Композитный материал из углеродного волокна представляет собой армированный волокном материал, изготовленный из углеродного волокна и смолы, металла, керамики и других матриц. Благодаря своему легкому весу, высокой прочности, стойкости к высоким температурам и т. д., он широко используется в последние годы в аэрокосмической промышленности, спорте и отдыхе, высокоскоростных железных дорогах. В области автомобилестроения и гражданского строительства. Композитные материалы из углеродного волокна обладают превосходной усталостной прочностью, коррозионной стойкостью и превосходными конструктивными характеристиками благодаря высокой прочности и высокой прочности, что делает его пригодным для применения в морских условиях с особыми требованиями к свойствам материала. следите за. В последние годы композиты из углеродного волокна играют все более важную роль в судостроении, разработке оффшорной энергетики и ремонте морской техники.
1.Применение на борту
Углеродные композиты имеют естественное преимущество перед традиционными судостроительными материалами. Во-первых, углеродные композиты обладают хорошими механическими свойствами. Корпус изготавливается с характеристиками легкого веса и низкого расхода топлива, а процесс строительства относительно прост, цикл короткий, а формование удобно, поэтому стоимость строительства и обслуживания намного ниже, чем у стального судна. В то же время, поскольку интерфейс между углеродным волокном и матрицей смолы может эффективно предотвращать распространение трещин, материал обладает хорошей усталостной прочностью; кроме того, из-за химической инертности поверхности углеродного волокна корпус обладает характеристиками, которые водные организмы трудно эпифитны и устойчивы к коррозии, что также является судостроением. Одним из важнейших факторов при выборе материалов. Поэтому углеродные композитные материалы обладают уникальными комплексными эксплуатационными преимуществами в судостроении и в настоящее время широко используются в этой области. В то же время развитие отрасли углеродного волокна было продвинуто с расширением области применения.
1.1Военные корабли
Композиты из углеродного волокна обладают хорошими акустическими, магнитными и электрическими свойствами: они прозрачны, звукопроницаемы и немагнитны, поэтому их можно использовать для улучшения показателей скрытности военных кораблей. Использование композитных материалов в надстройке корабля не только снижает вес корпуса, но и передает и принимает электромагнитные волны на заданной частоте, экранируя частотно-селективный слой, встроенный в промежуточный слой, для экранирования электромагнитных волн радаров противника. . Например, крейсер класса «skjold», построенный ВМС Норвегии в 1999 году, использовал сэндвич-композит, состоящий из слоя поливинилхлоридной пены, стекловолокна и промежуточного слоя из углеродного волокна. Такая конструкция не только улучшает соотношение прочности к весу, но и имеет хорошую ударопрочность. Производительность также значительно повышает характеристики слабого магнитного, антиинфракрасного и антирадарного сканирования. Шведские фрегаты класса Visby, введенные в эксплуатацию в 2000 году, используют композитные материалы из углеродного волокна, которые обладают особыми функциями снижения веса, а также двойной радиолокационной и инфракрасной скрытности.
Применение композитных мачт, армированных углеродным волокном, на кораблях постепенно стало появляться. Корабль LPD-17, который был введен в эксплуатацию в Соединенных Штатах в 2006 году, использует усовершенствованную композитную мачту из углеродного волокна/бальзового сердечника. В отличие от оригинальной открытой мачты, LPD-17 использует новую полностью закрытую мачту/сенсорную систему. (AEM/S), верхняя часть этой композитной мачты из углеродного волокна покрывает частотно-избирательный поверхностный материал (FSS), позволяя волнам с определенной частотой проходить, а нижняя половина может отражать радиолокационные волны или поглощаться радиопоглощающими материалами. . Поэтому она имеет хорошие функции радиолокационной скрытности и обнаружения. Кроме того, различные антенны и сопутствующее оборудование равномерно объединены в структуру, которая нелегко подвергается коррозии и более благоприятна для обслуживания оборудования. Европейский флот разработал аналогичную закрытую интегрированную сенсорную мачту, изготовленную из нановолоконного стекловолокна в сочетании с углеродным волокном в качестве армирования. Она позволяет различным радиолокационным лучам и сигналам связи беспрепятственно проходить друг с другом, а потери крайне низки. В 2006 году эта передовая мачтовая система управления воздушным движением была использована на авианосце «Royal Ark» ВМС Великобритании.
Композиты из углеродного волокна также могут использоваться в других аспектах корабля. Например, его можно использовать в качестве гребного винта и системы гребного вала в двигательной системе для смягчения вибрационных эффектов и шума корпуса, и в основном он используется в разведывательных кораблях и быстрых круизных судах. Его можно использовать в качестве руля в машинах и оборудовании, некоторых специальных механических устройствах и системах трубопроводов. Кроме того, высокопрочные канаты из углеродного волокна также широко используются в морских военных кабелях и других военных изделиях.
1.2Гражданские яхты
Большие яхты, как правило, находятся в частной собственности и дороги, поэтому требуют легкого веса, высокой прочности и долговечности. Композиты из углеродного волокна могут использоваться в циферблатах и антеннах яхт, рулях и в усиленных конструкциях, таких как палубы, каюты и судовые переборки. Традиционная композитная яхта в основном изготавливается из FRP, но из-за недостаточной жесткости корпус часто оказывается слишком тяжелым после выполнения требований к жесткости конструкции, а стекловолокно является канцерогеном, который постепенно запрещается за рубежом. Доля композитов из углеродного волокна, используемых в современных композитных яхтах, значительно возросла, и некоторые даже использовали композиты из углеродного волокна. Например, суперяхта "Panama" компании Baltic, двухбаржевая, корпус и палуба которой заслоены обшивкой из углеродного волокна / эпоксидной смолы, сотами Nomex и структурным пенопластовым сердечником CorecellTM, длина корпуса составляет 60 м. Но общий вес составляет всего 210 т. Sunreef 80 Levante, катамаран из углеродного волокна, построенный польской катамаранной компанией Sunreef Yachts, использует композиты из винилэфирной смолы, пену ПВХ и композиты из углеродного волокна. Мачтовые гики изготовлены из композитных углеродных волокон, и только часть корпуса изготовлена из FRP. . Вес без нагрузки составляет всего 45 тонн. Высокая скорость, низкий расход топлива и превосходные эксплуатационные характеристики.
Яхта «Zhongke·Lianya», построенная в 2014 году, в настоящее время является единственной яхтой из полностью углеродного волокна в Китае. Это зеленая яхта, изготовленная из комбинации углеродного волокна и эпоксидной смолы. Она на 30% легче, чем тот же тип яхты из стекловолокна, и имеет большую прочность, большую скорость и меньший расход топлива.
Кроме того, в тросах и канатах яхты используются высокопрочные канаты из углеродного волокна для обеспечения безопасности. Поскольку углеродное волокно имеет модуль упругости на растяжение выше, чем у стали, и прочность на растяжение в несколько раз или даже в десятки раз, а также обладает тканым свойством волокна, в качестве базового материала используется канат из углеродного волокна, который может компенсировать стальной трос и органический полимерный трос. Insufficient.z
2. Применение в развитии морской энергетики
2.1 Подводные месторождения нефти и газа
В последние годы композитные материалы из углеродного волокна стали все более широко использоваться в области морской добычи нефти и газа. Коррозия в морской среде, высокий сдвиг и сильный сдвиг, вызванный подводным течением воды, предъявляют строгие требования к коррозионной стойкости, прочности и усталостным свойствам материала. Композитные материалы из углеродного волокна имеют очевидные преимущества в легкости, долговечности и антикоррозионной стойкости при разработке морских нефтяных месторождений: буровая платформа глубиной 1500 м имеет стальной трос массой около 6500 т, в то время как плотность композитного материала из углеродного волокна равна плотности обычной стали. 1/4, если композитный материал из углеродного волокна использовать для замены части стали, грузоподъемность буровой платформы будет значительно снижена, а стоимость строительства платформы будет сэкономлена. Возвратно-поступательное движение насосной штанги легко приведет к усталости материала из-за неуравновешенного давления между морской водой и давлением внутри трубы. Разрыв и использование композитного материала из углеродного волокна могут решить эту проблему; Благодаря коррозионной стойкости в морской воде срок его службы в морской воде дольше, чем у стали, а глубина использования больше.
Композиты из углеродного волокна могут использоваться в качестве труб для эксплуатационных скважин, насосных штанг, резервуаров для хранения, подводных трубопроводов, палуб и т. д. на буровых платформах для нефтяных месторождений. Процесс производства делится на процесс пултрузии и процесс мокрой намотки. Пултрузия обычно используется на обычных трубах и соединительных трубах. Метод намотки обычно используется в качестве поверхности резервуара для хранения и сосуда под давлением, а также может использоваться в анизотропной гибкой трубе, в которой композитный материал из углеродного волокна намотан и расположен под определенным углом в слое брони.
Непрерывная насосная штанга из композитного материала из углеродного волокна представляет собой лентовидную структуру, похожую на пленку, и обладает хорошей гибкостью. Произведена и применена Соединенными Штатами в 1990-х годах. Изготовлена из углеродного волокна в качестве армирующего волокна и ненасыщенной смолы в качестве базового материала. Изготовлена методом пултрузии после сшивания при высокой температуре. С 2001 по 2003 год Китай использовал насосную штангу из углеродного волокна и обычную стальную насосную штангу на месторождении чистой балки для изготовления пилота. Использование насосной штанги из углеродного волокна может значительно увеличить добычу нефти и снизить нагрузку на двигатель, что является более энергоэффективным. Кроме того, насосная штанга из углеродного волокна более устойчива к усталости и коррозии, чем стальная насосная штанга, и больше подходит для применения при разработке подводных нефтяных месторождений.
2.2 Ветроэнергетика в открытом море
Обильные ветроэнергетические ресурсы на море являются важной областью для будущего развития и самой передовой и востребованной областью ветроэнергетических технологий. Береговая линия Китая составляет около 1800 км, и там находится более 6000 островов. Юго-восточное побережье и островные регионы богаты ветровыми ресурсами и легко осваиваются. В последние годы усилия по содействию развитию морской ветроэнергетики поддерживаются соответствующими департаментами. Более 90% веса лопастей ветроэнергетических установок состоит из композитных материалов. Сильные ветры на море и высокая выработка электроэнергии неизбежно потребуют более крупных лопастей и лучшей удельной прочности и долговечности. Очевидно, что композитные материалы из углеродного волокна могут удовлетворить требования разработки крупногабаритных, легких, высокопроизводительных, недорогих лопастей для выработки электроэнергии и больше подходят для морских применений, чем композитные материалы из стекловолокна.
Композиты из углеродного волокна имеют значительные преимущества в морской ветроэнергетике. Лопасть из композитного углеродного волокна имеет низкое качество и высокую жесткость, а модуль в 3-8 раз больше, чем у изделия из стекловолокна; влажность в морской среде большая, климат изменчивый, а вентилятор работает в течение 24 часов. Лопасть имеет хорошую усталостную прочность и может противостоять плохой погоде. Это улучшает аэродинамические характеристики лопасти и снижает нагрузку на башню и ось, так что выходная мощность вентилятора становится более плавной и сбалансированной, а энергоэффективность повышается. Проводящие характеристики благодаря специальной структурной конструкции могут эффективно избегать повреждений, вызванных ударом молнии в лопасть; снижать стоимость производства и транспортировки лопасти ветряной турбины; и иметь характеристики гашения вибрации.
3.Применение в морской технике
Композитные материалы из углеродного волокна используются в морских инженерных зданиях. Они в основном используют характеристики легкого веса, высокой прочности и коррозионной стойкости и заменяют традиционные стальные строительные материалы в виде арматуры и структурных деталей для решения проблемы высокой стоимости транспортировки стали, подверженной эрозии морской водой, и транспортировки. Он применялся в рифовых зданиях на шельфе островов, доках, плавучих платформах, световых башнях и т. д. Использование композитов из углеродного волокна для инженерной реставрации началось в 1980-х годах, и японская корпорация Mitsubishi Chemical Corporation взяла на себя ведущую роль в исследовании механических свойств композитов из углеродного волокна и их применении в инженерной арматуре. Первоначальное внимание было сосредоточено на армировании железобетонных балок с использованием композитов из углеродного волокна, которые позже превратились в арматуру и арматуру различных гражданских сооружений. Ремонт морских нефтяных платформ и портов с помощью композитов из углеродного волокна является лишь одним из аспектов его применения. Существует множество связанных документов. Стоит упомянуть, что американская компания DFI использовала стержни из углеродного волокна для ремонта терминала ВМС Перл-Харбор. В то время специалисты использовали инновационные стержни из углеродного волокна для ремонта арматуры. Док, отремонтированный стержнем из углеродного волокна, выдерживает падение стали весом 9 т с высоты 2,5 м. Он падает без повреждений, а эффект улучшения очевиден.
Что касается применения композитов из углеродного волокна в морской технике, то существует также тип ремонта и усиления подводных трубопроводов или колонн. Традиционные методы обслуживания, такие как сварка, улучшение сварных швов, зажимы, заливка и т. д., имеют свои собственные ограничения, и использование этих методов более ограничено в морской среде. Ремонт композитов из углеродного волокна в основном выполняется из высокопрочных и высокоадгезивных смоляных материалов, таких как ткань из углеродного волокна и эпоксидная смола, которые приклеиваются к ремонтируемой поверхности, поэтому он тонкий и легкий, высокопрочный, долговечный, удобный в конструкции и адаптируемый к различным формам. Имеет значительное преимущество.
Время публикации: 23-03-2019