Kuelefaser-Kompositmaterial ass e faserverstäerkt Material, dat aus Kuelefaser a Harz, Metall, Keramik an aner Matrixentgaser besteet. Wéinst sengem liichte Gewiicht, senger héijer Festigkeit, héijer Temperaturbeständegkeet etc. gëtt et an de leschte Jore wäit verbreet an der Loft- a Raumfaart, Sport a Fräizäit, an och an der Héichvitesszuch benotzt. Am Beräich vun der Automobilindustrie an am Bauingenieurwesen hunn Kuelefaser-Kompositmaterialien eng exzellent Middegkeetsbeständegkeet, Korrosiounsbeständegkeet an exzellent Bauleistung wéinst hirer héijer Festigkeit, wat se fir maritim Uwendungen mat spezielle Materialeegeschafte gëeegent mécht. An de leschte Jore spillen Kuelefaser-Kompositmaterialien eng ëmmer méi wichteg Roll am Schëffsbau, der Offshore-Energieentwécklung an der Reparatur vun der maritimer Ingenieurskonstruktioun.
1. Applikatioun u Bord
Kuelefaser-Kompositmaterialien hunn en natierleche Virdeel géintiwwer traditionelle Schëffsbaumaterialien. Éischtens hunn Kuelefaser-Kompositmaterialien gutt mechanesch Eegeschaften. De Schëffsrumpf gëtt mat de Charakteristike vu Liichtgewiicht a niddregem Brennstoffverbrauch hiergestallt, an de Bauprozess ass relativ einfach, de Zyklus ass kuerz, an d'Formen ass praktesch, sou datt d'Bau- a Wartungskäschte vill méi niddreg sinn wéi déi vun engem Stolschëff. Zur selwechter Zäit, well d'Grenzfläche tëscht der Kuelefaser an der Harzmatrix effektiv d'Rëssausbreedung verhënnere kann, huet d'Material eng gutt Middegkeetsbeständegkeet; zousätzlech, wéinst der chemescher Inertitéit vun der Kuelefaseruewerfläch, huet de Schëffsrumpf d'Charakteristiken, datt den aquateschen Organismus schwéier epiphytesch a korrosiounsbeständeg ass, wat och de Schëffsbau ass. Ee vun de wichtegste Faktoren bei der Materialauswiel. Dofir hunn Kuelefaser-Kompositmaterialien eenzegaarteg ëmfaassend Leeschtungsvirdeeler am Schëffsbau, a gi elo wäit verbreet an dësem Beräich benotzt. Gläichzäiteg gouf d'Entwécklung vun der Kuelefaserindustrie aus dem Uwendungsfeld Expansioun gefördert.
1.1 Militärschëffer
Kuelefaser-Kompositmaterialien hunn gutt akustesch, magnetesch an elektresch Eegeschaften: si sinn transparent, schallduerchlässeg an net-magnetesch, sou datt se benotzt kënne ginn, fir d'Stealth-Leeschtung vu Krichsschëffer ze verbesseren. D'Benotzung vu Kompositmaterialien an der Iwwerbauung vum Schëff reduzéiert net nëmmen d'Gewiicht vum Rumpf, mä iwwerdréit an empfänkt och elektromagnetesch Wellen op enger virbestëmmter Frequenz, andeems d'frequenzselektiv Schicht, déi an der Zwëschenschicht agebett ass, ofgeschiermt gëtt, fir d'elektromagnetesch Wellen vum Feindradar ofzeschützen. Zum Beispill huet de Kräizer vun der Klass "Skjold", deen 1999 vun der norwegescher Marine gebaut gouf, e Sandwich-Komposit benotzt, deen aus enger Polyvinylchlorid-Schaumkärschicht, Glasfaser an enger Kuelefaser-Zwëschenschicht besteet. Dësen Design verbessert net nëmmen d'Verhältnes tëscht Stäerkt a Gewiicht, mä huet och eng gutt Schlagfestigkeit. D'Leeschtung verbessert och d'Charakteristike vum niddrege Magnéitfeld, Anti-Infrarout- an Anti-Radar-Scanning däitlech. Déi schweedesch Fregatten vun der Visby-Klass, déi am Joer 2000 a Betrib geholl goufen, benotzen all Kuelefaser-Kompositmaterialien, déi speziell Funktiounen vun der Gewiichtsreduktioun, dem Radar an dem duebele Stealth vun Infrarout hunn.
D'Uwendung vu Kuelefaser-verstäerkte Kompositmasten op Schëffer huet sech lues a lues entwéckelt. Den LPD-17 Schëff, deen 2006 an den USA a Betrib geholl gouf, benotzt e fortgeschrattene Kompositmast aus Kuelefaser/Balsa-Kär. Am Géigesaz zum ursprénglechen oppene Mast benotzt den LPD-17 en neit komplett zouent Mast-/Sensorsystem (AEM/S). Den ieweschten Deel vun dësem Kuelefaser-Kompositmast bedeckt dat frequenzselektivt Uewerflächenmaterial (FSS), wat Wellen mat enger spezifescher Frequenz duerchloosse léisst, an déi ënnescht Hallschent kann Radarwellen reflektéieren oder vu Radar-absorbéierende Materialien absorbéiert ginn. Dofir huet en gutt Radar-Stealth- a Detektiounsfunktiounen. Zousätzlech sinn verschidden Antennen an déi domat verbonne Ausrüstung gläichméisseg an der Struktur kombinéiert, déi net einfach korrodéiert a méi gëeegent fir d'Ënnerhalt vun der Ausrüstung ass. Déi europäesch Marine huet e ähnlechen zouenen integréierte Sensormast aus Glasfaser aus Nanofaser a Kombinatioun mat Kuelefaser als Verstäerkung entwéckelt. En erlaabt et verschiddene Radarstralen a Kommunikatiounssignaler ongestéiert mateneen ze passéieren, an de Verloscht ass extrem niddreg. Am Joer 2006 gouf dësen Technologie-Mast-Geldautomat um Fligerdréier "Royal Ark" vun der britescher Marine agesat.
Kuelefaser-Kompositmaterialien kënnen och an aneren Aspekter vum Schëff benotzt ginn. Zum Beispill kënne se als Propeller- a Propulsiounswellensystem am Propulsiounssystem benotzt ginn, fir d'Vibratiounseffekter an de Kaméidi vum Schëffsrumpf ze reduzéieren, a gi meeschtens a Reconnaissance-Schëffer a schnelle Croisièreschëffer benotzt. Si kënnen als Rudder a Maschinnen an Ausrüstung, e puer spezielle mechaneschen Apparater a Päifsystemer benotzt ginn. Zousätzlech gi Kuelefaserseeler mat héijer Festigkeit och wäit verbreet a Kabelen fir Marinekrichsschëffer an aner militäresch Artikelen benotzt.
1.2 Zivil Yachten
Grouss Yachten sinn am Allgemengen a Privatbesëtz a si deier, a verlaangen e liicht Gewiicht, eng héich Stäerkt an Haltbarkeet. Kuelefaser-Kompositmaterialien kënnen an Instrumentenzifferblieder an Antennen, Rudder a verstäerkte Strukturen wéi Decker, Kabinne a Schëffsschëss benotzt ginn. Déi traditionell Komposit-Yacht ass haaptsächlech aus FRP gemaach, awer wéinst net genuch Steifheet ass de Rumpf dacks ze schwéier nodeems d'Steifheetsdesignufuerderunge erfëllt goufen, an d'Glasfaser ass e Kriibserkrankungsmëttel, wat am Ausland lues a lues verbueden ass. Den Undeel vu Kuelefaser-Kompositmaterialien, déi an den haitege Komposit-Yachten benotzt ginn, ass däitlech eropgaang, an e puer hunn souguer Kuelefaser-Kompositmaterialien benotzt. Zum Beispill, d'Superyacht "Panama" vun der Baltic, Duebelbarge, de Rumpf an d'Deck sinn mat Kuelefaser-/Epoxyharzhaut, Nomex Wabenholf an CorecellTM Strukturschaumkär geschmiert, de Rumpf ass 60 m laang. Awer d'Gesamtgewiicht ass nëmmen 210 t. De Sunreef 80 Levante, e Kuelefaser-Katamaran, dee vun der polnescher Katamaranfirma Sunreef Yachts gebaut gouf, benotzt Vinylesterharz-Sandwich-Kompositmaterialien, PVC-Schaum a Kuelefaser-Kompositmaterialien. D'Mastboomen si speziell aus Kuelefaser-Kompositmaterialien, an nëmmen en Deel vum Rumpf ass aus FRP gemaach. D'Gewiicht ouni Belaaschtung ass nëmme 45 Tonnen. Héich Geschwindegkeet, niddrege Brennstoffverbrauch an exzellent Leeschtung.
D'Yacht „Zhongke·Lianya“, déi 2014 gebaut gouf, ass de Moment déi eenzeg Yacht a China, déi voll aus Kuelefaser besteet. Et ass eng gréng Yacht, déi aus enger Kombinatioun vu Kuelefaser an Epoxyharz hiergestallt ass. Si ass 30% méi liicht wéi déiselwecht Zort vu Glasfaser-Yacht a weist eng méi héich Stäerkt, eng méi héich Geschwindegkeet an e méi niddrege Brennstoffverbrauch op.
Zousätzlech gi Seeler a Kabelen vun der Yacht héichfeste Kuelefaserseeler benotzt fir d'Sécherheet ze garantéieren. Well d'Kuelefaser e méi héije Zuchmodul wéi dee vu Stol an eng Zuchfestigkeit huet, déi e puermol oder souguer Zéngmol méi héich ass, an déi gewieft Eegeschaft vun der Faser huet, gëtt d'Kuelefaserseel als Basismaterial benotzt, wat de Stoldrotseel an den organesche Polymerseel ausgläiche kann. Onzureichend.z
2. Uwendung an der Entwécklung vun der Marineenergie
2.1 Ënnerwaasser Ueleg- a Gasfelder
An de leschte Jore gi Kuelefaser-Kompositmaterialien ëmmer méi wäit am Beräich vun der Marine-Ueleg- a Gasentwécklung agesat. Korrosioun an der Mieresëmwelt, héich Scherkraaft a staark Scherkraaft, verursaacht duerch Ënnerstroum vum Waasser, stellen streng Ufuerderungen un d'Korrosiounsbeständegkeet, d'Festigkeet an d'Middegkeetseigenschaften vum Material. Kuelefaser-Kompositmaterialien hunn offensichtlech Virdeeler a punkto Liichtegkeet, Haltbarkeet a Korrosiounsbeständegkeet bei der Entwécklung vun Offshore-Uelegfelder: eng Buerplattform an enger Waasserdéift vun 1500 m huet e Stahlkabel mat enger Mass vu ronn 6500 t, während d'Dicht vum Kuelefaser-Komposit normal Stahl ass. 1/4, wann de Kuelefaser-Kompositmaterial fir en Deel vum Stahl benotzt gëtt, gëtt d'Laaschtkapazitéit vun der Buerplattform däitlech reduzéiert an d'Baukäschte vun der Plattform ginn gespuert. Déi hin- a zréckbeweegend Bewegung vun der Saugstang féiert liicht zu Materialmiddegkeet wéinst dem onbalancéierten Drock tëscht dem Mierwaasser an dem Drock am Rouer. D'Briechen an d'Benotzung vu Kuelefaser-Kompositmaterial kann dëst Problem léisen; Wéinst der Korrosiounsbeständegkeet vun der Mierwaasserëmfeld ass seng Liewensdauer am Mierwaasser méi laang wéi déi vu Stol, an d'Benotzungsdéift ass méi déif.
Kuelefaser-Kompositmaterialien kënnen als Produktiounsbuerleitungen, Saugstangen, Späichertanken, Ënnerwaasserpipelinen, Decker, etc. op Uelegfeldbuerplattforme benotzt ginn. De Fabrikatiounsprozess ass opgedeelt an e Pultrusiounsprozess an e Naasswicklungsprozess. Pultrusioun gëtt allgemeng op übleche Päifen a Verbindungsréier benotzt. D'Wicklungsmethod gëtt allgemeng als d'Uewerfläch vum Späichertank an dem Drockbehälter benotzt, a kann och an engem anisotropen flexible Päif benotzt ginn, an deem de Kuelefaser-Kompositmaterial gewéckelt an an engem spezifesche Wénkel an der Panzerschicht arrangéiert ass.
Déi kontinuéierlech Saugstang aus Kuelefaser-Kompositmaterial huet eng bandfërmeg Struktur, ähnlech wéi e Film, a weist eng gutt Flexibilitéit op. Si gouf an den 1990er Joren an den USA produzéiert an agesat. Si besteet aus Kuelefaser als Verstäerkungsfaser an onsaturéiertem Harz als Basismaterial. Si gëtt duerch Pultrusiounsprozess no Vernetzung an der Härtung bei héijer Temperatur produzéiert. Vun 2001 bis 2003 huet China eng Kuelefaser-Saugstang an eng normal Stahl-Saugstang am Pure-Beam-Uelegfeld benotzt fir e Pilot ze maachen. D'Benotzung vu Kuelefaser-Saugstangen kann d'Uelegleistung däitlech erhéijen an d'Laascht vum Motor reduzéieren, wat méi energieeffizient ass. Ausserdeem ass d'Kuelefaser-Komposit-Saugstang méi resistent géint Middegkeet a Korrosioun wéi d'Stahl-Saugstang, an ass besser gëeegent fir d'Entwécklung vun Ënnerwaasser-Uelegfelder.
2.2 Offshore-Wandenergie
Déi räich Wandenergieressourcen um Mier sinn e wichtege Beräich fir zukünfteg Entwécklung an dat fortgeschrattsten an usprochsvollst Gebitt vun der Wandenergietechnologie. China seng Küst ass ongeféier 1800 km laang an et gëtt méi wéi 6.000 Inselen. Déi südëstlech Küst an d'Inselregiounen si räich u Wandressourcen a liicht z'entwéckelen. An de leschte Jore goufen d'Efforte fir d'Entwécklung vun Offshore-Wandenergie vun de jeweilege Ministèren ënnerstëtzt. Méi wéi 90% vum Gewiicht vun de Wandenergiebladen besteet aus Kompositmaterialien. Grouss Wand um Mier an eng héich Energieproduktioun erfuerderen onbedéngt méi grouss Bladen a besser spezifesch Stäerkt an Haltbarkeet. Natierlech kënnen Kuelefaser-Kompositmaterialien d'Ufuerderunge vun der Entwécklung vu groussflächegen, liichten, héich performanten a bëllegen Energieproduktiounsbladen erfëllen a si méi gëeegent fir Marineapplikatiounen wéi Glasfaser-Kompositmaterialien.
Kuelefaser-Kompositmaterialien hunn bedeitend Virdeeler bei der Produktioun vu Wandenergie am Mier. D'Kuelefaser-Komposit-Blat huet eng niddreg Qualitéit an eng héich Steifheet, an de Modul ass 3 bis 8 Mol sou héich wéi dee vum Glasfaserprodukt; d'Fiichtegkeet ass héich an der Mierëmfeld, d'Klima ass verännerlech, an de Ventilator leeft 24 Stonnen. D'Blat huet eng gutt Middegkeetsbeständegkeet a kann dem schlechte Wieder standhalen. Et verbessert d'aerodynamesch Leeschtung vun der Blat a reduzéiert d'Belaaschtung um Tuerm an der Achs, sou datt d'Ausgangsleistung vum Ventilator méi glat a méi ausgeglach ass, an d'Energieeffizienz verbessert gëtt. Déi konduktiv Leeschtung, duerch e speziellen strukturellen Design, kann effektiv de Schued vermeiden, deen duerch Blëtzschlag op der Blat verursaacht gëtt; d'Produktiouns- a Transportkäschte vun der Wandturbinnblat reduzéieren; an huet Vibratiounsdämpfungseigenschaften.
3. Uwendungen am Marineingenieurwesen
Kuelefaser-Kompositmaterialien ginn a Gebaier aus Marineingenieurwesen agesat. Si notzen haaptsächlech d'Charakteristike vu Liichtgewiicht, héijer Festigkeit a Korrosiounsbeständegkeet a ersetzen traditionell Stolbaumaterialien a Form vu Sehnen a Strukturdeeler fir d'Problem vun den héije Transportkäschte vu Mierwaassererosiounsstol a Transport ze léisen. Et gouf a Gebaier vu Riff-Inselen, Docken, schwiewende Plattformen, Liichttierm, etc. op der Insel Offshore benotzt. D'Benotzung vu Kuelefaser-Kompositen fir d'Restauratioun vun Ingenieursbaumaterialien huet an den 1980er Joren ugefaangen, an d'Mitsubishi Chemical Corporation aus Japan huet d'Féierung an der Fuerschung vun de mechanesche Eegeschafte vu Kuelefaser-Kompositen an hirer Uwendung an der Arméitechnik iwwerholl. Den initialen Fuerschungsfokus louch op der Arméi vu Betonbalken mat Kuelefaser-Kompositen, déi sech spéider zu der Arméi a Verstäerkung vu verschiddene Bauingenieurwesen entwéckelt hunn. D'Reparatur vun Offshore-Uelegplattformen an Häfen duerch Kuelefaser-Kompositen ass nëmmen een Aspekt vun hirer Uwendung. Et gëtt vill relevant Dokumenter. Et ass derwäert ze erwähnen, datt d'US DFI Firma Kuelefaserstangen benotzt huet fir den Navy Pearl Harbor Terminal ze reparéieren. Deemools hunn d'Techniker innovativ Kuelefaserstangen benotzt fir d'Arméi ze reparéieren. Den reparéierten Dock mat Kuelefaserstangen kann 9t Stol vun 2,5m Héicht aushalen. Et fällt erof ouni beschiedegt ze ginn, an den Verbesserungseffekt ass offensichtlech.
Wat d'Uwendung vu Kuelefaserkompositen an der Marinetechnik ugeet, gëtt et och eng Zort Reparatur a Verstäerkung vu Pipelinen oder Säulen ënner Waasser. Traditionell Ënnerhaltsmethoden wéi Schweessen, Schweessverbesserung, Klammeren, Fugen, etc. hunn hir eege Grenzen, an d'Benotzung vun dëse Methoden ass méi limitéiert an der Marineëmfeld. D'Reparatur vu Kuelefaserkompositen gëtt haaptsächlech aus héichfestigen an héichhaftegen Harzmaterialien wéi Kuelefaserduk an Epoxyharz gemaach, déi op d'Reparaturuewerfläch gepecht ginn, sou datt se dënn a liicht, héichfest, gutt an der Haltbarkeet, praktesch an der Konstruktioun an u verschidde Formen upassbar sinn. Huet e wesentlechen Virdeel.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 23. Mäerz 2019