Koltrefjasamsett efni er trefjastyrkt efni úr koltrefjum og plastefni, málmi, keramik og öðrum grunnefnum. Vegna léttleika þess, mikils styrks, mikils hitaþols og annarra efna hefur það verið mikið notað í flug- og geimferðum, íþróttum og afþreyingu, ásamt hraðlestum á undanförnum árum. Á sviði bifreiða og mannvirkjagerðar hefur koltrefjasamsett efni framúrskarandi þreytuþol, tæringarþol og framúrskarandi byggingareiginleika vegna mikils styrks og mikils styrks, sem gerir það hentugt fyrir notkun á sjó með sérstökum kröfum um efniseiginleika. Á undanförnum árum hefur koltrefjasamsett efni gegnt sífellt mikilvægara hlutverki í skipasmíði, orkuþróun á hafi úti og viðgerðum á sjóverkfræði.
1. Umsókn um borð
Kolefnisþráðasamsetningar hafa náttúrulega yfirburði fram yfir hefðbundin skipasmíðaefni. Í fyrsta lagi hafa kolefnisþráðasamsetningar góða vélræna eiginleika. Skrokkurinn er framleiddur með einkennum létts þyngdar og lágrar eldsneytisnotkunar, og smíðaferlið er tiltölulega einfalt, hringrásin stutt og mótunin þægileg, þannig að smíða- og viðhaldskostnaður er mun lægri en hjá stálskipum. Á sama tíma, þar sem tengifletir kolefnisþráða og plastefnis geta á áhrifaríkan hátt komið í veg fyrir sprungumyndun, hefur efnið góða þreytuþol; auk þess, vegna efnafræðilegrar óvirkni kolefnisyfirborðsins, hefur skrokkurinn þá eiginleika að vatnalífverur eru erfiðar við uppbyggingu og tæringarþolnar, sem er einnig mikilvægasti þátturinn í efnisvali skipsins. Þess vegna hafa kolefnisþráðasamsetningar einstaka alhliða afköst í skipasmíði og eru nú mikið notaðar á þessu sviði. Á sama tíma hefur þróun kolefnisþráðaiðnaðarins verið efld frá útvíkkun notkunarsviðsins.
1.1 Herskip
Koltrefjasamsetningar hafa góða hljóð-, segul- og rafmagnseiginleika: þær eru gegnsæjar, hljóðgegndræpar og ekki segulmagnaðar, þannig að þær geta verið notaðar til að bæta laumuspilsgetu herskipa. Notkun samsettra efna í yfirbyggingu skipsins dregur ekki aðeins úr þyngd skrokksins, heldur sendir og tekur einnig á móti rafsegulbylgjum á fyrirfram ákveðinni tíðni með því að verja tíðnivals lagið sem er innbyggt í millilagið til að verja rafsegulbylgjur óvinarins frá ratsjá. Til dæmis notaði skipið „skjold“ af gerðinni, sem norski sjóherinn smíðaði árið 1999, samloku-samsetningar sem samanstóð af kjarnalagi úr pólývínýlklóríði froðu, glerþráðum og koltrefjamillilagi. Þessi hönnun bætir ekki aðeins styrk-til-þyngdarhlutfallið, heldur hefur hún einnig góða höggþol. Afköstin auka einnig verulega eiginleika lágsegulmagnaðrar, innrauðar- og ratsjárskönnunar. Sænsku fregatturnar af Visby-flokki, sem voru teknar í notkun árið 2000, nota allar koltrefjasamsetningar, sem hafa sérstaka virkni eins og þyngdarlækkun, ratsjár- og innrauðar-tvöföld laumuspilsgetu.
Notkun kolefnisþráðastyrktra samsettra mastra í skipum hefur smám saman komið í ljós. LPD-17 skipið, sem var tekið í notkun í Bandaríkjunum árið 2006, notar háþróaðan samsettan mastur úr kolefnisþráðum/balsakjarna. Ólíkt upprunalega opna mastrinu notar LPD-17 nýtt, fullkomlega lokað masturs-/skynjunarkerfi (AEM/S). Efri hluti þessa kolefnisþráðamasts er þakinn tíðnivalískum yfirborðsefni (FSS), sem gerir bylgjum með ákveðinni tíðni kleift að fara í gegn, og neðri helmingurinn getur endurkastað ratsjárbylgjum eða frásogast af ratsjárgleypandi efnum. Þess vegna hefur það góða ratsjárskynjunar- og ratsjárskynjunareiginleika. Að auki eru ýmsar loftnet og tengdur búnaður sameinuð á jafnan hátt í uppbyggingunni, sem er ekki auðvelt að ryðga og er auðveldara fyrir viðhald búnaðarins. Evrópski sjóherinn hefur þróað svipaðan lokaðan skynjaramastur úr nanótrefjaglerþráðum ásamt kolefnisþráðum sem styrkingu. Hann gerir ýmsum ratsjárgeislum og samskiptamerkjum kleift að fara ótruflaðir saman og tapið er afar lágt. Árið 2006 var þessi háþróaða hraðbanki notaður á flugmóðurskipinu „Royal Ark“ í breska sjóhernum.
Kolefnisþráðasamsetningar geta einnig verið notaðar í öðrum þáttum skipsins. Til dæmis er hægt að nota þær sem skrúfu- og öxulkerfi í hreyfikerfinu til að draga úr titringsáhrifum og hávaða frá skrokknum og eru aðallega notaðar í njósnaskipum og hraðskreiðum skemmtiferðaskipum. Þær geta verið notaðar sem stýri í vélum og búnaði, sumum sérstökum vélrænum tækjum og pípulögnum. Að auki eru sterkir kolefnisþráðarreipar einnig mikið notaðir í kapla fyrir herskip sjóhersins og aðra hernaðarhluti.
1.2 Borgaralegar snekkjur
Stórar snekkjur eru almennt í einkaeigu og dýrar, þar sem þær þurfa léttleika, mikinn styrk og endingu. Kolefnisþráðasamsetningar má nota í mælitæki og loftnet snekkju, stýri og í styrktum mannvirkjum eins og þilförum, káetum og milliveggjum skipa. Hefðbundnar snekkjur úr samsettum efnum eru aðallega úr FRP, en vegna ófullnægjandi stífleika er skrokkurinn oft of þungur eftir að hafa uppfyllt kröfur um stífleikahönnun, og glerþráðurinn er krabbameinsvaldandi efni, sem er smám saman bannað erlendis. Hlutfall kolefnisþráðasamsetninga sem notuð eru í nútíma samsettum snekkjum hefur aukist verulega, og sumar hafa jafnvel notað kolefnisþráðasamsetningar. Til dæmis, risaskekkjan "Panama" á Baltic, tvöfaldur prammi, skrokkurinn og þilfarið eru klæddir kolefnisþráðum/epoxy plastefni, Nomex hunangsseimur og Corecell™ byggingarfroðukjarna, skrokkurinn er 60 metra langur. En heildarþyngdin er aðeins 210 tonn. Sunreef 80 Levante, katamaran úr kolefnisþráðum smíðaður af pólska katamaranfyrirtækinu Sunreef Yachts, notar samsett efni úr vínýl ester plastefni, PVC froðu og kolefnisþráðum. Mastursbómarnir eru úr sérsmíðuðum kolefnisþráðum og aðeins hluti skrokksins er úr FRP. Þyngd án hleðslu er aðeins 45 tonn. Hraður hraði, lítil eldsneytisnotkun og framúrskarandi afköst.
Skútan „Zhongke·Lianya“ sem smíðuð var árið 2014 er eina skútan í Kína sem er eingöngu úr kolefnisþráðum. Hún er græn skúta úr blöndu af kolefnisþráðum og epoxy plastefni. Hún er 30% léttari en skúta af sömu gerð úr trefjaplasti og hefur meiri styrk, meiri hraða og minni eldsneytisnotkun.
Að auki eru vírar og vírar bátanna úr sterkum kolefnisþráðum til að tryggja öryggi. Þar sem kolefnisþráðurinn hefur togstuðul sem er hærri en stál og togstyrkur sem er nokkrum sinnum eða jafnvel tugum sinnum meiri, og hefur ofinn eiginleika trefjanna, er kolefnisþráðarreipi notað sem grunnefni, sem getur bætt upp fyrir stálvírreipi og lífrænt fjölliðureipi. Ófullnægjandi.z
2. Notkun í þróun sjávarorku
2.1 Olíu- og gassvæði undir sjó
Á undanförnum árum hafa kolefnisþráðasamsett efni notið sífellt meiri notkunar í olíu- og gasvinnslu í sjónum. Tæring í sjávarumhverfinu, mikil skerspenna og sterk skerspenna af völdum undirstraums vatns setur strangar kröfur um tæringarþol, styrk og þreytueiginleika efnisins. Kolefnisþráðasamsett efni hafa augljósa kosti í léttum, endingargóðum og tæringarvörnum við þróun olíusvæða á hafi úti: borpallur á 1500 m vatnsdýpi hefur stálvír með massa upp á um 6500 tonn, en þéttleiki kolefnisþráðasamsetts efnisins er venjulegt stál. 1/4, ef kolefnisþráðasamsett efni er notað í stað hluta af stálinu, mun burðargeta borpallsins minnka verulega og byggingarkostnaður pallsins sparast. Hreyfing sogstöngarinnar mun auðveldlega leiða til efnisþreytu vegna ójafnvægisþrýstings milli sjávarvatnsins og þrýstingsins inni í rörinu. Brot og notkun kolefnisþráðasamsetts efnis getur leyst þetta vandamál; Vegna tæringarþols sjávarumhverfis er endingartími þess í sjó lengri en stál og notkunardýptin er meiri.
Kolefnisþráðasamsetningar má nota sem framleiðslubrunnsrör, sogstangir, geymslutanka, sæstrengjaleiðslur, þilför o.s.frv. á olíuborpöllum. Framleiðsluferlið skiptist í pultrusionferli og blautvindingarferli. Pultrusion er almennt notað á algengum pípum og tengipípum. Vindingaraðferðin er almennt notuð sem yfirborð geymslutanksins og þrýstihylkisins, og er einnig hægt að nota í anisotrop sveigjanlegum pípum þar sem kolefnisþráðasamsetningarefnið er vafið og raðað í ákveðinn horn í brynjulaginu.
Samfelld sogstöng úr koltrefjasamsettu efni er borðalík uppbygging, svipuð filmu og hefur góðan sveigjanleika. Framleidd og notuð í Bandaríkjunum á tíunda áratugnum. Hún er úr koltrefjum sem styrkingartrefjum og ómettuðum plastefnum sem grunnefni. Hún er framleidd með pultrusionferli eftir þverbindingu og herðingu við hátt hitastig. Frá 2001 til 2003 notaði Kína koltrefjasogstöng og venjulega stálsogstöng í hreinum geislaolíusviðum til að búa til flugmann. Notkun koltrefjasogstönga getur aukið olíuframleiðslu verulega og dregið úr álagi á mótorinn, sem er orkusparandi. Þar að auki er koltrefjasamsett sogstöng meiri þreytuþol og tæringarþol en stálsogstöng og hentar betur til notkunar við þróun neðansjávarolíusvæða.
2.2 Vindorka á hafi úti
Mikil vindorkuframleiðsla á hafi úti er mikilvægt svæði fyrir framtíðarþróun og eitt af mest krefjandi og háþróaða sviði vindorkutækni. Strandlengja Kína er um 1800 km löng og þar eru yfir 6.000 eyjar. Suðausturströndin og eyjasvæðin eru rík af vindorkuframleiðslu og auðvelt að þróa hana. Á undanförnum árum hefur viðeigandi deild stutt viðleitni til að efla þróun vindorku á hafi úti. Meira en 90% af þyngd vindorkublaða er úr samsettum efnum. Miklir vindar á sjó og mikil orkuframleiðsla krefjast óhjákvæmilega stærri blaða og betri sértæks styrks og endingar. Augljóslega geta samsett efni úr kolefnisþráðum uppfyllt kröfur um þróun stórfelldra, léttari, afkastameiri og ódýrari orkuframleiðslublaða og henta betur til notkunar á sjó en samsett efni úr glerþráðum.
Kolefnisþráðasamsetningar hafa verulega kosti í vindorkuframleiðslu á sjó. Kolefnisþráðasamsetningarblöðin eru lággæða og hafa mikla stífleika og sveigjanleiki þeirra er 3 til 8 sinnum meiri en glerþráðablöðin; rakastigið er hátt í sjávarumhverfinu, loftslagið er breytilegt og viftan virkar í 24 klukkustundir. Blaðið hefur góða þreytuþol og þolir slæmt veður. Það bætir loftaflfræðilega afköst blaðsins og dregur úr álagi á turninn og ásinn, þannig að afköst viftunnar verða mýkri og jafnari og orkunýtnin batnar. Leiðandi afköstin, með sérstakri byggingarhönnun, geta á áhrifaríkan hátt komið í veg fyrir skemmdir af völdum eldingar á blaðinu; dregið úr framleiðslu- og flutningskostnaði vindmyllublaðsins; og hafa titringsdempandi eiginleika.
3. Umsóknir í sjávarverkfræði
Kolefnisþráðasamsett efni eru notuð í byggingarverkfræði í sjó. Þau nýta aðallega eiginleika eins og léttleika, mikinn styrk og tæringarþol og koma í stað hefðbundinna stálbyggingarefna í formi sinna og burðarhluta til að leysa vandamálið með háan flutningskostnað á stáli sem hefur orðið fyrir sjávarrof. Það hefur verið notað í byggingar á eyjum, bryggjum, fljótandi pöllum, ljósastaurum o.s.frv. Notkun kolefnisþráðasamsettra efna til verkfræðilegrar endurgerðar hófst á níunda áratugnum og Mitsubishi Chemical Corporation í Japan tók forystuna í rannsóknum á vélrænum eiginleikum kolefnisþráðasamsettra efna og notkun þeirra í verkfræðilegri styrkingu. Upphafleg rannsóknaráhersla var á styrkingu steypubjálka með kolefnisþráðasamsetningum, sem síðar þróaðist í styrkingu og styrkingu ýmissa mannvirkja. Viðgerðir á olíupöllum og höfnum á hafi úti með kolefnisþráðasamsetningum eru aðeins einn þáttur í notkun þess. Það eru mörg tengd skjöl. Það er vert að nefna að bandaríska DFI fyrirtækið notaði kolefnisþráðastangir til að gera við Navy Pearl Harbor flugstöðina. Á þeim tíma notuðu tæknimenn nýstárlegar kolefnisþráðastangir til að gera við styrkinguna. Kolefnisþráðabryggjan getur þolað 9t stál frá 2,5 m hæð. Það dettur af án þess að skemmast og áhrifin á það eru augljós.
Hvað varðar notkun kolefnisþráðasamsetninga í skipaverkfræði, þá er einnig til tegund viðgerðar og styrkingar á kafbátaleiðslum eða súlum. Hefðbundnar viðhaldsaðferðir eins og suðu, suðubæting, klemmur, fúgufestingar o.s.frv. hafa sínar eigin takmarkanir og notkun þessara aðferða er takmarkaðri í sjávarumhverfi. Viðgerðir á kolefnisþráðasamsetningum eru aðallega gerðar úr mjög sterkum og vel viðloðandi plastefnum eins og kolefnisdúk og epoxy plastefni, sem eru fest við viðgerðaryfirborðið, þannig að það er þunnt og létt, mjög sterkt, gott í endingu, þægilegt í smíði og aðlögunarhæft að mismunandi formum. Hefur verulegan kost.
Birtingartími: 23. mars 2019