Tengeri kompozit anyagok alkalmazása (szénszál/üvegszál/aramid)
Jelenleg a szénszálas kompozit anyagokat széles körben használják a repülőgépiparban, a sport- és szabadidő-iparban, az autóiparban, a környezetenergiában, a mélyépítésben és más területeken, és alkalmazási köre szinte mindenhol megtalálható. Közülük kis csónakokban, jachtokban, nagy hajókban és más hajómezőkön a szénszálas alkalmazások haladnak előre. A szénszál ideális anyag tengeri alkalmazásokhoz, mivel csökkentheti a hajótest vibrációját, jó vezeték nélküli kommunikációs környezetet tarthat fenn a hajók között stb.
Emellett a szénszál használatának legfontosabb oka az, hogy az anyag a tömeg csökkentésével javíthatja a hajók sebességét és üzemanyag-fogyasztását. Például az üvegszál-kompozitok (GFRP) szénszál-erősítésű kompozitokra (CFRP) való helyettesítésével a hajótest tömege csökkenthető.
A szénszálak és kompozit anyagok jachtokon történő alkalmazása a felépítményben és a fedélzeti berendezésekben történő CFRP használatával tovább csökkentheti a tömeget és javíthatja a hajó stabilitását; a szénszálas hajtótengelyek a súlyt és a vibrációt is csökkenthetik; szénszál a légcsavarlapátokban Széles körű alkalmazások is lehetségesek.
Az Egyesült Államok haditengerészete már az 194-es években{20}} kompozit anyagokat használt kis hajók építéséhez, ami új fejezetet nyitott a hajóépítésben. A s közepén-1950 kikötötték, hogy a 16 m alatti hajóknak kompozit anyagokból kell készülniük. Az anyagtudomány fejlődésével, az építési módszerek és a pályázati űrlapok javulásával az Egyesült Államokban 1994-ben kompozit anyagokat használtak fel egy 68.3-méter hosszú "Bosszúálló" osztályú aknakereső megépítéséhez. Az 1996-ban készült mélybúvár-kutatóhajó héja grafitszál-erősítésű kompozit anyagokból készül, a csónak merülési mélysége elérheti a 6096 métert. A 2006-ban gyártott "Stiletto" kódnevű M80 a legújabb, nagy sebességű lopakodó motorcsónak, és a legnagyobb, szénszálból kialakított hajótest. 24,4 méter hosszú és 12,2 méter széles, a merülés csak 0,9 méter, vízkiszorítása pedig 67 t, ami lehetővé teszi a motorcsónak számára, hogy könnyen nagyobb sebességet érjen el. Az Egyesült Államok Los Angeles-osztályú atomtengeralattjárója is új típusú kompozit anyagot használ 7,6 méter hosszú, 8,1 méter maximális átmérőjű, kiváló teljesítményű szonárkupola készítéséhez. Az amerikai haditengerészet katonailag felszerelt hajókat is fejleszt hagyományos légpárnás járművekké. A hagyományos légpárnás repülőgépek alapanyagaként a repülőgépekhez hasonló merev alumíniumhéjakat használnak, míg az American All Terrain Amphibious Hovercraft Company (ATLAS Hovercraft) kifejlesztett egy AH-100-P néven teljesen kompozit légpárnát, amelyet 150 fős személyzet befogadására terveztek.
Az ázsiai kompozit hajók gyártásában jelentős országként Japán már 1953-ban elkezdett FRP-hajókat építeni. Az 1970-es években a japán halászhajók széles körben kezdték használni az FRP-t. Azóta Japánban évente több tízezer FRP halászhajót gyártanak. egyre tökéletesebb. Ma Japán FRP-gyártása a világ élvonalába tartozik, és a motoros tengeri halászhajók FRP-fogyasztása önmagában 76,3 százalékot tesz ki. Ugyanakkor a nagy teljesítményű kompozit anyagok, például a szénszál fejlesztésében és gyártásában Japán is fontos helyet foglal el a világon. Nagy teljesítményű hajói, versenyhajói és luxusjachtjai ma már széles körben használnak nagy teljesítményű szénszálas kompozit anyagokat.
A szénszál kétféle nagy szilárdságú és nagy modulusú. Jellemzői a nagy merevség, nagy folyáshatár és nagy hajlítószilárdság. Általában nagy teljesítményű és nagy sebességű hajók gyártásához használják. A japán szénszálat az egész világon értékesítik, és főként nagysebességű motorcsónakok, nagy teljesítményű versenyhajók, luxusjachtok és egyéb hajók gyártásához használják.
Az aramid szál nagy fajlagos szilárdságú, nagy szívóssággal, ütésállósággal és golyóállósággal rendelkezik, és olyan hajóalkatrészekhez használatos, amelyek magas szakítószilárdságú, aktív terhelést és golyóállóságot igényelnek. Alacsony nyomóhajlítószilárdsága miatt nem alkalmas nagy nyomó- és nagyhajlítású hajótestek gyártására, csak szigorú súlykorlátozású hajókra.
A hajók gyártási költségeit figyelembe véve, a tervezési követelmények teljesítésének előfeltétele mellett, megjelent egy hibrid szálas kompozit anyagokat használó tervezési módszer. A különféle szálerősítésű anyagok vegyes alkalmazása kiküszöböli az egyszálas kompozit anyag néhány hiányosságát, javítja a fizikai és mechanikai tulajdonságokat, és tovább javítja az anyag tervezhetőségét. Az erősítő anyagokból kialakított kétdimenziós és háromdimenziós szövetek a tervezési igények szerint gyárthatók, hogy megfeleljenek a hajók szilárdságának, rétegen belüli és rétegek közötti teljesítményének, valamint a hajók könnyű súlyának és nagy szilárdságának követelményeinek további teljesítése érdekében.
A kompozit anyagok kis súlya miatt az amerikai haditengerészet üvegerősítésű fenolos kompozit anyagok felhasználását tervezi az erőtérben, beleértve a hengereket, hengerfejeket, olajteknőket, bütykös burkolatokat, támasztógörgőket, sebességszabályozó lánckerekeket, vízszivattyúkat, olajat tengeri dízelmotorok szivattyúi és szíjtárcsai. Várjon.
A felszíni hajók egyes mechanikai elemei kompozit anyagokból is készülhetnek, és a hajótest tömegének csökkentésére törekvő tendenciában a meghajtórendszer erőátviteli alkatrészeinek tömegcsökkentése is napirenden van. Jellemzően azokon a nagysebességű hajókon, ahol 2 vagy 4 nagy sebességű dízelmotor hajtja a vízsugarat egy redukciós sebességváltón keresztül, a dízelmotor és a sebességváltó vagy a sebességváltó és a vízsugár közötti távolság lerövidül. Különösen a katamarán szűk terében 4 dízelmotort kell lépcsőzetesen elhelyezni, és az első dízelmotor által termelt teljesítményt a hátsó dízelmotoron keresztül kell továbbítani. Ezért ehhez a legkönnyebb súlyú és legkevesebb alkatrészt tartalmazó sebességváltóra van szükség. A szénszálas csőanyagból készült hajtótengely használatával könnyen elérhető a hajtómű alkatrészeinek tömegének csökkentése.
A CFRP hajtótengelyek fő előnyei a következők: jelentősen csökkenti a hajtótengely súlyát; nagy kritikus sebesség, általában nem kell csapágyakat elhelyezni hosszú tengelyen, csökkenteni a csapágyak számát, csökkenteni a költségeket, csökkenteni a tengelyterhelést, csökkenteni az alkatrészeket, megtakarítani a csapágytámaszok költségeit és csökkenteni a súlyt; korrózióállóság, alacsony mágneses jel, elektromos jel, kopásgátló, 520 dB-lel csökkentheti a szerkezet és a levegő zaját. (Forrás: Easy Composites / Composites Xintiandi)
