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海洋用复合材料有哪些?
发布时间:2021-11-22
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当前,许多市场都从复合材料的进步中受益,但也许没有比休闲和商业海洋工业受益更多的了。建造能够满足水环境,特别是咸水环境的苛刻要求的船舶一直是一个挑战。海上生活意味着不断地暴露在恶劣的环境中,包括阳光直射、风和水压、盐水的腐蚀作用,以及人为因素,如柴油、润滑油和其他化学物质。

 

复合材料为这些海洋条件引起的问题提供了一些最好的解决方案。从更坚固FRP(纤维增强聚合物)船壳和内饰,到耐腐蚀的海洋部件,再到专门的潜水部件,海洋复合材料彻底改变了一切可能。

 

海洋复合材料对海洋工业的影响是最明显的,可以观察下船体,甲板和内部的大多数娱乐船和商业船在今天的生产。复合材料的使用包含玻璃纤维碳纤维或玻璃/碳混合复合材料,几乎随处可见。经典的木质造船永远不会过时,但自20世纪50年代以来,FRP壳船的商业生产大幅增加。虽然有些人更喜欢铝和玻璃纤维船体结构的某些船只(特别是浅水河船),总体而言,玻璃纤维复合材料提供了最大范围的设计和风格选择,以及最舒适的乘坐。

 

说到耐海水的工程部件,复合材料绝对比传统材料有优势。用于船舶的复合材料可以定制:抗腐蚀,承受深水水压,提供水密密封,以及满足许多其他特殊要求。例如,许多曾经被用作船用垫片的传统橡胶部件,现在正由更坚固的复合材料制成。船用发动机和泵的部件也是如此。随着海洋工业继续推动更节能的发动机和更好的预制部件,对复合材料提高效率的依赖正在增加。

 

复合材料在海洋工业中已经使用了很多年。复合材料更传统的应用包括光栅,管道,轴,船壳等几十年。但木材和钢筋水泥作为传统技术仍然用于海洋应用。

 

——钢筋水泥

钢筋水泥可能是海洋工业中最早使用的复合材料,用于开发低成本驳船。钢筋形成的钢框架覆盖着铁丝网,被用作“模板”,通过在模板周围浇筑水泥来形成船体。然后用铁丝网抹灰,然后固化。虽然它是一种廉价的复合材料,但电枢腐蚀是化学侵蚀性海洋条件下的常见问题。时至今日,仍有部分铁船在使用。

 

——玻璃纤维增强复合材料

玻璃纤维是在聚酯树脂开发出来之后才问世的。很快,自20世纪50年代早期以来,玻璃增强塑料船就出现了,并继续在今天的海洋应用中成为一种重要的复合材料建造技术。

纤维增强聚合物复合材料(FRPs)已成功地应用于海洋应用领域几十年,如天线罩和质量结构,超级游艇,工作船和休闲船。最近,FRPs被应用在一些鲜为人知的应用中,如轴承、螺旋桨、商业舱口盖、排气和上层甲板结构。在海洋应用中使用玻璃纤维复合材料(GRP)是GRP使用的第一个重要领域。它已经彻底改变了设计和制造大型复合结构在几个部门的能力。船只是通过各种工艺制造的,包括手工铺设GRP,树脂灌注,热塑性塑料和高性能碳纤维预浸料赛车游艇。

 

——木材/粘合剂复合材料

战时的需求导致了基于在框架上铺设薄木贴面的“热模”和“冷模”造船技术的发展。另一方面,高性能尿素粘合剂也被广泛开发用于成型船舶船体和飞机制造,以帮助加快生产过程,减少对铝和钢的依赖。

 

——芳纶纤维复合材料

芳纶纤维被广泛用于加强帆船结构,如龙骨和船首部分。此外,芳纶纤维复合材料还具有改进的减震特性,非常适合海洋比赛应用。

比如凯夫拉船用复合材料性能就很好。在海洋复合材料和海上船舶复合材料中,凯夫拉有助于为许多海洋应用提供强度、刚度和轻量化性能的理想平衡。在巡逻艇和服务艇中,可以通过增加发动机功率来达到更高的速度——这种选择可能会非常昂贵。另一种方法是通过在现有的层压结构或新设计中加入凯夫拉纤维增强来减轻重量。杜邦公司帮助用凯夫拉纤维增强的船体更轻,更坚韧,更耐损伤,并在流体动力疲劳载荷下表现更好。

芳纶纤维在休闲船和比赛大帆船、帆船和摩托艇上的使用在比赛界获得了广泛的认可。帆船的著名赛事,如美洲杯,手套挑战,和惠特布莱德杯,以及众多海上世界锦标赛的动力艇,都将其成功归因于在船体和上层建筑的建造中使用芳纶纤维。如果速度是使用先进复合材料的主要标准,那么它们对恶劣环境的抵抗能力则紧随其后。

 

——碳纤维

碳纤维越来越多地用于帆船、超级游艇上的家具和高强度内饰,因为它们以最小的重量提供船只稳定性优势和高性能。碳纤维也被视为一种时尚的材料,经常被取代的不仅是优越的材料特性,而且是编织材料的美学成分。

赛艇比其他任何海洋建筑都更广泛地使用复合材料。由于特殊要求,所使用的材料不是典型的海洋建筑材料。最小的重量和最大的刚度在它们的设计中至关重要,这样它们才能以最大的速度航行,并抵抗海洋环境中海浪和其他因素的影响。碳纤维增强环氧复合材料通常用于蜂窝或泡沫芯的船体、框架、龙骨、桅杆、杆和臂、碳绞车鼓和轴系。在不同的国际航行条件下,FRPs的使用有助于提高性能,并将航行障碍和故障的危险降到最低。

在长96英尺或以上的豪华游艇和大型船只中,船体和上层建筑重量占总重量的比例小于巡逻艇或服务艇。较大的船仍然需要以最小重量或在一定的重量限制内建造。然而,在这种情况下,减重通常是为了实现速度的提高,或者为了提高燃油经济性,为了增加有效载荷,或为了携带更多的配件而减少重量。碳纤维就可以作为非常有效的建筑船体,比如上层建筑,舱壁,和家具,有助于使他们既坚韧和耐用。

 

——水下应用程序

复合材料的主要水下应用是作为水下井口和阀门的保护结构。使用复合材料的优点是重量轻,可以通过使用成本较低的提升船大幅节省安装成本。制造成本与传统的钢材和混凝土技术相比具有竞争力。 (来源:中国复材)

 

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