Композитни материјал од угљеничних влакана је материјал ојачан влакнима направљен од угљеничних влакана и смоле, метала, керамике и других матрица. Због своје мале тежине, високе чврстоће, отпорности на високе температуре итд., последњих година се широко користи у ваздухопловству, спорту и рекреацији, брзим железницама. У областима аутомобила и грађевинарства. Композитни материјали од угљеничних влакана имају одличну отпорност на замор, отпорност на корозију и одличне грађевинске перформансе због високе чврстоће и високе чврстоће, што их чини погодним за поморске примене са посебним захтевима у погледу својстава материјала. Обратите пажњу. Последњих година, композити од угљеничних влакана играју све важнију улогу у бродоградњи, развоју приобалне енергије и поправци поморског инжењерства.
1. Пријава на броду
Композити од угљеничних влакана имају природну предност у односу на традиционалне материјале за бродоградњу. Прво, композити од угљеничних влакана имају добра механичка својства. Труп је направљен са карактеристикама мале тежине и мале потрошње горива, а процес изградње је релативно једноставан, циклус је кратак, а обликовање је практично, тако да су трошкови изградње и одржавања много нижи него код челичног брода. Истовремено, пошто спој између угљеничних влакана и матрице смоле може ефикасно спречити ширење пукотина, материјал има добру отпорност на замор; поред тога, због хемијске инертности површине угљеничних влакана, труп има карактеристике да је тешко епифитички на водене организме и отпоран је на корозију, што је такође карактеристично за конструкцију брода. Један од најважнијих фактора при избору материјала. Стога, композитни материјали од угљеничних влакана имају јединствене свеобухватне предности у бродоградњи и сада се широко користе у овој области. Истовремено, развој индустрије угљеничних влакана је подстакнут ширењем области примене.
1.1 Војни бродови
Композити од угљеничних влакана имају добра акустична, магнетна и електрична својства: провидни су, пропустљиви за звук и немагнетни, тако да се могу користити за побољшање перформанси прикривености ратних бродова. Употреба композитних материјала у надградњи брода не само да смањује тежину трупа, већ и преноси и прима електромагнетне таласе на унапред одређеној фреквенцији заштитом фреквентно селективног слоја уграђеног у међуслој како би се заштитили електромагнетни таласи непријатељског радара. На пример, крстарица класе „skjold“ коју је изградила норвешка морнарица 1999. године користила је сендвич композит који се састоји од језгра од поливинилхлоридне пене, стаклених влакана и међуслоја од угљеничних влакана. Овај дизајн не само да побољшава однос чврстоће и тежине, већ има и добру отпорност на ударце. Перформансе такође значајно побољшавају карактеристике скенирања са ниским магнетним дејством, антиинфрацрвеним и антирадарским дејством. Шведске фрегате класе Висби, које су пуштене у рад 2000. године, све користе композитне материјале од угљеничних влакана, који имају посебне функције смањења тежине, радара и инфрацрвене двоструке прикривености.
Примена композитних јарбола ојачаних угљеничним влакнима на бродовима се постепено појављивала. Брод LPD-17, који је пуштен у употребу у Сједињеним Државама 2006. године, користи напредни композитни јарбол са језгром од угљеничних влакана/балсе. За разлику од оригиналног отвореног јарбола, LPD-17 користи нови потпуно затворени систем јарбола/сензора (AEM/S), горњи део овог јарбола од угљеничних влакана прекрива фреквентно селективни површински материјал (FSS), омогућавајући пролаз таласа одређене фреквенције, а доња половина може да рефлектује радарске таласе или да буде апсорбована материјалима који апсорбују радар. Стога има добре функције прикривености и детекције радара. Поред тога, разне антене и пратећа опрема су равномерно комбиноване у структури, што није лако кородирати и погодније је за одржавање опреме. Европска морнарица је развила сличан затворено-интегрисани сензорски јарбол направљен од стаклених влакана направљених од нановлакана у комбинацији са угљеничним влакнима као ојачањем. Омогућава различитим радарским зрацима и комуникационим сигналима да несметано пролазе једни са другима, а губитак је изузетно мали. Године 2006, овај напредни технолошки јарболски банкомат коришћен је на носачу авиона „Ројал Арк“ британске морнарице.
Композити од угљеничних влакана могу се користити и у другим аспектима брода. На пример, могу се користити као систем пропелера и погонског вратила у погонском систему за ублажавање ефеката вибрација и буке трупа, а углавном се користе у извиђачким бродовима и брзим крстарицама. Могу се користити као кормило у машинама и опреми, неким посебним механичким уређајима и системима цеви. Поред тога, ужад од угљеничних влакана високе чврстоће се такође широко користе у кабловима поморских ратних бродова и другим војним предметима.
1.2 Цивилне јахте
Велике јахте су углавном у приватном власништву и скупе су, захтевајући малу тежину, високу чврстоћу и издржљивост. Композити од угљеничних влакана могу се користити у инструментима и антенама јахти, кормилу и у ојачаним конструкцијама као што су палубе, кабине и бродске преграде. Традиционална композитна јахта је углавном направљена од FRP-а, али због недовољне крутости, труп је често претежак након испуњавања захтева за конструкцију крутости, а стаклена влакна су канцерогена, што се постепено забрањује у иностранству. Удео композита од угљеничних влакана који се користе у данашњим композитним јахтама значајно се повећао, а неке су чак користиле и композите од угљеничних влакана. На пример, Балтикова супер-јахта „Панама“ са двоструком баржом, труп и палуба су обложени кожом од угљеничних влакана/епоксидне смоле, Nomex саћастим слојем и CorecellTM структурним језгром од пене, труп је дугачак 60 метара. Али укупна тежина је само 210 тона. Санриф 80 Леванте, катамаран од угљеничних влакана који је изградила пољска компанија за катамаране Санриф Јахтс, користи винил естарске сендвич композите, ПВЦ пену и угљеничне влакнасте композите. Кракови јарбола су направљени од угљеничних влакана по мери, а само део трупа користи FRP. Тежина без терета је само 45 тона. Велика брзина, ниска потрошња горива и одличне перформансе.
Јахта „Zhongke·Lianya“, изграђена 2014. године, тренутно је једина јахта у потпуности направљена од угљеничних влакана у Кини. То је зелена јахта направљена од комбинације угљеничних влакана и епоксидне смоле. 30% је лакша од исте врсте јахте од фибергласа и има већу чврстоћу, већу брзину и мању потрошњу горива.
Поред тога, каблови и каблови јахте користе ужад од угљеничних влакана високе чврстоће како би се осигурала безбедност. Пошто угљенична влакна имају модул затезања већи од челика и затезну чврстоћу неколико пута или чак десетина пута већу, и имају својство ткања влакана, ужад од угљеничних влакана се користи као основни материјал, који може надокнадити челично ужад и ужад од органског полимера. Недовољно.z
2. Примена у развоју морске енергије
2.1 Подморска нафтна и гасна поља
Последњих година, композитни материјали од угљеничних влакана се све више користе у области развоја морске нафте и гаса. Корозија у морском окружењу, високо смицање и јако смицање изазвано подводним протоком воде намећу строге захтеве на отпорност на корозију, чврстоћу и замор материјала. Композити од угљеничних влакана имају очигледне предности у погледу лакоће, издржљивости и антикорозије при развоју нафтних поља на мору: платформа за бушење на дубини од 1500 метара има челични кабл масе око 6500 тона, док је густина композита од угљеничних влакана обичан челик. 1/4, ако се композитни материјал од угљеничних влакана користи за замену дела челика, носивост платформе за бушење ће се значајно смањити, а трошкови изградње платформе ће се уштедети. Повратно кретање усисне шипке лако ће довести до замора материјала због неуравнотеженог притиска између морске воде и притиска унутар цеви. Ломљење и употреба композитног материјала од угљеничних влакана може решити овај проблем; Због отпорности на корозију у морској води, његов век трајања у морској води је дужи од челика, а дубина употребе је већа.
Композити од угљеничних влакана могу се користити као цеви за производне бушотине, усисне шипке, резервоари за складиштење, подморски цевоводи, палубе итд. на платформама за бушење нафтних поља. Процес производње је подељен на процес пултрузије и процес мокрог намотавања. Пултрузија се генерално користи на уобичајеним цевима и спојним цевима. Метода намотавања се генерално користи као површина резервоара за складиштење и посуде под притиском, а може се користити и у анизотропној флексибилној цеви у којој је композитни материјал од угљеничних влакана намотан и распоређен под одређеним углом у оклопном слоју.
Континуирана усисна шипка од композитног материјала од угљеничних влакана је тракасте структуре сличне филму и има добру флексибилност. Произведена је и примењена у Сједињеним Државама 1990-их. Направљена је од угљеничних влакана као арматурних влакана и незасићене смоле као основног материјала. Производи се поступком пултрузије након умрежавања и очвршћавања на високој температури. Од 2001. до 2003. године, Кина је користила усисну шипку од угљеничних влакана и обичну челичну усисну шипку у нафтним пољима са чистом гредом за израду пилотског бушотине. Употреба усисне шипке од угљеничних влакана може значајно повећати производњу нафте и смањити оптерећење мотора, што је енергетски ефикасније. Штавише, усисна шипка од композитног материјала од угљеничних влакана је отпорнија на замор и корозију од челичне усисне шипке и погоднија је за примену у развоју подморских нафтних поља.
2.2 Енергија ветра на мору
Обилни ресурси енергије ветра на мору су важно подручје за будући развој и најнапреднија и најзахтевнија област технологије енергије ветра. Кинеска обала је дугачка око 1800 км и има више од 6.000 острва. Југоисточна обала и острвски региони су богати ресурсима ветра и лаки за развој. Последњих година, напори за промоцију развоја енергије ветра на мору подржани су од стране релевантних одељења. Више од 90% тежине лопатица ветроелектрана чине композитни материјали. Јаки ветрови на мору и велика производња енергије неизбежно захтевају веће лопатице и бољу специфичну чврстоћу и издржљивост. Очигледно је да композитни материјали од угљеничних влакана могу да задовоље захтеве за развој великих, лаганих, високо ефикасних, јефтиних лопатица за производњу енергије и погоднији су за поморске примене од композитних материјала од стаклених влакана.
Композити од угљеничних влакана имају значајне предности у производњи енергије ветра из морских извора. Лопатица од угљеничних влакана има низак квалитет и високу крутост, а модул је 3 до 8 пута већи од производа од стаклених влакана; влажност ваздуха је велика у морском окружењу, клима је променљива, а вентилатор ради 24 сата. Лопатица има добру отпорност на замор и може да издржи лоше време. Побољшава аеродинамичке перформансе лопатице и смањује оптерећење на стубу и осовини, тако да је излазна снага вентилатора глађа и уравнотеженија, а енергетска ефикасност је побољшана. Проводљиве перформансе, захваљујући посебном структурном дизајну, могу ефикасно да спрече оштећења узрокована ударом грома у лопатицу; смањују трошкове производње и транспорта лопатице ветротурбине; и имају карактеристике пригушења вибрација.
3. Примене у поморском инжењерству
Композитни материјали од угљеничних влакана користе се у поморским инжењерским зградама. Углавном користе карактеристике мале тежине, високе чврстоће и отпорности на корозију, и замењују традиционалне челичне грађевинске материјале у облику тетива и структурних делова како би решили проблем високих трошкова транспорта челика отпорног на ерозију морском водом. Примењени су на зграде на приобалним острвским гребенима, докове, плутајуће платформе, светлосне торњеве итд. Употреба композита од угљеничних влакана за инжењерску рестаурацију почела је 1980-их, а јапанска компанија Mitsubishi Chemical Corporation преузела је водећу улогу у истраживању механичких својстава композита од угљеничних влакана и њихове примене у инжењерској арматури. Првобитни фокус истраживања био је на армирању армиранобетонских греда употребом композита од угљеничних влакана, што се касније развило у армирање и армирање разних грађевинских објеката. Поправка приобалних нафтних платформи и лука композитима од угљеничних влакана је само један аспект њене примене. Постоји много повезаних докумената. Вреди поменути да је америчка компанија DFI користила шипке од угљеничних влакана за поправку терминала морнарице Перл Харбор. У то време, техничари су користили иновативне шипке од угљеничних влакана за поправку арматуре. Поправљени док са шипкама од угљеничних влакана може да издржи 9 тона челика са висине од 2,5 метра. Отпада без оштећења, а ефекат побољшања је очигледан.
Што се тиче примене композита од угљеничних влакана у поморском инжењерству, постоји и врста поправке и ојачања подморских цевовода или стубова. Традиционалне методе одржавања као што су заваривање, побољшање завара, стезање, фугирање итд. имају своја ограничења, а употреба ових метода је ограниченија у морском окружењу. Поправка композита од угљеничних влакана углавном се израђује од високочврстих и високолепљивих смолних материјала као што су тканина од угљеничних влакана и епоксидна смола, који се лепе на површину која се поправља, па је танка и лагана, високе чврстоће, добре издржљивости, погодна за конструкцију и прилагодљива различитим облицима. Има значајну предност.
Време објаве: 23. март 2019.