Oglekļa šķiedras kompozītmateriāls ir ar šķiedru pastiprināts materiāls, kas izgatavots no oglekļa šķiedras un sveķiem, metāla, keramikas un citām matricām. Pateicoties tā vieglajam svaram, augstajai izturībai, augstas temperatūras izturībai utt., to pēdējos gados plaši izmanto kosmosa, sporta un atpūtas, ātrgaitas dzelzceļa nozarē. Automobiļu un civilās inženierijas jomā. Oglekļa šķiedras kompozītmateriāliem ir lieliska noguruma izturība, izturība pret koroziju un lieliska konstrukcijas veiktspēja, pateicoties augstajai izturībai un augstajai izturībai, kas padara tos piemērotus jūras lietojumprogrammām ar īpašām prasībām attiecībā uz materiālu īpašībām. Pievērsiet uzmanību. Pēdējos gados oglekļa šķiedras kompozītmateriāliem ir bijusi arvien nozīmīgāka loma kuģu būvē, jūras enerģijas attīstībā un kuģu inženierijas remontā.
1.Pieteikums uz kuģa
Oglekļa šķiedras kompozītmateriāliem ir dabiskas priekšrocības salīdzinājumā ar tradicionālajiem kuģu būves materiāliem. Pirmkārt, oglekļa šķiedras kompozītmateriāliem ir labas mehāniskās īpašības. Korpuss ir izgatavots ar vieglu svaru un zemu degvielas patēriņu, un būvniecības process ir relatīvi vienkāršs, cikls ir īss un formēšana ir ērta, tāpēc būvniecības un uzturēšanas izmaksas ir daudz zemākas nekā tērauda kuģim. Tajā pašā laikā, tā kā saskarne starp oglekļa šķiedru un sveķu matricu var efektīvi novērst plaisu izplatīšanos, materiālam ir laba noguruma izturība; turklāt, pateicoties oglekļa šķiedras virsmas ķīmiskajai inertitātei, korpusam ir īpašības, kas padara to grūti panesamu ūdens organismiem un izturīgs pret koroziju, kas ir arī kuģa konstrukcija. Viens no svarīgākajiem faktoriem materiālu izvēlē. Tāpēc oglekļa šķiedras kompozītmateriāliem ir unikālas visaptverošas veiktspējas priekšrocības kuģu būvē, un tagad tos plaši izmanto šajā jomā. Tajā pašā laikā ir veicināta oglekļa šķiedras nozares attīstība, paplašinot pielietojuma jomu.
1.1 Militārie kuģi
Oglekļa šķiedras kompozītmateriāliem ir labas akustiskās, magnētiskās un elektriskās īpašības: tie ir caurspīdīgi, skaņu caurlaidīgi un nemagnētiski, tāpēc tos var izmantot, lai uzlabotu karakuģu maskēšanās spējas. Kompozītmateriālu izmantošana kuģa virsbūvē ne tikai samazina korpusa svaru, bet arī pārraida un uztver elektromagnētiskos viļņus noteiktā frekvencē, ekranējot starpslānī iestrādāto frekvenču selektīvo slāni, lai ekranētu ienaidnieka radara elektromagnētiskos viļņus. Piemēram, Norvēģijas Jūras spēku 1999. gadā uzbūvētajā "skjold" klases kreisīrī tika izmantots sviestmaižu kompozīts, kas sastāv no polivinilhlorīda putu serdes slāņa, stikla šķiedras un oglekļa šķiedras starpslāņa. Šī konstrukcija ne tikai uzlabo izturības un svara attiecību, bet arī nodrošina labu triecienizturību. Veiktspēja arī ievērojami uzlabo zema magnētiskā starojuma, infrasarkanā starojuma un radaru apkarošanas skenēšanas īpašības. Zviedrijas "Visby" klases fregatēs, kas tika nodotas ekspluatācijā 2000. gadā, tiek izmantoti oglekļa šķiedras kompozītmateriāli, kuriem ir īpašas svara samazināšanas, radara un infrasarkanā dubultās maskēšanās funkcijas.
Pakāpeniski ir parādījusies ar oglekļa šķiedru pastiprinātu kompozītmastu izmantošana kuģos. LPD-17 kuģis, kas tika nodots ekspluatācijā Amerikas Savienotajās Valstīs 2006. gadā, izmanto oglekļa šķiedras/Balsa serdes uzlabotu kompozītmateriāla mastu. Atšķirībā no sākotnējā atvērtā masta, LPD-17 izmanto jaunu pilnībā slēgtu mastu/sensoru sistēmu (AEM/S). Šī oglekļa šķiedras kompozītmateriāla masta augšdaļa ir pārklāta ar frekvenču selektīvo virsmas materiālu (FSS), kas ļauj iziet cauri noteiktas frekvences viļņiem, bet apakšējā puse var atstarot radara viļņus vai tikt absorbēta radara signālu absorbējošos materiālos. Tāpēc tam ir labas radara slēpšanas un noteikšanas funkcijas. Turklāt dažādas antenas un ar tām saistītais aprīkojums ir vienmērīgi apvienots konstrukcijā, kas nav viegli pakļauta korozijai un ir labvēlīgāka aprīkojuma apkopei. Eiropas Jūras spēki ir izstrādājuši līdzīgu slēgtu integrētu sensoru mastu, kas izgatavots no nanofibras stikla šķiedras, kas apvienota ar oglekļa šķiedru kā pastiprinājumu. Tas ļauj dažādiem radara stariem un sakaru signāliem netraucēti pāriet vienam uz otru, un zudumi ir ārkārtīgi zemi. 2006. gadā šis modernās tehnoloģijas masta bankomāts tika izmantots Lielbritānijas Jūras spēku lidmašīnu bāzes kuģī "Royal Ark".
Oglekļa šķiedras kompozītmateriālus var izmantot arī citos kuģa aspektos. Piemēram, tos var izmantot kā propelleru un piedziņas vārpstu sistēmu piedziņas sistēmā, lai mazinātu korpusa vibrācijas ietekmi un troksni, un tos galvenokārt izmanto izlūkošanas kuģos un ātrgaitas kruīza kuģos. Tos var izmantot kā stūri mašīnās un iekārtās, dažās īpašās mehāniskās ierīcēs un cauruļvadu sistēmās. Turklāt augstas stiprības oglekļa šķiedras troses tiek plaši izmantotas arī jūras karakuģu kabeļos un citos militāros priekšmetos.
1.2Civilās jahtas
Lielas jahtas parasti ir privātīpašumā un dārgas, tām nepieciešams mazs svars, augsta izturība un ilgmūžība. Oglekļa šķiedras kompozītmateriālus var izmantot jahtu instrumentu ciparnīcās un antenās, stūrēs, kā arī pastiprinātās konstrukcijās, piemēram, klājos, kajītēs un kuģu starpsienās. Tradicionālās kompozītmateriāla jahtas galvenokārt ir izgatavotas no FRP, taču nepietiekamas stingrības dēļ korpuss bieži vien ir pārāk smags pēc stingrības konstrukcijas prasību izpildes, un stikla šķiedra ir kancerogēns, kas pakāpeniski tiek aizliegts ārzemēs. Mūsdienu kompozītmateriāla jahtās izmantoto oglekļa šķiedras kompozītmateriālu īpatsvars ir ievērojami palielinājies, un dažas pat ir izmantojušas oglekļa šķiedras kompozītmateriālus. Piemēram, Baltic superjahtas "Panama" dubultbaržas korpuss un klājs ir iestrādāti oglekļa šķiedras/epoksīdsveķu apvalkā, Nomex® šūnveida struktūrā un Corecell™ strukturālo putu kodolā, korpusa garums ir 60 m. Bet kopējais svars ir tikai 210 t. Sunreef 80 Levante, oglekļa šķiedras katamarāns, ko būvējis Polijas katamarānu uzņēmums Sunreef Yachts, izmanto vinila estera sveķu sendviču kompozītmateriālus, PVC putas un oglekļa šķiedras kompozītmateriālus. Masta bonas ir izgatavotas no pielāgotiem oglekļa šķiedras kompozītmateriāliem, un tikai daļa korpusa ir izgatavota no FRP. Tukšsvars ir tikai 45 tonnas. Liels ātrums, zems degvielas patēriņš un lieliska veiktspēja.
2014. gadā uzbūvētā jahta “Zhongke·Lianya” pašlaik ir vienīgā pilnībā no oglekļa šķiedras izgatavotā jahta Ķīnā. Tā ir videi draudzīga jahta, kas izgatavota no oglekļa šķiedras un epoksīdsveķu kombinācijas. Tā ir par 30% vieglāka nekā tāda paša tipa stikla šķiedras jahta, un tai ir lielāka izturība, lielāks ātrums un mazāks degvielas patēriņš.
Turklāt jahtas trosēs un kabeļos tiek izmantotas augstas stiprības oglekļa šķiedras troses, lai nodrošinātu drošību. Tā kā oglekļa šķiedras stiepes modulis ir lielāks nekā tēraudam un stiepes izturība ir vairākas reizes vai pat desmitiem reižu lielāka, kā arī tai piemīt šķiedras aušanas īpašība, oglekļa šķiedras trose tiek izmantota kā pamatmateriāls, kas var aizstāt tērauda stiepļu trosi un organiskā polimēra trosi. Nepietiekami.z
2. Pielietojums jūras enerģijas attīstībā
2.1 Zemūdens naftas un gāzes atradnes
Pēdējos gados oglekļa šķiedras kompozītmateriāli arvien plašāk tiek izmantoti jūras naftas un gāzes ieguves jomā. Korozija jūras vidē, augsta bīde un spēcīga bīde, ko izraisa ūdens zemūdens plūsma, nosaka stingras prasības materiāla korozijas izturībai, izturībai un noguruma īpašībām. Oglekļa šķiedras kompozītmateriāliem ir acīmredzamas priekšrocības viegluma, izturības un pretkorozijas ziņā naftas atradņu attīstībā jūrā: 1500 m dziļuma urbšanas platformai ir tērauda trose ar masu aptuveni 6500 t, savukārt oglekļa šķiedras kompozītmateriāla blīvums ir parastajam tēraudam. 1/4, ja oglekļa šķiedras kompozītmateriāls tiek izmantots, lai aizstātu daļu tērauda, urbšanas platformas kravnesība tiks ievērojami samazināta un platformas būvniecības izmaksas tiks ietaupītas. Sūkšanas stieņa virzuļkustība viegli novedīs pie materiāla noguruma nelīdzsvarotā spiediena dēļ starp jūras ūdeni un spiedienu caurules iekšpusē. Oglekļa šķiedras kompozītmateriāla pārrāvums un izmantošana var atrisināt šo problēmu; pateicoties izturībai pret jūras ūdens vides koroziju, tā kalpošanas laiks jūras ūdenī ir ilgāks nekā tēraudam, un lietošanas dziļums ir lielāks.
Oglekļa šķiedras kompozītmateriālus var izmantot kā ražošanas urbumu caurules, sūkšanas stieņus, uzglabāšanas tvertnes, zemūdens cauruļvadus, klājus utt. naftas atradņu urbšanas platformās. Ražošanas process ir sadalīts pultrūzijas procesā un mitrās tinšanas procesā. Pultrūzija parasti tiek izmantota parastajām caurulēm un savienojošajām caurulēm. Tinšanas metode parasti tiek izmantota uzglabāšanas tvertnes un spiedientvertnes virsmai, un to var izmantot arī anizotropā elastīgā caurulē, kurā oglekļa šķiedras kompozītmateriāls ir uztīts un izvietots noteiktā leņķī bruņas slānī.
Nepārtrauktais oglekļa šķiedras kompozītmateriāla iesūkšanas stienis ir lentveida struktūra, kas līdzīga plēvei, un tam ir laba elastība. To ražoja un pielietoja Amerikas Savienotās Valstis 1990. gados. Tas ir izgatavots no oglekļa šķiedras kā armatūras šķiedras un nepiesātinātiem sveķiem kā pamatmateriāla. To ražo pultrūzijas procesā pēc šķērssavienošanas sacietēšanas augstā temperatūrā. No 2001. līdz 2003. gadam Ķīna tīras sijas naftas atradnē izmantoja oglekļa šķiedras iesūkšanas stieni un parastu tērauda iesūkšanas stieni, lai izgatavotu pilotu. Oglekļa šķiedras iesūkšanas stieņa izmantošana var ievērojami palielināt eļļas ražošanu un samazināt motora slodzi, kas ir energoefektīvāk. Turklāt oglekļa šķiedras kompozītmateriāla iesūkšanas stienis ir izturīgāks pret nogurumu un koroziju nekā tērauda iesūkšanas stienis, un tas ir piemērotāks izmantošanai zemūdens naftas atradņu attīstībā.
2.2 Jūras vēja enerģija
Bagātīgie vēja enerģijas resursi jūrā ir svarīga joma turpmākai attīstībai un vismodernākā un pieprasītākā vēja enerģijas tehnoloģiju joma. Ķīnas piekrastes līnija ir aptuveni 1800 km gara, un tajā ir vairāk nekā 6000 salu. Dienvidaustrumu piekraste un salu reģioni ir bagāti ar vēja resursiem un viegli attīstāmi. Pēdējos gados attiecīgās iestādes ir atbalstījušas centienus veicināt jūras vēja enerģijas attīstību. Vairāk nekā 90% no vēja enerģijas lāpstiņu svara veido kompozītmateriāli. Lieliem vējiem jūrā un lielai enerģijas ražošanai noteikti ir nepieciešami lielāki lāpstiņas un labāka īpatnējā izturība un ilgmūžība. Acīmredzot oglekļa šķiedras kompozītmateriāli var apmierināt liela mēroga, vieglu, augstas veiktspējas un lētu enerģijas ražošanas lāpstiņu izstrādes prasības un ir piemērotāki jūras vajadzībām nekā stikla šķiedras kompozītmateriāli.
Oglekļa šķiedras kompozītmateriāliem ir ievērojamas priekšrocības jūras vēja enerģijas ražošanā. Oglekļa šķiedras kompozītmateriāla lāpstiņai ir zema kvalitāte un augsta stingrība, un modulis ir 3 līdz 8 reizes lielāks nekā stikla šķiedras izstrādājumam; jūras vidē ir augsts mitrums, mainīgs klimats, un ventilators darbojas 24 stundas diennaktī. Lāpstiņai ir laba noguruma izturība un tā var izturēt sliktus laikapstākļus. Tas uzlabo lāpstiņas aerodinamisko veiktspēju un samazina slodzi uz torni un asi, lai ventilatora izejas jauda būtu vienmērīgāka un līdzsvarotāka, un tiktu uzlabota energoefektivitāte. Vadītspējas veiktspēja, pateicoties īpašam konstrukcijas dizainam, var efektīvi novērst zibens spēriena radītos bojājumus lāpstiņai; samazināt vēja turbīnas lāpstiņas ražošanas un transportēšanas izmaksas; un tai ir vibrācijas slāpēšanas īpašības.
3. Jūras inženierijas pielietojumi
Oglekļa šķiedras kompozītmateriāli tiek izmantoti kuģu inženiertehniskajās ēkās. Tie galvenokārt izmanto vieglā svara, augstās izturības un korozijas izturības īpašības, aizstājot tradicionālos tērauda būvmateriālus cīpslu un konstrukcijas daļu veidā, lai atrisinātu jūras ūdens erozijas tērauda un transportēšanas augsto transportēšanas izmaksu problēmu. Tie ir pielietoti jūras salu rifu ēkām, dokiem, peldošām platformām, gaismas torņiem utt. Oglekļa šķiedras kompozītmateriālu izmantošana inženiertehniskajā restaurācijā sākās 20. gs. astoņdesmitajos gados, un Japānas uzņēmums Mitsubishi Chemical Corporation uzņēmās vadošo lomu oglekļa šķiedras kompozītmateriālu mehānisko īpašību un to pielietojuma izpētē inženiertehniskajā stiegrojumā. Sākotnējais pētījumu fokuss bija dzelzsbetona siju stiegrošana, izmantojot oglekļa šķiedras kompozītmateriālus, kas vēlāk attīstījās par dažādu civilo inženieriju stiegrojumu un pastiprinājumu. Jūras naftas platformu un ostu remonts ar oglekļa šķiedras kompozītmateriāliem ir tikai viens no tā pielietojuma aspektiem. Ir daudz saistītu dokumentu. Ir vērts pieminēt, ka ASV DFI uzņēmums izmantoja oglekļa šķiedras stieņus, lai remontētu Jūras spēku Pērlhārboras termināli. Tajā laikā tehniķi stiegrojuma remontam izmantoja inovatīvus oglekļa šķiedras stieņus. Remontētais doks var izturēt 9 t tērauda svaru no 2,5 m augstuma. Tas nokrīt, nebūdams bojāts, un uzlabošanas efekts ir acīmredzams.
Runājot par oglekļa šķiedras kompozītmateriālu pielietojumu kuģu inženierijā, pastāv arī zemūdens cauruļvadu vai kolonnu remonta un pastiprināšanas veids. Tradicionālajām apkopes metodēm, piemēram, metināšanai, metinājuma uzlabošanai, skavām, javai utt., ir savi ierobežojumi, un šo metožu izmantošana jūras vidē ir ierobežotāka. Oglekļa šķiedras kompozītmateriālu remonts galvenokārt tiek veikts no augstas stiprības un augstas liptspējas sveķu materiāliem, piemēram, oglekļa šķiedras auduma un epoksīdsveķiem, kas tiek pielīmēti pie remontējamās virsmas, tāpēc tie ir plāni un viegli, augstas stiprības, labas izturības, ērti konstrukcijā un pielāgojami dažādām formām. Tam ir ievērojamas priekšrocības.
Publicēšanas laiks: 2019. gada 23. marts