Ang carbon fiber composite material ay isang fiber reinforced material na gawa sa carbon fiber at resin, metal, ceramics at iba pang matrix. Dahil sa magaan na timbang nito, mataas na lakas, mataas na paglaban sa temperatura, atbp., malawak itong ginagamit sa aerospace, palakasan at paglilibang, high-speed na riles sa mga nakaraang taon. Sa larangan ng mga sasakyan at civil engineering. Ang mga composite na materyales ng carbon fiber ay may mahusay na paglaban sa pagkapagod, paglaban sa kaagnasan at mahusay na pagganap ng konstruksiyon dahil sa mataas na lakas at mataas na lakas, na ginagawang angkop para sa mga aplikasyon ng dagat na may mga espesyal na kinakailangan sa mga katangian ng materyal. abangan ang. Sa mga nakalipas na taon, ang mga carbon fiber composites ay nagkaroon ng lalong mahalagang papel sa paggawa ng barko, pag-unlad ng enerhiya sa labas ng pampang, at pagkumpuni ng marine engineering.
1.Application sa board
Ang mga composite ng carbon fiber ay may natural na kalamangan sa mga tradisyonal na materyales sa paggawa ng barko. Una, ang mga composite ng carbon fiber ay may magandang mekanikal na katangian. Ang katawan ng barko ay ginawa na may mga katangian ng magaan na timbang at mababang pagkonsumo ng gasolina, at ang proseso ng pagtatayo ay medyo simple, ang ikot ay maikli, at ang paghuhulma ay maginhawa, kaya ang gastos sa pagtatayo at pagpapanatili ay mas mababa kaysa sa bakal na barko. Kasabay nito, dahil ang interface sa pagitan ng carbon fiber at resin matrix ay maaaring epektibong maiwasan ang pagpapalaganap ng crack, ang materyal ay may mahusay na paglaban sa pagkapagod; sa karagdagan, dahil sa kemikal inertness ng carbon fiber ibabaw, ang katawan ng barko ay may mga katangian na ang aquatic organismo ay mahirap na epiphytic at kaagnasan lumalaban, na kung saan ay din ang barko construction. Isa sa pinakamahalagang salik sa pagpili ng mga materyales. Samakatuwid, ang mga carbon fiber composite na materyales ay may natatanging komprehensibong mga pakinabang sa pagganap sa paggawa ng mga barko, at ngayon ay malawakang ginagamit sa larangang ito. Kasabay nito, ang pag-unlad ng industriya ng carbon fiber ay na-promote mula sa pagpapalawak ng larangan ng aplikasyon.
1.1Mga barkong militar
Ang mga carbon fiber composites ay may magandang acoustic, magnetic at electrical properties: ang mga ito ay transparent, sound-permeable at non-magnetic, kaya magagamit ang mga ito upang mapabuti ang stealth performance ng mga barkong pandigma. Ang paggamit ng mga composite na materyales sa superstructure ng barko ay hindi lamang binabawasan ang bigat ng katawan ng barko, ngunit nagpapadala at tumatanggap din ng mga electromagnetic wave sa isang paunang natukoy na frequency sa pamamagitan ng pagprotekta sa frequency selective layer na naka-embed sa interlayer upang protektahan ang radar electromagnetic waves ng kaaway. . Halimbawa, ang "skjold" class cruiser na binuo ng Norwegian Navy noong 1999 ay gumamit ng sandwich composite na binubuo ng polyvinyl chloride foam core layer, glass fiber at carbon fiber interlayer. Ang disenyo na ito ay hindi lamang nagpapabuti sa ratio ng lakas-sa-timbang, ngunit mayroon ding mahusay na resistensya sa epekto. Ang pagganap ay lubos na nagpapahusay sa mga katangian ng mababang magnetic, anti-infrared at anti-radar scanning. Ang Swedish Visby-class frigates, na kinomisyon noong 2000, lahat ay gumagamit ng carbon fiber composite material, na may mga espesyal na function ng pagbabawas ng timbang, radar at infrared double stealth.
Ang paggamit ng carbon fiber reinforced composite mast sa mga barko ay unti-unting lumitaw. Ang barkong LPD-17, na kinomisyon sa Estados Unidos noong 2006, ay gumagamit ng carbon fiber/Balsa core advanced composite composite mast. Hindi tulad ng orihinal na open mast, ang LPD-17 ay gumagamit ng bagong ganap na nakapaloob na mast/sensing system. (AEM/S), ang itaas na bahagi ng carbon fiber composite mast na ito ay sumasaklaw sa frequency selective surface material (FSS), na nagpapahintulot sa mga wave na may partikular na frequency na dumaan, at ang lower half ay maaaring sumasalamin sa mga radar wave o ma-absorb ng radar absorbing materials. . Samakatuwid, mayroon itong mahusay na radar stealth at detection function. Bilang karagdagan, ang iba't ibang mga antenna at mga kaugnay na kagamitan ay pantay na pinagsama sa istraktura, na hindi madaling ma-corrode, at mas nakakatulong sa pagpapanatili ng kagamitan. Ang European Navy ay nakabuo ng isang katulad na closed-integrated na sensor mast na gawa sa nanofiber-made glass fiber na sinamahan ng carbon fiber bilang isang reinforcement. Nagbibigay-daan ito sa iba't ibang radar beam at signal ng komunikasyon na dumaan nang hindi nagagambala sa isa't isa, at napakababa ng pagkawala. Noong 2006, ang advanced na teknolohiyang mast ATM na ito ay ginamit sa "Royal Ark" aircraft carrier ng British Navy.
Ang mga carbon fiber composite ay maaari ding gamitin sa iba pang aspeto ng barko. Halimbawa, maaari itong gamitin bilang propeller at propulsion shafting system sa propulsion system para mabawasan ang vibration effect at ingay ng hull, at kadalasang ginagamit sa mga reconnaissance ship at fast cruise ship. Maaari itong gamitin bilang timon sa makinarya at kagamitan, ilang espesyal na mekanikal na kagamitan at mga sistema ng tubo. Bilang karagdagan, ang mga high-strength na carbon fiber na lubid ay malawakang ginagamit sa mga kable ng barkong pandigma ng hukbong-dagat at iba pang mga bagay na militar.
1.2Mga sibil na yate
Ang mga malalaking yate ay karaniwang pribadong pagmamay-ari at mahal, na nangangailangan ng magaan na timbang, mataas na lakas at tibay. Maaaring gamitin ang mga composite ng carbon fiber sa mga instrument dial at antenna ng mga yate, rudder, at sa mga reinforced na istruktura gaya ng mga deck, cabin, at mga bulkhead ng barko. Ang tradisyunal na composite yacht ay pangunahing gawa sa FRP, ngunit dahil sa hindi sapat na tigas, ang katawan ng barko ay kadalasang masyadong mabigat pagkatapos matugunan ang rigidity na mga kinakailangan sa disenyo, at ang glass fiber ay isang carcinogen, na unti-unting ipinagbabawal sa ibang bansa. Ang proporsyon ng mga composite ng carbon fiber na ginagamit sa mga composite na yate ngayon ay tumaas nang malaki, at ang ilan ay gumamit pa ng mga composite ng carbon fiber. Halimbawa, ang super-yacht na "Panama" na double-barge ng Baltic, ang hull at deck ay nilagyan ng carbon fiber / epoxy resin skin, Nomex honeycomb at CorecellTM structural foam core, ang hull ay 60m ang haba. Ngunit ang kabuuang timbang ay 210t lamang. Ang Sunreef 80 Levante, isang carbon fiber catamaran na ginawa ng Polish catamaran's Sunreef Yachts, ay gumagamit ng vinyl ester resin sandwich composites, PVC foam at carbon fiber composites. Ang mga mast boom ay custom na carbon fiber composites, at bahagi lamang ng hull ang gumagamit ng FRP. . Ang walang-load na timbang ay 45t lamang. Mabilis na bilis, mababang pagkonsumo ng gasolina at mahusay na pagganap.
Ang “Zhongke·Lianya” yacht na itinayo noong 2014 ay kasalukuyang ang tanging full-carbon fiber yacht sa China. Ito ay isang berdeng yate na gawa sa kumbinasyon ng carbon fiber at epoxy resin. Ito ay 30% na mas magaan kaysa sa parehong uri ng fiberglass yacht at may mas mataas na lakas, mas mabilis na bilis at mas mababang pagkonsumo ng gasolina.
Bilang karagdagan, ang mga cable at cable ng yate ay gumagamit ng mga high-strength na carbon fiber na lubid upang matiyak ang kaligtasan. Dahil ang carbon fiber ay may tensile modulus na mas mataas kaysa sa bakal at isang tensile strength ng ilang beses o kahit sampu-sampung beses, at may pinagtagpi na pag-aari ng fiber, ang carbon fiber rope ay ginagamit bilang isang base na materyal, na maaaring makabawi para sa steel wire rope at organic polymer rope. Hindi sapat.z
2. Application sa marine energy development
2.1 Mga patlang ng langis at gas sa ilalim ng tubig
Sa mga nagdaang taon, ang carbon fiber composite na materyales ay naging mas malawak na ginagamit sa larangan ng marine oil at gas development. Ang kaagnasan sa kapaligiran ng dagat, mataas na paggugupit, at malakas na paggugupit na sanhi ng undercurrent na daloy ng tubig ay nagpapataw ng mahigpit na mga kinakailangan sa paglaban sa kaagnasan, lakas at mga katangian ng pagkapagod ng materyal. Ang mga composite ng carbon fiber ay may malinaw na mga pakinabang sa magaan, matibay at anti-corrosion sa pagbuo ng mga offshore oil field: isang 1500m water depth drilling platform ay may steel cable na may mass na mga 6500t, habang ang carbon fiber composite density ay ordinaryong bakal. 1/4, kung ang carbon fiber composite material ay ginagamit upang palitan ang bahagi ng bakal, ang kapasidad ng pagkarga ng platform ng pagbabarena ay makabuluhang mababawasan, at ang gastos sa pagtatayo ng platform ay mai-save. Ang reciprocating motion ng sucker rod ay madaling mauuwi sa material fatigue dahil sa hindi balanseng pressure sa pagitan ng seawater at pressure sa loob ng tube. Ang pagsira, at paggamit ng carbon fiber composite material ay maaaring malutas ang problemang ito; dahil sa paglaban sa kaagnasan ng kapaligiran ng tubig-dagat, ang buhay ng serbisyo nito sa tubig-dagat ay mas mahaba kaysa sa bakal, at ang lalim ng paggamit ay mas malalim.
Ang mga carbon fiber composites ay maaaring gamitin bilang production well pipe, sucker rods, storage tank, submarine pipelines, deck, atbp. sa oilfield drilling platforms. Ang proseso ng pagmamanupaktura ay nahahati sa isang proseso ng pultrusion at isang proseso ng wet winding. Ang pultrusion ay karaniwang ginagamit sa mga karaniwang tubo at mga tubo sa pagkonekta. Ang paraan ng paikot-ikot ay karaniwang ginagamit bilang ibabaw ng tangke ng imbakan at ang pressure vessel, at maaari ding gamitin sa isang anisotropic flexible pipe kung saan ang carbon fiber composite material ay sugat at nakaayos sa isang tiyak na anggulo sa layer ng armor.
Ang tuluy-tuloy na sucker rod ng carbon fiber composite material ay isang ribbon-like structure na katulad ng film at may mahusay na flexibility. Ginawa at inilapat ng Estados Unidos noong 1990s. Ito ay gawa sa carbon fiber bilang reinforcing fiber at unsaturated resin bilang base material. Ito ay ginawa sa pamamagitan ng pultrusion process pagkatapos ng cross-linking curing sa mataas na temperatura. Mula 2001 hanggang 2003, gumamit ang China ng carbon fiber sucker rod at ordinaryong steel sucker rod sa purong beam oil field para makagawa ng piloto. Ang paggamit ng carbon fiber sucker rod ay maaaring makabuluhang tumaas ang output ng langis at mabawasan ang pagkarga ng motor, na mas mahusay sa enerhiya. Bukod dito, ang carbon fiber composite sucker rod ay mas lumalaban sa fatigue at corrosion resistance kaysa sa steel sucker rod, at mas angkop para sa aplikasyon sa pagbuo ng subsea oil field.
2.2 Kapangyarihan ng hangin sa labas ng pampang
Ang masaganang wind power resources sa dagat ay isang mahalagang lugar para sa hinaharap na pag-unlad at ang pinaka-advanced at hinihingi na larangan ng wind power technology. Ang baybayin ng China ay humigit-kumulang 1800km at mayroong higit sa 6,000 mga isla. Ang timog-silangan na baybayin at mga rehiyon ng isla ay mayaman sa yamang hangin at madaling umunlad. Sa nakalipas na mga taon, ang mga pagsisikap na isulong ang pagbuo ng offshore wind power ay suportado ng mga kaugnay na departamento. Higit sa 90% ng bigat ng wind power blades ay binubuo ng mga composite na materyales. Ang malalaking hangin sa dagat at pagbuo ng mataas na kuryente ay tiyak na mangangailangan ng mas malalaking blades at mas tiyak na lakas at tibay. Malinaw, ang mga carbon fiber composite na materyales ay maaaring matugunan ang mga kinakailangan ng pagbuo ng malakihan, magaan, mataas na pagganap, murang power generation blades, at mas angkop para sa mga aplikasyon sa dagat kaysa sa mga glass fiber composite na materyales.
Ang mga composite ng carbon fiber ay may malaking pakinabang sa pagbuo ng lakas ng hangin sa dagat. Ang carbon fiber composite blade ay may mababang kalidad at mataas na tigas, at ang modulus ay 3 hanggang 8 beses kaysa sa produktong glass fiber; malaki ang halumigmig sa ilalim ng marine environment, nababago ang klima, at gumagana ang fan sa loob ng 24 na oras. Ang talim ay may mahusay na paglaban sa pagkapagod at maaaring labanan ang masamang panahon. Pinapabuti nito ang aerodynamic performance ng blade at binabawasan ang load sa tower at ang axle, upang ang output power ng fan ay mas makinis at mas balanse, at ang energy efficiency ay napabuti. Ang conductive performance, sa pamamagitan ng espesyal na structural design, ay epektibong makakaiwas sa pinsalang dulot ng pagtama ng kidlat sa talim; bawasan ang gastos sa pagmamanupaktura at transportasyon ng wind turbine blade; at may mga katangian ng vibration damping.
3.Marine engineering application
Ang carbon fiber composite material ay ginagamit sa marine engineering building. Pangunahing ginagamit nila ang mga katangian ng magaan na timbang, mataas na lakas at paglaban sa kaagnasan, at pinapalitan ang tradisyonal na mga materyales sa pagtatayo ng bakal sa anyo ng mga tendon at mga bahagi ng istruktura upang malutas ang problema ng mataas na gastos sa transportasyon ng seawater erosion steel at transportasyon. Inilapat ito sa mga gusali ng offshore island reef, dock, floating platform, light tower, atbp. Ang paggamit ng carbon fiber composites para sa engineering restoration ay nagsimula noong 1980s, at ang Mitsubishi Chemical Corporation of Japan ay nanguna sa pagsasaliksik sa mga mekanikal na katangian ng carbon fiber composites at ang kanilang aplikasyon sa engineering reinforcement. Ang inisyal na pagtuon sa pananaliksik ay sa pagpapatibay ng mga reinforced concrete beam gamit ang carbon fiber composites, na kalaunan ay naging reinforcement at reinforcement ng iba't ibang civil engineering. Ang pag-aayos ng mga offshore oil platform at port sa pamamagitan ng carbon fiber composites ay isang aspeto lamang ng aplikasyon nito. Mayroong maraming mga kaugnay na dokumento. Ito ay nagkakahalaga ng pagbanggit na ang kumpanya ng US DFI ay gumamit ng mga carbon fiber rods upang ayusin ang terminal ng Navy Pearl Harbor. Noong panahong iyon, gumamit ang mga technician ng mga makabagong carbon fiber rods para ayusin ang reinforcement. Ang dock na naayos ng carbon fiber rod ay maaaring makatiis ng 9t steel mula sa taas na 2.5m. Nahuhulog ito nang hindi napinsala, at kitang-kita ang epekto ng pagpapahusay.
Tulad ng para sa aplikasyon ng mga composite ng carbon fiber sa marine engineering, mayroon ding isang uri ng pag-aayos at pagpapalakas ng mga pipeline o haligi ng submarino. Ang mga tradisyunal na paraan ng pagpapanatili tulad ng welding, pagpapabuti ng weld, clamp, grouting, atbp. ay may sariling mga limitasyon, at ang paggamit ng mga pamamaraang ito ay mas pinaghihigpitan sa kapaligiran ng dagat. Ang pag-aayos ng mga composite ng carbon fiber ay pangunahing gawa sa mga materyales na may mataas na lakas at mataas na malagkit na resin tulad ng tela ng carbon fiber at epoxy resin, na nakadikit sa ibabaw ng pag-aayos, kaya ito ay manipis at magaan, mataas ang lakas, mahusay sa tibay, maginhawa sa konstruksyon, at madaling ibagay sa iba't ibang mga hugis. May malaking kalamangan.
Oras ng post: Mar-23-2019