Көміртекті талшықты композиттік материал - көміртекті талшық пен шайырдан, металдан, керамикадан және басқа матрицадан жасалған талшықты арматураланған материал. Жеңіл салмағы, жоғары беріктігі, жоғары температураға төзімділігі және т.б. болғандықтан, ол соңғы жылдары аэроғарышта, спорт пен демалыста, жоғары жылдамдықты теміржолда кеңінен қолданылады. Автокөлік және азаматтық құрылыс салаларында. Көміртекті талшықты композиттік материалдар жоғары беріктік пен жоғары беріктікке байланысты тамаша шаршауға төзімділікке, коррозияға төзімділікке және тамаша құрылыс өнімділігіне ие, бұл оны материал қасиеттеріне ерекше талаптары бар теңізде қолдануға жарамды етеді. қадағалаңыз. Соңғы жылдары көміртекті талшықты композиттер кеме жасауда, теңіздегі энергетиканы дамытуда және теңіз техникасын жөндеуде маңызды рөл атқарды.
1. Борттағы өтініш
Көміртекті талшықты композиттердің дәстүрлі кеме жасау материалдарынан табиғи артықшылығы бар. Біріншіден, көміртекті талшықты композиттер жақсы механикалық қасиеттерге ие. Корпус жеңіл салмақ және төмен жанармай шығыны сипаттамаларымен жасалған және құрылыс процесі салыстырмалы түрде қарапайым, цикл қысқа және қалыптау ыңғайлы, сондықтан құрылыс және техникалық қызмет көрсету құны болат кемеге қарағанда әлдеқайда төмен. Сонымен қатар, көміртекті талшық пен шайыр матрицасы арасындағы интерфейс сызаттардың таралуын тиімді болдырмайтындықтан, материал жақсы шаршауға төзімділікке ие; бұдан басқа, көміртекті талшық бетінің химиялық инерттілігіне байланысты корпустың су организмінің эпифиттік және коррозияға төзімділігі қиын сипаттамаларға ие, бұл да кеме құрылысы. Материалды таңдаудағы маңызды факторлардың бірі. Сондықтан көміртекті талшықты композициялық материалдар кеме жасауда бірегей кешенді өнімділікке ие және қазір бұл салада кеңінен қолданылады. Сонымен қатар, көміртекті талшықтар өнеркәсібінің дамуына қолданбалы өрісті кеңейту ықпал етті.
1.1 Әскери кемелер
Көміртекті талшықты композиттер жақсы акустикалық, магниттік және электрлік қасиеттерге ие: олар мөлдір, дыбыс өткізбейтін және магнитті емес, сондықтан оларды әскери кемелердің жасырын жұмысын жақсарту үшін пайдалануға болады. Кеменің қондырмасында композициялық материалдарды қолдану корпустың салмағын азайтып қана қоймайды, сонымен қатар қарсыластың радиолокациялық электромагниттік толқындарын қорғау үшін аралық қабатқа енгізілген жиілікті таңдау қабатын экрандау арқылы алдын ала белгіленген жиілікте электромагниттік толқындарды жібереді және қабылдайды. . Мысалы, 1999 жылы Норвегия Әскери-теңіз күштері салған «скжолд» класындағы крейсер поливинилхлоридті көбік өзегі қабатынан, шыны талшықтан және көміртекті талшық аралық қабатынан тұратын сэндвич композитін пайдаланды. Бұл дизайн күш пен салмақ арақатынасын жақсартып қана қоймайды, сонымен қатар соққыға жақсы төзімділікке ие. Өнімділік сонымен қатар төмен магнитті, инфрақызылға қарсы және радарға қарсы сканерлеу сипаттамаларын айтарлықтай жақсартады. 2000 жылы пайдалануға берілген шведтік «Висби» класындағы фрегаттардың барлығында салмақты азайту, радар және инфрақызыл қос жасыру сияқты ерекше функциялары бар көміртекті талшықты композициялық материалдар қолданылады.
Көміртекті талшықты арматураланған композициялық мачталарды кемелерде қолдану біртіндеп пайда болды. 2006 жылы Америка Құрама Штаттарында пайдалануға берілген LPD-17 кемесі көміртекті талшықты/Balsa негізгі жетілдірілген композиттік композиттік діңгекті пайдаланады. Бастапқы ашық діңгектен айырмашылығы, LPD-17 жаңа толық жабық діңгек/сезгіш жүйені пайдаланады. (AEM/S), бұл көміртекті талшықты композиттік діңгектің жоғарғы бөлігі белгілі бір жиіліктегі толқындардың өтуіне мүмкіндік беретін жиілікті таңдамалы беттік материалды (FSS) жабады, ал төменгі жартысы радиолокациялық толқындарды көрсете алады немесе радар сіңіретін материалдармен жұтыла алады. . Сондықтан оның жақсы радиолокациялық жасырын және анықтау функциялары бар. Сонымен қатар, әртүрлі антенналар мен олармен байланысты жабдықтар құрылымда біркелкі біріктірілген, бұл коррозияға оңай емес және жабдыққа қызмет көрсетуге қолайлы. Еуропалық Әскери-теңіз күштері арматура ретінде көміртекті талшықпен біріктірілген наноталшықтан жасалған шыны талшықтан жасалған ұқсас жабық біріктірілген сенсорлы мачта жасады. Ол әртүрлі радиолокациялық сәулелер мен байланыс сигналдарының бір-бірімен кедергісіз өтуіне мүмкіндік береді және жоғалту өте төмен. 2006 жылы бұл озық технологиялы банкомат британдық әскери-теңіз күштерінің «Royal Ark» ұшақ тасығышында қолданылды.
Көміртекті талшықты композиттерді кеменің басқа аспектілерінде де қолдануға болады. Мысалы, ол корпустың діріл әсерлері мен шуын азайту үшін қозғалтқыш жүйесінде пропеллер мен қозғалтқыш білігі ретінде пайдаланылуы мүмкін және көбінесе барлау кемелері мен жылдам круиздік кемелерде қолданылады. Оны машиналар мен жабдықтарда, кейбір арнайы механикалық құрылғыларда және құбыр жүйелерінде руль ретінде пайдалануға болады. Сонымен қатар, жоғары берік көміртекті талшық арқандары теңіз әскери кемелерінің кабельдерінде және басқа да әскери заттарда кеңінен қолданылады.
1.2 Азаматтық яхталар
Үлкен яхталар әдетте жеке меншік және қымбат, жеңіл салмақты, жоғары беріктікті және ұзақ мерзімділікті қажет етеді. Көміртекті талшықты композиттерді яхталардың аспаптары мен антенналарында, рульдерінде және палубалар, кабиналар және кеме қалқалары сияқты күшейтілген құрылымдарда қолдануға болады. Дәстүрлі композиттік яхта негізінен FRP-ден жасалған, бірақ қаттылықтың жеткіліксіз болуына байланысты қаттылық дизайн талаптарына сай болғаннан кейін корпус жиі тым ауыр болады, ал шыны талшық шетелде біртіндеп тыйым салынған канцероген болып табылады. Қазіргі композициялық яхталарда қолданылатын көміртекті талшықты композиттердің үлесі айтарлықтай өсті, ал кейбіреулері тіпті көміртекті талшықты композиттерді пайдаланды. Мысалы, Балтиканың «Панама» супер яхтасының қос баржасы, корпусы мен палубасы көміртекті талшықты/эпоксидті шайырлы қабықпен, Nomex бал ұясымен және CorecellTM құрылымдық көбік өзегімен сэндвичтелген, корпустың ұзындығы 60м. Бірақ жалпы салмағы 210 тонна ғана. Sunreef 80 Levante, поляк катамаранының Sunreef Yachts компаниясы жасаған көміртекті талшықты катамараны винил эфирі шайырлы сэндвич композиттерін, ПВХ көбік пен көміртекті талшықты композиттерді пайдаланады. Діңгек тіректері - арнайы көміртекті талшықты композиттер және корпустың бір бөлігі ғана FRP пайдаланады. . Жүксіз салмағы небәрі 45 тонна. Жылдам жылдамдық, төмен жанармай тұтыну және тамаша өнімділік.
2014 жылы жасалған «Чжунке·Лианя» яхтасы қазіргі уақытта Қытайдағы жалғыз толық көміртекті талшықты яхта болып табылады. Бұл көміртекті талшық пен эпоксидті шайырдың қосындысынан жасалған жасыл яхта. Бұл шыны талшықты яхталардың бір түріне қарағанда 30% жеңіл және жоғары беріктікке, жылдамырақ жылдамдыққа және отын шығынын азайтуға ие.
Сонымен қатар, яхтаның кабельдері мен кабельдері қауіпсіздікті қамтамасыз ету үшін жоғары берік көміртекті талшық арқандарды пайдаланады. Көміртекті талшықтың созылу модулі болаттан жоғары және созылу беріктігі бірнеше есе, тіпті ондаған есе болатындықтан және талшықтың тоқыма қасиетіне ие болғандықтан, көміртекті талшық арқан болат сым арқан мен органикалық полимер арқанның орнын толтыра алатын негізгі материал ретінде пайдаланылады. жеткіліксіз.z
2. Теңіз энергетикасын дамытуда қолдану
2.1 Суасты мұнай және газ кен орындары
Соңғы жылдары көміртекті талшықты композициялық материалдар теңіз мұнайы мен газын игеру саласында көбірек қолданыла бастады. Теңіз ортасындағы коррозия, жоғары ығысу және судың төмен ағынынан туындаған күшті кесу материалдың коррозияға төзімділігіне, беріктігіне және шаршау қасиеттеріне қатаң талаптар қояды. Көміртекті талшықты композиттер теңіздегі мұнай кен орындарын игеруде жеңіл, берік және коррозияға қарсы айқын артықшылықтарға ие: 1500 м тереңдіктегі су бұрғылау платформасында шамамен 6500 т массасы бар болат кабель бар, ал көміртекті талшықты композиттік тығыздық қарапайым болат болып табылады. 1/4, көміртекті талшықты композициялық материал болаттың бір бөлігін ауыстыру үшін пайдаланылса, бұрғылау платформасының жүк көтергіштігі айтарлықтай төмендейді, платформаның құрылыс құны үнемделеді. Сорғыш таяқшаның кері қозғалысы теңіз суы мен түтік ішіндегі қысым арасындағы теңгерілмеген қысымға байланысты материалды оңай шаршауға әкеледі. Көміртекті талшықты композициялық материалды бұзу және пайдалану бұл мәселені шеше алады; теңіз суы ортасының коррозияға төзімділігіне байланысты оның теңіз суында қызмет ету мерзімі болаттан ұзағырақ, ал пайдалану тереңдігі тереңірек.
Көміртекті талшықты композиттер мұнай кәсіпшілігінің бұрғылау платформаларында өндірістік ұңғыма құбырлары, сорғыш штангалар, сақтау цистерналары, суасты құбырлары, палубалар және т.б. Өндіріс процесі пултрузия процесі және ылғалды орау процесі болып екіге бөлінеді. Пультрузия әдетте кәдімгі құбырлар мен байланыстырушы құбырларда қолданылады. Орау әдісі әдетте сақтау резервуарының және қысымды ыдыстың беті ретінде пайдаланылады, сонымен қатар көміртекті талшықты композициялық материал оралған және құрыш қабатында белгілі бір бұрышта орналасқан анизотропты икемді құбырда қолданылуы мүмкін.
Көміртекті талшықты композиттік материалдың үздіксіз сорғыш таяқшасы пленкаға ұқсас таспа тәрізді құрылым және жақсы икемділікке ие. 1990 жылдары Америка Құрама Штаттары шығарған және қолданған. Ол арматуралық талшық ретінде көміртекті талшықтан және негізгі материал ретінде қанықпаған шайырдан жасалған. Ол жоғары температурада айқаспалы қатаюдан кейін пултрузия процесі арқылы өндіріледі. 2001 жылдан 2003 жылға дейін Қытай ұшқыш жасау үшін көміртекті талшықты сорғыш штанга мен кәдімгі болат сорғышты таза арқалық мұнай кен орнында пайдаланды. Көміртекті талшықты сорғыш штангасын пайдалану майдың шығуын айтарлықтай арттырады және қозғалтқыштың жүктемесін азайтады, бұл энергияны үнемдейді. Сонымен қатар, көміртекті талшықты композициялық сорғыш штанга болат сорғыш штангаға қарағанда шаршауға және коррозияға төзімдірек және су астындағы мұнай кен орындарын игеруде қолдануға қолайлы.
2.2 Теңіздегі жел энергиясы
Теңіздегі жел энергетикасының мол ресурстары болашақ дамудың маңызды саласы және жел энергетикасы технологиясының ең озық және талап етілетін саласы болып табылады. Қытайдың жағалау сызығы шамамен 1800 км және 6000-нан астам аралдар бар. Оңтүстік-шығыс жағалауы мен аралдық аймақтары жел ресурстарына бай және игерілуі оңай. Соңғы жылдары теңіздегі жел энергетикасын дамытуға жәрдемдесу әрекеттері тиісті ведомстволардың қолдауына ие болды. Жел электр қалақтарының салмағының 90%-дан астамы композициялық материалдардан тұрады. Теңіздегі үлкен желдер және жоғары қуат өндіру үлкенірек қалақтарды және жақсырақ беріктік пен төзімділікті талап етеді. Әлбетте, көміртекті талшықты композициялық материалдар ауқымды, жеңіл, жоғары өнімді, арзан электр қуатын өндіру қалақтарын әзірлеу талаптарына жауап бере алады және шыны талшықты композиттік материалдарға қарағанда теңізде қолдану үшін қолайлы.
Көміртекті талшықты композиттер теңіз жел энергиясын өндіруде айтарлықтай артықшылықтарға ие. Көміртекті талшықты композиттік пышақтың сапасы төмен және жоғары қаттылық бар, ал модуль шыны талшық өнімінен 3-8 есе жоғары; Теңіз ортасының ылғалдылығы жоғары, климаты құбылмалы, желдеткіш 24 сағат бойы жұмыс істейді. Пышақ жақсы шаршауға төзімді және қолайсыз ауа-райына төтеп бере алады. Ол қалақшаның аэродинамикалық өнімділігін жақсартады және мұнара мен оське түсетін жүктемені азайтады, осылайша желдеткіштің шығыс қуаты тегіс және теңдестірілген болады және энергия тиімділігі артады. Арнайы құрылымдық дизайн арқылы өткізгіш өнімділік пышақтағы найзағай соғуынан болатын зақымдануды тиімді болдырмайды; жел турбинасының қалақшасын дайындау және тасымалдау құнын төмендету; және дірілді басатын сипаттамалары бар.
3. Теңіз инженериясының қолданбалары
Көміртекті талшықты композициялық материалдар теңіз инженерлік ғимараттарда қолданылады. Олар негізінен жеңіл салмақ, жоғары беріктік және коррозияға төзімділік сипаттамаларын пайдаланады және теңіз суы эрозиялық болат пен тасымалдаудың жоғары тасымалдау құны мәселесін шешу үшін сіңірлер мен құрылымдық бөліктер түріндегі дәстүрлі болат құрылыс материалдарын ауыстырады. Ол теңіздегі аралдық рифтердің ғимараттарына, доктарға, қалқымалы платформаларға, жеңіл мұнараларға және т.б. үшін қолданылды. Инженерлік қалпына келтіру үшін көміртекті талшықты композиттерді пайдалану 1980 жылдары басталды, ал Жапонияның Mitsubishi Chemical Corporation көміртекті талшықты композиттердің механикалық қасиеттерін және оларды инженерлік арматурада қолдануды зерттеуде жетекшілік етті. Бастапқы зерттеу жұмыстары көміртекті талшықты композиттерді қолдану арқылы темірбетонды арқалықтарды нығайтуға арналды, олар кейіннен әртүрлі құрылыс құрылыстарын күшейтуге және нығайтуға айналды. Теңіздегі мұнай платформалары мен порттарын көміртекті талшықты композиттермен жөндеу оны қолданудың бір ғана аспектісі болып табылады. Осыған байланысты көптеген құжаттар бар. Айта кетейік, АҚШ-тың DFI компаниясы Navy Pearl Harbor терминалын жөндеу үшін көміртекті талшықтарды пайдаланған. Ол кезде техниктер арматураны жөндеу үшін инновациялық көміртекті талшықтарды пайдаланды. Көміртекті талшықты таяқша жөнделген док 2,5 м биіктіктен 9 т болатқа төтеп бере алады. Ол зақымданбай құлап кетеді және жақсарту әсері айқын.
Теңіз техникасында көміртекті талшықты композиттерді қолдануға келетін болсақ, суасты құбырларын немесе колонналарды жөндеу және нығайту түрі де бар. Дәнекерлеу, дәнекерлеуді жақсарту, қысқыштар, ерітінділерді төсеу және т.б. сияқты дәстүрлі техникалық қызмет көрсету әдістерінің өзіндік шектеулері бар және бұл әдістерді пайдалану теңіз ортасында көбірек шектелген. Көміртекті талшықты композиттерді жөндеу негізінен көміртекті талшықты мата және эпоксидті шайыр сияқты жоғары беріктігі бар және жоғары жабысатын шайырлы материалдардан жасалады, олар жөндейтін бетке жабысады, сондықтан ол жұқа және жеңіл, беріктігі жоғары, беріктігі жақсы, құрылысы жағынан ыңғайлы және әртүрлі пішіндерге бейімделеді. Айтарлықтай артықшылығы бар.
Хабарлама уақыты: 23 наурыз 2019 ж