Toepassing van mariene composietmaterialen (koolstofvezel / glasvezel / aramide)
Op dit moment worden koolstofvezelcomposietmaterialen op grote schaal gebruikt in de lucht- en ruimtevaart, sport en vrije tijd, auto-industrie, milieu-energie, civiele techniek en andere gebieden, en het toepassingsgebied is bijna overal. Onder hen, in kleine boten, jachten, grote schepen en andere scheepsvelden, maken koolstofvezeltoepassingen vorderingen. Koolstofvezel is een ideaal materiaal voor maritieme toepassingen, omdat het de trillingen van de romp kan verminderen, een goede draadloze communicatieomgeving tussen schepen kan behouden, enz.
Bovendien is de belangrijkste reden om koolstofvezel te gebruiken dat het materiaal de snelheid en het brandstofverbruik van schepen kan verbeteren door het gewicht te verminderen. Door bijvoorbeeld glasvezelcomposieten (GFRP) te vervangen door koolstofvezelversterkte composieten (CFRP), kan het gewicht van de romp worden verminderd.
De toepassing van koolstofvezel en zijn composietmaterialen in jachten, door het gebruik van CFRP in de bovenbouw en dekuitrusting, kan het gewicht verder verminderen en de stabiliteit van het schip verbeteren; aandrijfassen van koolstofvezel kunnen ook het gewicht verminderen en trillingen verminderen; koolstofvezel in propellerbladen Er zijn ook mogelijke brede toepassingen.
Al in de jaren 1940 gebruikte de Amerikaanse marine composietmaterialen om kleine schepen te bouwen, wat een nieuw hoofdstuk in de scheepsbouw opende. Halverwege de -1950s werd bepaald dat schepen kleiner dan 16 meter gemaakt moesten zijn van composietmaterialen. Met de ontwikkeling van materiaalwetenschap, de verbetering van constructiemethoden en aanvraagformulieren, gebruikten de Verenigde Staten in 1994 composietmaterialen om een 68.3-meter lange "Avenger"-klasse mijnenveger te bouwen. De diepduikverkenningsboot gebouwd in 1996 is gemaakt van grafietvezelversterkte composietmaterialen voor de schaal en de duikdiepte van de boot kan 6096 m bereiken. De "Stiletto" met de codenaam M80, vervaardigd in 2006, is de nieuwste high-speed stealth-test speedboot en de grootste romp ooit gevormd door koolstofvezel. Met een lengte van 24,4 m en een breedte van 12,2 m, is de diepgang slechts 0,9 m en de waterverplaatsing 67 ton, waardoor de speedboot gemakkelijk een hogere snelheid kan halen. De nucleaire onderzeeër van de Los Angeles-klasse van de Verenigde Staten gebruikt ook een nieuw type composietmateriaal om een sonarkoepel te maken, die 7,6 m lang en 8,1 m in diameter is en uitstekende prestaties levert. De Amerikaanse marine ontwikkelt ook militair uitgeruste schepen tot traditionele hovercrafts. Conventionele hovercrafts gebruiken stijve aluminium schelpen die vergelijkbaar zijn met vliegtuigen als het basismateriaal, terwijl de Amerikaanse All Terrain Amphibious Hovercraft Company (ATLAS Hovercraft) een volledig samengestelde hovercraft heeft ontwikkeld genaamd AH-100-P, die is ontworpen om plaats te bieden aan 150 bemanningsleden.
Als een belangrijk land in de fabricage van composietschepen in Azië, begon Japan al in 1953 met het bouwen van FRP-schepen. In de jaren zeventig begonnen Japanse vissersboten op grote schaal FRP te gebruiken. Sindsdien heeft Japan elk jaar tienduizenden FRP-vissersboten vervaardigd. steeds perfecter. Tegenwoordig behoort de Japanse FRP-productie tot de top van de wereld, en het FRP-verbruik van gemotoriseerde vissersboten alleen al is goed voor 76,3 procent. Tegelijkertijd neemt Japan bij de ontwikkeling en productie van hoogwaardige composietmaterialen zoals koolstofvezel ook een belangrijke positie in de wereld in. De hoogwaardige schepen, raceboten en luxe jachten maken nu op grote schaal gebruik van hoogwaardige koolstofvezelcomposietmaterialen.
Koolstofvezel heeft twee soorten hoge sterkte en hoge modulus. Het heeft de kenmerken van hoge stijfheid, hoge vloeigrens en hoge buigsterkte. Het wordt over het algemeen gebruikt bij de vervaardiging van krachtige en snelle schepen. Japanse koolstofvezel wordt over de hele wereld verkocht en wordt voornamelijk gebruikt bij de fabricage van snelle speedboten, hoogwaardige raceboten, luxe jachten en andere boten.
Aramidevezel heeft de kenmerken van hoge specifieke sterkte, hoge taaiheid, slagvastheid en kogelwerendheid, en wordt gebruikt voor bootcomponenten met hoge eisen aan treksterkte, actieve belasting en kogelwerendheid. Vanwege de lage druksterkte is het niet geschikt voor de vervaardiging van rompen met hoge compressie en hoge buiging en is het alleen geschikt voor schepen met strikte gewichtslimieten.
Bij het beschouwen van de kosten bij de fabricage van boten, onder het uitgangspunt dat aan de ontwerpvereisten moet worden voldaan, is een ontwerpmethode ontstaan waarbij gebruik wordt gemaakt van hybride vezelcomposietmaterialen. Het gemengde gebruik van een verscheidenheid aan vezelversterkte materialen overwint enkele van de tekortkomingen van een composietmateriaal met één vezel, verbetert de fysieke en mechanische eigenschappen en verbetert verder de ontwerpbaarheid van het materiaal. De tweedimensionale en driedimensionale stoffen gevormd door versterkende materialen kunnen worden vervaardigd volgens de ontwerpbehoeften om te voldoen aan de sterkte, intra- en tussenlaagse prestaties van schepen, en verder te voldoen aan de vereisten van lichtgewicht en hoge sterkte voor schepen
Vanwege het lichte gewicht van composietmaterialen is de Amerikaanse marine van plan om met glas versterkte fenolcomposietmaterialen te gebruiken in het vermogenscompartiment, waaronder cilinders, cilinderkoppen, oliecarters, nokkenassen, steunrollen, tandwielen voor snelheidsregeling en waterpompen, olie pompen en katrollen van scheepsdieselmotoren. Wacht.
Sommige mechanische elementen van oppervlakteschepen kunnen ook worden gemaakt van composietmaterialen, en in de trend om het gewicht van de romp te verminderen, staat ook de gewichtsvermindering van de krachtoverbrengingscomponenten van het voortstuwingssysteem op de agenda. Typisch wordt op hogesnelheidsboten waar 2 of 4 hogesnelheidsdieselmotoren de waterjet aandrijven via een reductiekast, de afstand tussen de dieselmotor en de versnellingsbak of tussen de versnellingsbak en de waterjet verkort. Vooral in de nauwe ruimte van de catamaran moeten 4 dieselmotoren verspringend worden opgesteld en moet het vermogen dat wordt gegenereerd door de voorste dieselmotor via de achterste dieselmotor worden overgebracht. Dit vereist dus een transmissie met het laagste gewicht en de minste componenten. Het gebruik van de aandrijfas van koolstofvezelbuismateriaal kan gemakkelijk het doel bereiken om het gewicht van de transmissiecomponenten te verminderen.
De belangrijkste voordelen van CFRP-aandrijfassen zijn: het gewicht van de aandrijfas aanzienlijk verminderen; hoge kritische snelheid, meestal niet nodig om lagers op lange assen te plaatsen, het aantal lagers te verminderen, kosten te verlagen, schachten te verminderen, onderdelen te verminderen, de kosten van lagersteunen te besparen en het gewicht te verminderen; corrosieweerstand, laag magnetisch signaal, elektrisch signaal, anti-slijtage, kan het geluid in structuur en lucht met 520dB verminderen. (Bron: Easy Composites / Composites Xintiandi)
