Karbonfiberkomposittmateriale er et fiberforsterket materiale laget av karbonfiber og harpiks, metall, keramikk og annen matrise. På grunn av sin lette vekt, høye styrke, høye temperaturbestandighet, etc., har det blitt mye brukt innen luftfart, sport og fritid, høyhastighetstog de siste årene. Innen bilindustrien og anleggsteknikk. Karbonfiberkomposittmaterialer har utmerket utmattingsmotstand, korrosjonsmotstand og utmerket konstruksjonsytelse på grunn av høy styrke og høy styrke, noe som gjør det egnet for marine applikasjoner med spesielle krav til materialegenskaper. I de senere år har karbonfiberkompositter spilt en stadig viktigere rolle innen skipsbygging, offshore energiutvikling og reparasjon av marin teknikk.
1. Søknad om bord
Karbonfiberkompositter har en naturlig fordel i forhold til tradisjonelle skipsbyggingsmaterialer. For det første har karbonfiberkompositter gode mekaniske egenskaper. Skroget er produsert med egenskapene lett vekt og lavt drivstofforbruk, og byggeprosessen er relativt enkel, syklusen er kort og støpingen er praktisk, slik at bygge- og vedlikeholdskostnadene er mye lavere enn for stålskip. Samtidig, siden grensesnittet mellom karbonfiberen og harpiksmatrisen effektivt kan forhindre sprekkutbredelse, har materialet god utmattingsmotstand. I tillegg, på grunn av den kjemiske inertiteten til karbonfiberoverflaten, har skroget de egenskapene at vannlevende organismer er vanskelige å epifyttiske og korrosjonsbestandige, noe som også er skipskonstruksjon. En av de viktigste faktorene ved valg av materialer. Derfor har karbonfiberkomposittmaterialer unike omfattende ytelsesfordeler innen skipsbygging, og er nå mye brukt på dette feltet. Samtidig har utviklingen av karbonfiberindustrien blitt fremmet fra utvidelse av anvendelsesfeltet.
1.1 Militærskip
Karbonfiberkompositter har gode akustiske, magnetiske og elektriske egenskaper: de er transparente, lydgjennomtrengelige og ikke-magnetiske, slik at de kan brukes til å forbedre snikytelsen til krigsskip. Bruken av komposittmaterialer i skipets overbygning reduserer ikke bare vekten på skroget, men overfører og mottar også elektromagnetiske bølger med en forhåndsbestemt frekvens ved å skjerme det frekvensselektive laget som er innebygd i mellomlaget for å skjerme fiendens radarelektromagnetiske bølger. For eksempel brukte krysseren av «skjold»-klassen, bygget av den norske marinen i 1999, en sandwichkompositt bestående av et kjernelag av polyvinylkloridskum, glassfiber og karbonfibermellomlag. Denne designen forbedrer ikke bare forholdet mellom styrke og vekt, men har også god slagfasthet. Ytelsen forbedrer også egenskapene til lavmagnetisk, anti-infrarød og anti-radar-skanning betraktelig. De svenske fregattene av Visby-klassen, som ble tatt i bruk i 2000, bruker alle karbonfiberkomposittmaterialer, som har spesielle funksjoner for vektreduksjon, radar og infrarød dobbel sniking.
Bruken av karbonfiberforsterkede komposittmaster på skip har gradvis dukket opp. LPD-17-skipet, som ble tatt i bruk i USA i 2006, bruker en avansert komposittmast med karbonfiber/balsakjerne. I motsetning til den originale åpne masten bruker LPD-17 et nytt, fullstendig lukket mast-/følesystem (AEM/S). Den øvre delen av denne karbonfiberkomposittmasten dekker det frekvensselektive overflatematerialet (FSS), som lar bølger med en spesifikk frekvens passere gjennom, og den nedre halvdelen kan reflektere radarbølger eller absorberes av radarabsorberende materialer. Derfor har den gode radardeteksjons- og radardeteksjonsfunksjoner. I tillegg er ulike antenner og relatert utstyr jevnt kombinert i strukturen, noe som ikke er lett å korrodere, og det er mer gunstig for vedlikehold av utstyret. Den europeiske marinen har utviklet en lignende lukket integrert sensormast laget av nanofiberlaget glassfiber kombinert med karbonfiber som forsterkning. Den lar ulike radarstråler og kommunikasjonssignaler passere uforstyrret med hverandre, og tapet er ekstremt lavt. I 2006 ble denne avanserte teknologimasten minibanken brukt på den britiske marinens hangarskip «Royal Ark».
Karbonfiberkompositter kan også brukes i andre deler av skipet. For eksempel kan det brukes som propell- og fremdriftsakselsystem i fremdriftssystemet for å redusere vibrasjonseffekter og støy fra skroget, og brukes mest i rekognoseringsskip og raske cruiseskip. Det kan brukes som ror i maskiner og utstyr, noen spesielle mekaniske innretninger og rørsystemer. I tillegg er høyfaste karbonfibertau også mye brukt i kabler til marine krigsskip og andre militære gjenstander.
1.2 Sivile yachter
Store yachter er generelt privateide og dyre, og krever lav vekt, høy styrke og holdbarhet. Karbonfiberkompositter kan brukes i yachters instrumentskiver og antenner, ror og i forsterkede konstruksjoner som dekk, lugarer og skipsskott. Den tradisjonelle komposittyachten er hovedsakelig laget av FRP, men på grunn av utilstrekkelig stivhet er skroget ofte for tungt etter å ha oppfylt kravene til stivhetsdesign, og glassfiber er et kreftfremkallende stoff, som gradvis er forbudt i utlandet. Andelen karbonfiberkompositter som brukes i dagens komposittyachter har økt betydelig, og noen har til og med brukt karbonfiberkompositter. For eksempel, Baltics superyacht «Panama» dobbeltlekter, er skroget og dekket klemt med karbonfiber/epoksyharpikshud, Nomex honeycomb og CorecellTM strukturell skumkjerne, skroget er 60 meter langt. Men den totale vekten er bare 210 tonn. Sunreef 80 Levante, en karbonfiberkatamaran bygget av den polske katamaranen Sunreef Yachts, bruker vinylesterharpiks-sandwichkompositter, PVC-skum og karbonfiberkompositter. Mastebommene er spesialtilpassede karbonfiberkompositter, og bare deler av skroget bruker FRP. Egenvekten er bare 45 tonn. Høy hastighet, lavt drivstofforbruk og utmerket ytelse.
Yachten «Zhongke·Lianya», bygget i 2014, er for tiden den eneste yachten i Kina som er laget av fullkarbonfiber. Det er en grønn yacht laget av en kombinasjon av karbonfiber og epoksyharpiks. Den er 30 % lettere enn samme type glassfiberyacht og har høyere styrke, raskere hastighet og lavere drivstofforbruk.
I tillegg bruker yachtens kabler og kabler høyfaste karbonfibertau for å sikre sikkerhet. Siden karbonfiberen har en strekkmodul som er høyere enn stål og en strekkfasthet som er flere ganger eller til og med titalls ganger høyere, og har fiberens vevde egenskaper, brukes karbonfibertauet som basismateriale, som kan kompensere for ståltauet og det organiske polymertauet. Utilstrekkelig.z
2. Anvendelse i marin energiutvikling
2.1 Undersjøiske olje- og gassfelt
I de senere årene har karbonfiberkomposittmaterialer blitt mer og mer utbredt innen marin olje- og gassutvikling. Korrosjon i det marine miljøet, høy skjærkraft og sterk skjærkraft forårsaket av understrøm av vann stiller strenge krav til materialets korrosjonsbestandighet, styrke og utmattingsegenskaper. Karbonfiberkompositter har åpenbare fordeler med hensyn til letthet, holdbarhet og korrosjonsbeskyttelse ved utvikling av offshore oljefelt: en boreplattform på 1500 m vanndyp har en stålkabel med en masse på omtrent 6500 tonn, mens karbonfiberkomposittdensiteten er vanlig stål. 1/4, hvis karbonfiberkomposittmaterialet brukes til å erstatte deler av stålet, vil boreplattformens lastekapasitet reduseres betydelig, og byggekostnadene for plattformen vil bli spart. Sugestangens frem- og tilbakegående bevegelse vil lett føre til materialutmatting på grunn av det ubalanserte trykket mellom sjøvannet og trykket inne i røret. Brudd og bruk av karbonfiberkomposittmateriale kan løse dette problemet; På grunn av korrosjonsmotstanden i sjøvannsmiljøet er levetiden i sjøvann lengre enn stål, og bruksdybden er dypere.
Karbonfiberkompositter kan brukes som produksjonsbrønnrør, sugestenger, lagringstanker, ubåtrørledninger, dekk osv. på oljefeltboreplattformer. Produksjonsprosessen er delt inn i en pultrusjonsprosess og en våtviklingsprosess. Pultrusjon brukes vanligvis på vanlige rør og forbindelsesrør. Viklingsmetoden brukes vanligvis som overflaten av lagringstanken og trykkbeholderen, og kan også brukes i et anisotropisk fleksibelt rør der karbonfiberkomposittmaterialet er viklet og anordnet i en bestemt vinkel i rustningslaget.
Den kontinuerlige sugestangen av karbonfiberkomposittmateriale har en båndlignende struktur som ligner på film og har god fleksibilitet. Produsert og brukt i USA på 1990-tallet. Den er laget av karbonfiber som forsterkende fiber og umettet harpiks som basismateriale. Den produseres ved pultrusjonsprosess etter tverrbinding og herding ved høy temperatur. Fra 2001 til 2003 brukte Kina en sugestang av karbonfiber og en vanlig stålsugestang i renstråleoljefelt for å lage en pilot. Bruken av sugestang av karbonfiber kan øke oljeproduksjonen betydelig og redusere belastningen på motoren, noe som er mer energieffektivt. Dessuten er sugestangen av karbonfiberkompositt mer motstandsdyktig mot utmattelse og korrosjon enn sugestangen av stål, og er mer egnet for bruk i utviklingen av undersjøiske oljefelt.
2.2 Offshore vindkraft
De rikelige vindkraftressursene til sjøs er et viktig område for fremtidig utvikling og det mest avanserte og krevende feltet innen vindkraftteknologi. Kinas kystlinje er omtrent 1800 km lang, og det er mer enn 6000 øyer. Sørøstkysten og øyregionene er rike på vindressurser og enkle å utvikle. I de senere årene har arbeidet med å fremme utviklingen av havvindkraft blitt støttet av relevante avdelinger. Mer enn 90 % av vekten av vindkraftblader består av komposittmaterialer. Sterk vind til sjøs og høy kraftproduksjon vil nødvendigvis kreve større blader og bedre spesifikk styrke og holdbarhet. Karbonfiberkomposittmaterialer kan åpenbart oppfylle kravene til utvikling av storskala, lette, høytytende og rimelige kraftproduksjonsblader, og er mer egnet for marine applikasjoner enn glassfiberkomposittmaterialer.
Karbonfiberkompositter har betydelige fordeler innen marin vindkraftproduksjon. Karbonfiberkomposittbladet har lav kvalitet og høy stivhet, og modulen er 3 til 8 ganger høyere enn glassfiberproduktet. Fuktigheten er høy i det marine miljøet, klimaet er skiftende, og viften fungerer i 24 timer. Bladet har god utmattingsmotstand og kan motstå dårlig vær. Det forbedrer bladets aerodynamiske ytelse og reduserer belastningen på tårnet og akselen, slik at viftens utgangseffekt blir jevnere og mer balansert, og energieffektiviteten forbedres. Den ledende ytelsen, gjennom spesiell strukturell design, kan effektivt unngå skader forårsaket av lynnedslag på bladet; redusere produksjons- og transportkostnadene for vindturbinbladet; og har vibrasjonsdempende egenskaper.
3. Marintekniske applikasjoner
Karbonfiberkomposittmaterialer brukes i marintekniske bygninger. De bruker hovedsakelig egenskapene lett vekt, høy styrke og korrosjonsbestandighet, og erstatter tradisjonelle stålbyggematerialer i form av sener og strukturelle deler for å løse problemet med høye transportkostnader for sjøvannserosjonsstål og transport. Det har blitt brukt i bygninger til havs på øyrev, dokker, flyteplattformer, lystårn, etc. Bruken av karbonfiberkompositter for restaurering av ingeniørarbeid startet på 1980-tallet, og Mitsubishi Chemical Corporation i Japan tok ledelsen i forskningen på de mekaniske egenskapene til karbonfiberkompositter og deres anvendelse i ingeniørforsterkning. Det første forskningsfokuset var på forsterkning av armerte betongbjelker ved hjelp av karbonfiberkompositter, som senere utviklet seg til forsterkning og forsterkning av ulike anleggsprosjekter. Reparasjon av offshore oljeplattformer og havner med karbonfiberkompositter er bare ett aspekt av bruken. Det finnes mange relaterte dokumenter. Det er verdt å nevne at det amerikanske DFI-selskapet brukte karbonfiberstenger til å reparere marinens Pearl Harbor-terminal. På den tiden brukte teknikerne innovative karbonfiberstenger for å reparere armeringen. Den reparerte dokken med karbonfiberstenger kan tåle 9t stål fra 2,5 m høyde. Den faller av uten å bli skadet, og forbedringseffekten er åpenbar.
Når det gjelder bruk av karbonfiberkompositter i marinteknikk, finnes det også en type reparasjon og forsterkning av undersjøiske rørledninger eller søyler. Tradisjonelle vedlikeholdsmetoder som sveising, sveiseforbedring, klemmer, fuging osv. har sine egne begrensninger, og bruken av disse metodene er mer begrenset i marint miljø. Reparasjon av karbonfiberkompositter er hovedsakelig laget av høyfaste og høyklebende harpiksmaterialer som karbonfiberduk og epoksyharpiks, som festes til reparasjonsoverflaten, slik at det er tynt og lett, høyfast, god holdbarhet, praktisk i konstruksjon og tilpasningsdyktig til forskjellige former. Det har en betydelig fordel.
Publisert: 23. mars 2019