Material komposit serat karbon adalah material yang diperkuat serat yang terbuat dari serat karbon dan resin, logam, keramik, dan matriks lainnya. Karena bobotnya yang ringan, kekuatannya yang tinggi, ketahanan terhadap suhu tinggi, dll., material ini telah banyak digunakan dalam bidang kedirgantaraan, olahraga dan rekreasi, serta kereta api berkecepatan tinggi dalam beberapa tahun terakhir. Di bidang otomotif dan teknik sipil. Material komposit serat karbon memiliki ketahanan terhadap kelelahan yang sangat baik, ketahanan terhadap korosi, dan kinerja konstruksi yang sangat baik karena kekuatan dan ketahanannya yang tinggi, yang membuatnya cocok untuk aplikasi kelautan dengan persyaratan khusus pada sifat material. perhatikan. Dalam beberapa tahun terakhir, komposit serat karbon telah memainkan peran yang semakin penting dalam pembuatan kapal, pengembangan energi lepas pantai, dan perbaikan teknik kelautan.
1. Aplikasi di papan
Komposit serat karbon memiliki keunggulan alami dibandingkan bahan pembuatan kapal tradisional. Pertama, komposit serat karbon memiliki sifat mekanis yang baik. Lambung kapal diproduksi dengan karakteristik bobot yang ringan dan konsumsi bahan bakar yang rendah, dan proses konstruksinya relatif sederhana, siklusnya pendek, dan pencetakannya mudah, sehingga biaya konstruksi dan perawatannya jauh lebih rendah daripada kapal baja. Pada saat yang sama, karena antarmuka antara serat karbon dan matriks resin dapat secara efektif mencegah perambatan retak, material tersebut memiliki ketahanan lelah yang baik; selain itu, karena kelembaman kimia dari permukaan serat karbon, lambung kapal memiliki karakteristik bahwa organisme akuatik sulit untuk epifit dan tahan korosi, yang juga merupakan konstruksi kapal. Salah satu faktor terpenting dalam memilih material. Oleh karena itu, material komposit serat karbon memiliki keunggulan kinerja komprehensif yang unik dalam pembuatan kapal, dan sekarang banyak digunakan di bidang ini. Pada saat yang sama, pengembangan industri serat karbon telah dipromosikan dari perluasan bidang aplikasi.
1.1 Kapal militer
Komposit serat karbon memiliki sifat akustik, magnetik, dan listrik yang baik: transparan, dapat ditembus suara, dan nonmagnetik, sehingga dapat digunakan untuk meningkatkan kinerja siluman kapal perang. Penggunaan material komposit pada superstruktur kapal tidak hanya mengurangi berat lambung kapal, tetapi juga memancarkan dan menerima gelombang elektromagnetik pada frekuensi yang telah ditentukan dengan melindungi lapisan selektif frekuensi yang tertanam di interlayer untuk melindungi gelombang elektromagnetik radar musuh. Misalnya, kapal penjelajah kelas "skjold" yang dibangun oleh Angkatan Laut Norwegia pada tahun 1999 menggunakan komposit sandwich yang terdiri dari lapisan inti busa polivinil klorida, serat kaca, dan interlayer serat karbon. Desain ini tidak hanya meningkatkan rasio kekuatan terhadap berat, tetapi juga memiliki ketahanan benturan yang baik. Kinerjanya juga sangat meningkatkan karakteristik pemindaian magnetik rendah, anti-inframerah, dan anti-radar. Fregat kelas Visby Swedia, yang ditugaskan pada tahun 2000, semuanya menggunakan material komposit serat karbon, yang memiliki fungsi khusus pengurangan berat, radar, dan siluman ganda inframerah.
Penerapan tiang komposit yang diperkuat serat karbon pada kapal telah muncul secara bertahap. Kapal LPD-17, yang ditugaskan di Amerika Serikat pada tahun 2006, menggunakan tiang komposit inti serat karbon/Balsa yang canggih. Tidak seperti tiang terbuka asli, LPD-17 menggunakan tiang/sistem penginderaan yang sepenuhnya tertutup baru. (AEM/S), bagian atas tiang komposit serat karbon ini menutupi material permukaan selektif frekuensi (FSS), yang memungkinkan gelombang dengan frekuensi tertentu untuk melewatinya, dan bagian bawahnya dapat memantulkan gelombang radar atau diserap oleh material penyerap radar. Oleh karena itu, ia memiliki fungsi siluman dan deteksi radar yang baik. Selain itu, berbagai antena dan peralatan terkait digabungkan secara seragam dalam struktur, yang tidak mudah terkorosi, dan lebih kondusif untuk pemeliharaan peralatan. Angkatan Laut Eropa telah mengembangkan tiang sensor terintegrasi tertutup serupa yang terbuat dari serat kaca nanofiber yang dikombinasikan dengan serat karbon sebagai penguat. Ini memungkinkan berbagai sinar radar dan sinyal komunikasi untuk lewat tanpa gangguan satu sama lain, dan kerugiannya sangat rendah. Pada tahun 2006, tiang ATM berteknologi canggih ini digunakan pada kapal induk "Royal Ark" milik Angkatan Laut Inggris.
Komposit serat karbon juga dapat digunakan dalam aspek lain dari kapal. Misalnya, dapat digunakan sebagai baling-baling dan sistem poros propulsi dalam sistem propulsi untuk mengurangi efek getaran dan kebisingan lambung kapal, dan sebagian besar digunakan dalam kapal pengintai dan kapal pesiar cepat. Dapat digunakan sebagai kemudi dalam mesin dan peralatan, beberapa perangkat mekanis khusus dan sistem perpipaan. Selain itu, tali serat karbon berkekuatan tinggi juga banyak digunakan dalam kabel kapal perang angkatan laut dan barang-barang militer lainnya.
1.2 Kapal pesiar sipil
Kapal pesiar besar umumnya dimiliki secara pribadi dan mahal, membutuhkan bobot yang ringan, kekuatan dan daya tahan yang tinggi. Komposit serat karbon dapat digunakan pada dial instrumen dan antena kapal pesiar, kemudi, dan pada struktur yang diperkuat seperti dek, kabin, dan sekat kapal. Kapal pesiar komposit tradisional sebagian besar terbuat dari FRP, tetapi karena kekakuan yang tidak memadai, lambung kapal sering kali terlalu berat setelah memenuhi persyaratan desain kekakuan, dan serat kaca bersifat karsinogen, yang secara bertahap dilarang di luar negeri. Proporsi komposit serat karbon yang digunakan pada kapal pesiar komposit saat ini telah meningkat secara signifikan, dan beberapa bahkan telah menggunakan komposit serat karbon. Misalnya, kapal pesiar super Baltik "Panama" dengan dua tongkang, lambung dan dek diapit dengan kulit serat karbon / resin epoksi, sarang lebah Nomex dan inti busa struktural CorecellTM, lambung kapal memiliki panjang 60m. Namun berat totalnya hanya 210t. Sunreef 80 Levante, katamaran serat karbon yang dibuat oleh Sunreef Yachts, perusahaan katamaran Polandia, menggunakan komposit sandwich resin vinil ester, busa PVC, dan komposit serat karbon. Tiang tiang adalah komposit serat karbon khusus, dan hanya sebagian lambung yang menggunakan FRP. Berat tanpa beban hanya 45t. Kecepatan tinggi, konsumsi bahan bakar rendah, dan kinerja yang sangat baik.
Kapal pesiar “Zhongke·Lianya” yang dibangun pada tahun 2014 saat ini merupakan satu-satunya kapal pesiar serat karbon penuh di Tiongkok. Kapal pesiar ini merupakan kapal pesiar ramah lingkungan yang terbuat dari kombinasi serat karbon dan resin epoksi. Kapal pesiar ini 30% lebih ringan daripada kapal pesiar fiberglass jenis yang sama dan memiliki kekuatan yang lebih tinggi, kecepatan yang lebih tinggi, dan konsumsi bahan bakar yang lebih rendah.
Selain itu, kabel dan tali kapal pesiar menggunakan tali serat karbon berkekuatan tinggi untuk memastikan keamanan. Karena serat karbon memiliki modulus tarik yang lebih tinggi daripada baja dan kekuatan tarik beberapa kali atau bahkan puluhan kali, dan memiliki sifat anyaman serat, tali serat karbon digunakan sebagai bahan dasar, yang dapat menggantikan tali kawat baja dan tali polimer organik. Tidak cukup.z
2. Aplikasi dalam pengembangan energi laut
2.1 Ladang minyak dan gas bawah laut
Dalam beberapa tahun terakhir, material komposit serat karbon telah semakin banyak digunakan di bidang pengembangan minyak dan gas laut. Korosi di lingkungan laut, geser tinggi, dan geser kuat yang disebabkan oleh aliran air bawah laut memberlakukan persyaratan ketat pada ketahanan korosi, kekuatan, dan sifat kelelahan material. Komposit serat karbon memiliki keunggulan yang jelas dalam hal ringan, tahan lama, dan anti-korosi dalam pengembangan ladang minyak lepas pantai: platform pengeboran kedalaman air 1500m memiliki kabel baja dengan massa sekitar 6500t, sedangkan kepadatan komposit serat karbon adalah baja biasa. 1/4, jika material komposit serat karbon digunakan untuk mengganti bagian baja, kapasitas beban platform pengeboran akan berkurang secara signifikan, dan biaya konstruksi platform akan dihemat. Gerakan bolak-balik batang pengisap akan dengan mudah menyebabkan kelelahan material karena tekanan yang tidak seimbang antara air laut dan tekanan di dalam tabung. Memecah, dan menggunakan material komposit serat karbon dapat mengatasi masalah ini; karena ketahanan korosi lingkungan air laut, masa pakainya di air laut lebih lama dari baja, dan kedalaman penggunaannya lebih dalam.
Komposit serat karbon dapat digunakan sebagai pipa sumur produksi, batang penghisap, tangki penyimpanan, pipa bawah laut, dek, dll. di anjungan pengeboran ladang minyak. Proses pembuatannya dibagi menjadi proses pultrusi dan proses penggulungan basah. Pultrusi umumnya digunakan pada pipa umum dan pipa penghubung. Metode penggulungan umumnya digunakan sebagai permukaan tangki penyimpanan dan bejana tekan, dan juga dapat digunakan dalam pipa fleksibel anisotropik di mana material komposit serat karbon dililitkan dan disusun pada sudut tertentu di lapisan pelindung.
Batang pengisap kontinu dari bahan komposit serat karbon adalah struktur seperti pita yang mirip dengan film dan memiliki fleksibilitas yang baik. Diproduksi dan diterapkan oleh Amerika Serikat pada tahun 1990-an. Terbuat dari serat karbon sebagai serat penguat dan resin tak jenuh sebagai bahan dasar. Diproduksi oleh proses pultrusi setelah pengawetan ikatan silang pada suhu tinggi. Dari tahun 2001 hingga 2003, Tiongkok menggunakan batang pengisap serat karbon dan batang pengisap baja biasa di ladang minyak balok murni untuk membuat pilot. Penggunaan batang pengisap serat karbon dapat secara signifikan meningkatkan keluaran oli dan mengurangi beban motor, yang lebih hemat energi. Selain itu, batang pengisap komposit serat karbon lebih tahan terhadap kelelahan dan ketahanan korosi daripada batang pengisap baja, dan lebih cocok untuk aplikasi dalam pengembangan ladang minyak bawah laut.
2.2 Tenaga angin lepas pantai
Sumber daya tenaga angin yang melimpah di laut merupakan area penting untuk pengembangan masa depan dan bidang teknologi tenaga angin yang paling maju dan menuntut. Garis pantai Tiongkok sekitar 1800 km dan terdapat lebih dari 6.000 pulau. Pantai tenggara dan wilayah pulau kaya akan sumber daya angin dan mudah dikembangkan. Dalam beberapa tahun terakhir, upaya untuk mempromosikan pengembangan tenaga angin lepas pantai telah didukung oleh departemen terkait. Lebih dari 90% berat bilah tenaga angin terdiri dari bahan komposit. Angin kencang di laut dan pembangkitan daya yang tinggi pasti membutuhkan bilah yang lebih besar dan kekuatan serta daya tahan spesifik yang lebih baik. Jelas, bahan komposit serat karbon dapat memenuhi persyaratan pengembangan bilah pembangkit daya berskala besar, ringan, berkinerja tinggi, berbiaya rendah, dan lebih cocok untuk aplikasi kelautan daripada bahan komposit serat kaca.
Komposit serat karbon memiliki keunggulan signifikan dalam pembangkitan tenaga angin laut. Bilah komposit serat karbon memiliki kualitas rendah dan kekakuan tinggi, dan modulusnya 3 hingga 8 kali lipat dari produk serat kaca; kelembapannya tinggi di bawah lingkungan laut, iklimnya berubah-ubah, dan kipas bekerja selama 24 jam. Bilahnya memiliki ketahanan lelah yang baik dan dapat menahan cuaca buruk. Ini meningkatkan kinerja aerodinamis bilah dan mengurangi beban pada menara dan poros, sehingga daya keluaran kipas lebih halus dan lebih seimbang, dan efisiensi energi ditingkatkan. Kinerja konduktif, melalui desain struktural khusus, secara efektif dapat menghindari kerusakan yang disebabkan oleh sambaran petir pada bilah; mengurangi biaya produksi dan transportasi bilah turbin angin; dan memiliki karakteristik peredam getaran.
3.Aplikasi teknik kelautan
Material komposit serat karbon digunakan dalam bangunan teknik kelautan. Material ini terutama menggunakan karakteristik bobot yang ringan, kekuatan tinggi, dan ketahanan terhadap korosi, serta menggantikan material bangunan baja tradisional dalam bentuk tendon dan komponen struktural untuk mengatasi masalah biaya transportasi baja erosi air laut yang tinggi dan transportasi. Material ini telah diaplikasikan pada bangunan terumbu karang lepas pantai, dermaga, anjungan terapung, menara lampu, dll. Penggunaan komposit serat karbon untuk restorasi teknik dimulai pada tahun 1980-an, dan Mitsubishi Chemical Corporation dari Jepang memimpin penelitian tentang sifat mekanis komposit serat karbon dan aplikasinya dalam tulangan teknik. Fokus penelitian awal adalah pada tulangan balok beton bertulang menggunakan komposit serat karbon, yang kemudian berkembang menjadi tulangan dan tulangan berbagai teknik sipil. Perbaikan anjungan minyak lepas pantai dan pelabuhan dengan komposit serat karbon hanyalah salah satu aspek dari aplikasinya. Ada banyak dokumen terkait. Perlu disebutkan bahwa perusahaan DFI AS menggunakan batang serat karbon untuk memperbaiki terminal Pearl Harbor milik Angkatan Laut. Saat itu, para teknisi menggunakan batang serat karbon yang inovatif untuk memperbaiki tulangan. Dermaga yang diperbaiki dengan batang serat karbon dapat menahan baja 9t dari ketinggian 2,5m. Dermaga ini dapat dilepas tanpa rusak, dan efek peningkatannya terlihat jelas.
Adapun penerapan komposit serat karbon dalam teknik kelautan, ada juga jenis perbaikan dan penguatan pipa atau kolom bawah laut. Metode perawatan tradisional seperti pengelasan, perbaikan las, klem, grouting, dll. memiliki keterbatasannya sendiri, dan penggunaan metode ini lebih dibatasi di lingkungan laut. Perbaikan komposit serat karbon terutama terbuat dari bahan resin berkekuatan tinggi dan daya rekat tinggi seperti kain serat karbon dan resin epoksi, yang direkatkan ke permukaan perbaikan, sehingga tipis dan ringan, berkekuatan tinggi, tahan lama, nyaman dalam konstruksi, dan dapat beradaptasi dengan berbagai bentuk. Memiliki keuntungan yang signifikan.
Waktu posting: 23-Mar-2019