան սովորաբար օգտագործվում է սովորական և միացնող խողովակների վրա: Փաթաթման մեթոդը սովորաբար օգտագործվում է որպես պահեստային բաքի և ճնշման տարայի մակերես, և կարող է նաև օգտագործվել անիզոտրոպ ճկուն խողովակում, որի մեջ ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտային նյութը փաթաթվում և դասավորվում է զրահապատ շերտում որոշակի անկյան տակ:

Ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտային նյութից պատրաստված անընդհատ ծծող ձողը ժապավենանման կառուցվածք ունի, նման է թաղանթին և ունի լավ ճկունություն: Արտադրվել և կիրառվել է Միացյալ Նահանգներում 1990-ականներին: Այն պատրաստված է ածխածնային մանրաթելից՝ որպես ամրացնող մանրաթել, և չհագեցած խեժից՝ որպես հիմնական նյութ: Այն արտադրվում է պուլտրուզիայի մեթոդով՝ բարձր ջերմաստիճանում խաչաձև կապակցման միջոցով կարծրացումից հետո: 2001-ից 2003 թվականներին Չինաստանը մաքուր ճառագայթային նավթային դաշտում օգտագործել է ածխածնային մանրաթելային ծծող ձող և սովորական պողպատե ծծող ձող՝ օդաչու պատրաստելու համար: Ածխածնային մանրաթելային ծծող ձողի օգտագործումը կարող է զգալիորեն մեծացնել նավթի արտադրությունը և նվազեցնել շարժիչի բեռը, ինչը ավելի էներգաարդյունավետ է: Ավելին, ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտային ծծող ձողը ավելի դիմացկուն է հոգնածության և կոռոզիայի նկատմամբ, քան պողպատե ծծող ձողը, և ավելի հարմար է ստորջրյա նավթային դաշտերի մշակման համար:

2.2 Ծովային քամու էներգիա

Ծովում առկա առատ քամու էներգիայի ռեսուրսները կարևոր ոլորտ են ապագա զարգացման համար և քամու էներգիայի տեխնոլոգիայի ամենաառաջադեմ և պահանջկոտ ոլորտն են: Չինաստանի ափամերձ գիծը մոտ 1800 կմ է, և այնտեղ կա ավելի քան 6000 կղզի: Հարավարևելյան ափը և կղզային շրջանները հարուստ են քամու ռեսուրսներով և հեշտ են զարգացվում: Վերջին տարիներին համապատասխան գերատեսչությունները աջակցել են ծովային քամու էներգիայի զարգացումը խթանելու ջանքերին: Քամու էներգիայի թևերի քաշի ավելի քան 90%-ը կազմված է կոմպոզիտային նյութերից: Ծովում ուժեղ քամիները և բարձր էներգիայի արտադրությունը, անկասկած, պահանջում են ավելի մեծ թևեր և ավելի լավ տեսակարար ամրություն և դիմացկունություն: Ակնհայտ է, որ ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտային նյութերը կարող են բավարարել մեծածավալ, թեթև, բարձր արդյունավետությամբ, ցածր գնով էլեկտրաէներգիայի արտադրության թևերի մշակման պահանջները և ավելի հարմար են ծովային կիրառությունների համար, քան ապակե մանրաթելային կոմպոզիտային նյութերը:

Ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտները զգալի առավելություններ ունեն ծովային քամու էներգիայի արտադրության մեջ: Ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտային շեղբը ցածր որակի է և բարձր կոշտության, իսկ մոդուլը 3-8 անգամ փոքր է ապակե մանրաթելային արտադրանքի համեմատ. ծովային միջավայրում խոնավությունը մեծ է, կլիման փոփոխական է, և օդափոխիչը աշխատում է 24 ժամ: Շեղբը լավ հոգնածության դիմադրություն ունի և կարող է դիմակայել վատ եղանակին: Այն բարելավում է շեղբի աերոդինամիկական աշխատանքը և նվազեցնում է աշտարակի և առանցքի վրա բեռը, որպեսզի օդափոխիչի ելքային հզորությունը լինի ավելի հարթ և հավասարակշռված, և բարելավվի էներգաարդյունավետությունը: Հատուկ կառուցվածքային դիզայնի շնորհիվ հաղորդունակությունը կարող է արդյունավետորեն խուսափել շեղբի վրա կայծակի հարվածից առաջացած վնասից, նվազեցնել քամու տուրբինի շեղբի արտադրության և տեղափոխման ծախսերը և ունենալ թրթռման մարման հատկություններ:

3. Ծովային ճարտարագիտության կիրառություններ

Ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտային նյութերը օգտագործվում են ծովային ինժեներական շենքերում: Դրանք հիմնականում օգտագործում են թեթև քաշի, բարձր ամրության և կոռոզիոն դիմադրության բնութագրերը և փոխարինում են ավանդական պողպատե շինանյութերը ջլերի և կառուցվածքային մասերի տեսքով՝ լուծելու ծովային ջրի էրոզիայի պողպատի և փոխադրման բարձր տրանսպորտային ծախսերի խնդիրը: Այն կիրառվել է ծովափնյա կղզի-ռիֆային շենքերում, նավամատույցներում, լողացող հարթակներում, լուսային աշտարակներում և այլն: Ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտների օգտագործումը ինժեներական վերականգնման համար սկսվել է 1980-ական թվականներին, և Ճապոնիայի Mitsubishi Chemical Corporation-ը առաջատար դեր է խաղացել ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտների մեխանիկական հատկությունների և դրանց կիրառման ճարտարագիտական ​​​​ամրացման մեջ ուսումնասիրության գործում: Սկզբնական հետազոտությունների ուշադրության կենտրոնում էր երկաթբետոնե ճառագայթների ամրացումը՝ օգտագործելով ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտներ, որոնք հետագայում վերածվեցին տարբեր քաղաքացիական ինժեներական կառույցների ամրացման և ամրապնդման: Ծովափնյա նավթային հարթակների և նավահանգիստների վերանորոգումը ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտներով դրա կիրառման միայն մեկ կողմն է: Կան բազմաթիվ հարակից փաստաթղթեր: Հարկ է նշել, որ ԱՄՆ DFI ընկերությունը օգտագործել է ածխածնային մանրաթելային ձողեր՝ ռազմածովային Պերլ Հարբորի տերմինալը վերանորոգելու համար: Այդ ժամանակ տեխնիկները օգտագործել են նորարարական ածխածնային մանրաթելային ձողեր՝ ամրացումը վերանորոգելու համար: Վերանորոգված ածխածնային մանրաթելային ձողերով նավամատույցը կարող է դիմակայել 9 տ պողպատի 2.5 մ բարձրությունից: Այն ընկնում է առանց վնասվելու, և ուժեղացման ազդեցությունը ակնհայտ է։

Ինչ վերաբերում է ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտների կիրառմանը ծովային ճարտարագիտության մեջ, կա նաև ստորջրյա խողովակաշարերի կամ սյուների վերանորոգման և ամրացման մի տեսակ: Ավանդական սպասարկման մեթոդները, ինչպիսիք են եռակցումը, եռակցման բարելավումը, սեղմակները, մանրախճով ամրացումը և այլն, ունեն իրենց սահմանափակումները, և այդ մեթոդների կիրառումը ծովային միջավայրում ավելի սահմանափակ է: Ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտների վերանորոգումը հիմնականում պատրաստվում է բարձր ամրության և բարձր կպչունության խեժային նյութերից, ինչպիսիք են ածխածնային մանրաթելային կտորը և էպօքսիդային խեժը, որոնք կպչում են վերանորոգվող մակերեսին, ուստի այն բարակ և թեթև է, բարձր ամրությամբ, լավ դիմացկուն է, հարմար է կառուցման մեջ և հարմարվում է տարբեր ձևերի: Այն ունի զգալի առավելություն: