Penggunaan bahan komposit gentian karbon di lautan

Bahan komposit gentian karbon ialah bahan bertetulang gentian yang diperbuat daripada gentian karbon dan resin, logam, seramik dan matriks lain. Kerana beratnya yang ringan, kekuatan tinggi, rintangan suhu tinggi, dll., ia telah digunakan secara meluas dalam aeroangkasa, sukan dan masa lapang, kereta api berkelajuan tinggi dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Dalam bidang automobil dan kejuruteraan awam. Bahan komposit gentian karbon mempunyai rintangan keletihan yang sangat baik, rintangan kakisan dan prestasi pembinaan yang sangat baik kerana kekuatan tinggi dan kekuatan tinggi, yang menjadikannya sesuai untuk aplikasi marin dengan keperluan khas pada sifat bahan. perhatikan untuk. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, komposit gentian karbon telah memainkan peranan yang semakin penting dalam pembinaan kapal, pembangunan tenaga luar pesisir, dan pembaikan kejuruteraan marin.

1.Permohonan di atas kapal
Komposit gentian karbon mempunyai kelebihan semula jadi berbanding bahan pembinaan kapal tradisional. Pertama, komposit gentian karbon mempunyai sifat mekanikal yang baik. Badan kapal dihasilkan dengan ciri-ciri berat ringan dan penggunaan bahan api yang rendah, dan proses pembinaannya agak mudah, kitarannya pendek, dan pengacuan mudah, jadi kos pembinaan dan penyelenggaraan jauh lebih rendah daripada kapal keluli. Pada masa yang sama, kerana antara muka antara gentian karbon dan matriks resin dengan berkesan boleh menghalang penyebaran retak, bahan tersebut mempunyai rintangan keletihan yang baik; di samping itu, disebabkan oleh lengai kimia permukaan gentian karbon, badan kapal mempunyai ciri-ciri bahawa organisma akuatik sukar untuk epifit dan tahan kakisan, yang juga merupakan pembinaan kapal. Salah satu faktor terpenting dalam memilih bahan. Oleh itu, bahan komposit gentian karbon mempunyai kelebihan prestasi komprehensif yang unik dalam pembinaan kapal, dan kini digunakan secara meluas dalam bidang ini. Pada masa yang sama, pembangunan industri gentian karbon telah dipromosikan daripada pengembangan bidang aplikasi.

1.1 Kapal tentera

Komposit gentian karbon mempunyai sifat akustik, magnet dan elektrik yang baik: ia telus, telap bunyi dan bukan magnetik, jadi ia boleh digunakan untuk meningkatkan prestasi kapal perang yang tersembunyi. Penggunaan bahan komposit dalam superstruktur kapal bukan sahaja mengurangkan berat badan kapal, tetapi juga menghantar dan menerima gelombang elektromagnet pada frekuensi yang telah ditetapkan dengan melindungi lapisan selektif frekuensi yang tertanam dalam interlayer untuk melindungi gelombang elektromagnet radar musuh. . Sebagai contoh, kapal penjelajah kelas "skjold" yang dibina oleh Tentera Laut Norway pada tahun 1999 menggunakan komposit sandwic yang terdiri daripada lapisan teras buih polivinil klorida, gentian kaca dan interlayer gentian karbon. Reka bentuk ini bukan sahaja meningkatkan nisbah kekuatan kepada berat, tetapi juga mempunyai rintangan hentaman yang baik. Prestasi ini juga meningkatkan ciri-ciri pengimbasan magnet rendah, anti-inframerah dan anti-radar. Frigat kelas Visby Sweden, yang ditugaskan pada tahun 2000, semuanya menggunakan bahan komposit gentian karbon, yang mempunyai fungsi khas pengurangan berat, radar dan inframerah berganda.

Penggunaan tiang komposit bertetulang gentian karbon pada kapal telah muncul secara beransur-ansur. Kapal LPD-17, yang telah ditauliahkan di Amerika Syarikat pada tahun 2006, menggunakan tiang komposit termaju gentian karbon/Balsa teras komposit. Tidak seperti tiang terbuka asal, LPD-17 menggunakan sistem tiang/penderiaan tertutup sepenuhnya yang baharu. (AEM/S), bahagian atas tiang komposit gentian karbon ini meliputi bahan permukaan terpilih frekuensi (FSS), membenarkan gelombang dengan frekuensi tertentu melaluinya, dan bahagian bawah boleh memantulkan gelombang radar atau diserap oleh bahan penyerap radar. . Oleh itu, ia mempunyai fungsi stealth dan pengesanan radar yang baik. Di samping itu, pelbagai antena dan peralatan berkaitan digabungkan secara seragam dalam struktur, yang tidak mudah berkarat, dan lebih kondusif untuk penyelenggaraan peralatan. Tentera Laut Eropah telah membangunkan tiang sensor bersepadu tertutup serupa yang diperbuat daripada gentian kaca buatan nanofiber yang digabungkan dengan gentian karbon sebagai tetulang. Ia membolehkan pelbagai pancaran radar dan isyarat komunikasi melepasi tanpa gangguan antara satu sama lain, dan kerugian adalah sangat rendah. Pada tahun 2006, ATM tiang teknologi canggih ini digunakan pada kapal pengangkut pesawat "Royal Ark" Tentera Laut British.

Komposit gentian karbon juga boleh digunakan dalam aspek lain kapal. Sebagai contoh, ia boleh digunakan sebagai sistem aci kipas dan pendorong dalam sistem pendorong untuk mengurangkan kesan getaran dan bunyi badan kapal, dan kebanyakannya digunakan dalam kapal peninjau dan kapal pelayaran pantas. Ia boleh digunakan sebagai kemudi dalam mesin dan peralatan, beberapa peranti mekanikal khas dan sistem paip. Di samping itu, tali gentian karbon berkekuatan tinggi juga digunakan secara meluas dalam kabel kapal perang tentera laut dan barangan ketenteraan yang lain.

1.2 Kapal layar awam

Kapal layar besar biasanya dimiliki secara persendirian dan mahal, memerlukan berat ringan, kekuatan tinggi dan ketahanan. Komposit gentian karbon boleh digunakan dalam dail instrumen dan antena kapal layar, kemudi, dan dalam struktur bertetulang seperti geladak, kabin dan sekat kapal. Kapal layar komposit tradisional kebanyakannya diperbuat daripada FRP, tetapi disebabkan ketegaran yang tidak mencukupi, badan kapal sering terlalu berat selepas memenuhi keperluan reka bentuk ketegaran, dan gentian kaca adalah karsinogen, yang secara beransur-ansur diharamkan di luar negara. Perkadaran komposit gentian karbon yang digunakan dalam kapal layar komposit hari ini telah meningkat dengan ketara, malah ada juga yang menggunakan komposit gentian karbon. Sebagai contoh, kapal layar super "Panama" Baltic, badan kapal dan dek diapit dengan gentian karbon / kulit resin epoksi, sarang lebah Nomex  dan teras buih struktur CorecellTM, badan kapal sepanjang 60m. Tetapi jumlah berat hanya 210t. Sunreef 80 Levante, katamaran gentian karbon yang dibina oleh Kapal Layar Sunreef Catamaran Poland, menggunakan komposit sandwic resin ester vinil, buih PVC dan komposit gentian karbon. Boom tiang adalah komposit gentian karbon tersuai, dan hanya sebahagian daripada badan kapal menggunakan FRP. . Berat tanpa beban hanya 45t. Kelajuan pantas, penggunaan bahan api yang rendah dan prestasi cemerlang.

Kapal layar "Zhongke·Lianya" yang dibina pada 2014 kini merupakan satu-satunya kapal layar gentian karbon penuh di China. Ia adalah kapal layar hijau yang diperbuat daripada gabungan gentian karbon dan resin epoksi. Ia 30% lebih ringan daripada kapal layar gentian kaca yang sama dan mempunyai kekuatan yang lebih tinggi, kelajuan lebih pantas dan penggunaan bahan api yang lebih rendah.

Selain itu, kabel dan kabel kapal layar menggunakan tali gentian karbon berkekuatan tinggi untuk memastikan keselamatan. Oleh kerana gentian karbon mempunyai modulus tegangan yang lebih tinggi daripada keluli dan kekuatan tegangan beberapa kali atau bahkan berpuluh kali ganda, dan mempunyai sifat tenunan gentian, tali gentian karbon digunakan sebagai bahan asas, yang boleh menggantikan tali dawai keluli dan tali polimer organik. Tidak mencukupi.z
2. Aplikasi dalam pembangunan tenaga marin

2.1 Medan minyak dan gas dasar laut

Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, bahan komposit gentian karbon telah digunakan secara meluas dalam bidang pembangunan minyak dan gas marin. Kakisan dalam persekitaran marin, ricih tinggi, dan ricih kuat yang disebabkan oleh aliran arus bawah air mengenakan keperluan yang ketat pada rintangan kakisan, kekuatan dan sifat kelesuan bahan. Komposit gentian karbon mempunyai kelebihan yang jelas dalam cahaya, tahan lama dan anti-karat dalam pembangunan medan minyak luar pesisir: platform penggerudian kedalaman air 1500m mempunyai kabel keluli dengan jisim kira-kira 6500t, manakala ketumpatan komposit gentian karbon adalah keluli biasa. 1/4, jika bahan komposit gentian karbon digunakan untuk menggantikan sebahagian daripada keluli, kapasiti beban platform penggerudian akan dikurangkan dengan ketara, dan kos pembinaan platform akan dijimatkan. Pergerakan salingan batang penyedut akan mudah menyebabkan kepenatan bahan akibat tekanan yang tidak seimbang antara air laut dan tekanan di dalam tiub. Memecah, dan menggunakan bahan komposit gentian karbon boleh menyelesaikan masalah ini; disebabkan oleh rintangan kakisan persekitaran air laut, hayat perkhidmatannya dalam air laut lebih lama daripada keluli, dan kedalaman penggunaannya lebih dalam.

Komposit gentian karbon boleh digunakan sebagai paip telaga pengeluaran, batang penyedut, tangki simpanan, saluran paip dasar laut, geladak, dsb. dalam platform penggerudian medan minyak. Proses pembuatan terbahagi kepada proses pultrusion dan proses belitan basah. Pultrusion biasanya digunakan pada paip biasa dan paip penyambung. Kaedah penggulungan biasanya digunakan sebagai permukaan tangki simpanan dan bekas tekanan, dan juga boleh digunakan dalam paip fleksibel anisotropik di mana bahan komposit gentian karbon dililit dan disusun pada sudut tertentu dalam lapisan perisai.

Batang penyedut berterusan bahan komposit gentian karbon adalah struktur seperti reben yang serupa dengan filem dan mempunyai fleksibiliti yang baik. Dihasilkan dan digunakan oleh Amerika Syarikat pada tahun 1990-an. Ia diperbuat daripada gentian karbon sebagai gentian penguat dan resin tak tepu sebagai bahan asas. Ia dihasilkan melalui proses pultrusion selepas pengawetan silang silang pada suhu tinggi. Dari 2001 hingga 2003, China menggunakan batang penyedut gentian karbon dan batang penyedut keluli biasa dalam medan minyak rasuk tulen untuk membuat juruterbang. Penggunaan rod penyedut gentian karbon boleh meningkatkan pengeluaran minyak dengan ketara dan mengurangkan beban motor, yang lebih cekap tenaga. Selain itu, rod penyedut komposit gentian karbon lebih tahan terhadap keletihan dan rintangan kakisan daripada rod penyedut keluli, dan lebih sesuai untuk aplikasi dalam pembangunan medan minyak bawah laut.

2.2 Kuasa angin luar pesisir

Sumber kuasa angin yang banyak di laut adalah kawasan penting untuk pembangunan masa depan dan bidang teknologi kuasa angin yang paling maju dan menuntut. Garis pantai China adalah kira-kira 1800km dan terdapat lebih daripada 6,000 pulau. Kawasan pantai tenggara dan pulau kaya dengan sumber angin dan mudah dibangunkan. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, usaha untuk menggalakkan pembangunan tenaga angin luar pesisir telah disokong oleh jabatan yang berkaitan. Lebih daripada 90% berat bilah kuasa angin terdiri daripada bahan komposit. Angin besar di laut dan penjanaan kuasa tinggi pasti memerlukan bilah yang lebih besar dan kekuatan dan ketahanan khusus yang lebih baik. Jelas sekali, bahan komposit gentian karbon boleh memenuhi keperluan untuk membangunkan bilah penjanaan kuasa berskala besar, ringan, berprestasi tinggi, kos rendah, dan lebih sesuai untuk aplikasi marin daripada bahan komposit gentian kaca.

Komposit gentian karbon mempunyai kelebihan yang ketara dalam penjanaan kuasa angin marin. Bilah komposit gentian karbon mempunyai kualiti rendah dan ketegaran yang tinggi, dan modulus adalah 3 hingga 8 kali ganda daripada produk gentian kaca; kelembapan adalah besar di bawah persekitaran marin, iklim boleh berubah-ubah, dan kipas berfungsi selama 24 jam. Bilah mempunyai rintangan keletihan yang baik dan boleh menahan cuaca buruk. Ia meningkatkan prestasi aerodinamik bilah dan mengurangkan beban pada menara dan gandar, supaya kuasa keluaran kipas lebih lancar dan seimbang, dan kecekapan tenaga dipertingkatkan. Prestasi konduktif, melalui reka bentuk struktur khas, boleh mengelakkan kerosakan yang disebabkan oleh kilat pada bilah dengan berkesan; mengurangkan kos pembuatan dan pengangkutan bilah turbin angin; dan mempunyai ciri-ciri redaman getaran.

3.Aplikasi kejuruteraan marin

Bahan komposit gentian karbon digunakan dalam bangunan kejuruteraan marin. Mereka terutamanya menggunakan ciri-ciri berat ringan, kekuatan tinggi dan rintangan kakisan, dan menggantikan bahan binaan keluli tradisional dalam bentuk tendon dan bahagian struktur untuk menyelesaikan masalah kos pengangkutan tinggi keluli hakisan air laut dan pengangkutan. Ia telah digunakan pada bangunan terumbu pulau luar pesisir, dok, pelantar terapung, menara cahaya, dsb. Penggunaan komposit gentian karbon untuk pemulihan kejuruteraan bermula pada 1980-an, dan Mitsubishi Chemical Corporation of Japan telah menerajui penyelidikan sifat mekanikal komposit gentian karbon dan aplikasinya dalam tetulang kejuruteraan. Tumpuan penyelidikan awal adalah pada pengukuhan rasuk konkrit bertetulang menggunakan komposit gentian karbon, yang kemudiannya berkembang menjadi tetulang dan tetulang pelbagai kejuruteraan awam. Pembaikan platform minyak luar pesisir dan pelabuhan oleh komposit gentian karbon hanyalah satu aspek penggunaannya. Terdapat banyak dokumen berkaitan. Perlu dinyatakan bahawa syarikat DFI AS menggunakan rod gentian karbon untuk membaiki terminal Navy Pearl Harbor. Pada masa itu, juruteknik menggunakan rod gentian karbon yang inovatif untuk membaiki tetulang. Dok yang dibaiki rod gentian karbon boleh menahan keluli 9t dari ketinggian 2.5m. Ia jatuh tanpa rosak, dan kesan peningkatan adalah jelas.

Bagi penggunaan komposit gentian karbon dalam kejuruteraan marin, terdapat juga jenis pembaikan dan pengukuhan saluran paip atau tiang dasar laut. Kaedah penyelenggaraan tradisional seperti kimpalan, penambahbaikan kimpalan, pengapit, grouting, dan lain-lain mempunyai batasannya sendiri, dan penggunaan kaedah ini lebih terhad dalam persekitaran marin. Pembaikan komposit gentian karbon terutamanya diperbuat daripada bahan resin berkekuatan tinggi dan pelekat tinggi seperti kain gentian karbon dan resin epoksi, yang melekat pada permukaan pembaikan, jadi ia nipis dan ringan, kekuatan tinggi, baik dalam ketahanan, mudah dalam pembinaan, dan boleh disesuaikan dengan bentuk yang berbeza. Mempunyai kelebihan yang ketara.