महासागर में कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्रियों का अनुप्रयोग

कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्री कार्बन फाइबर और राल, धातु, सिरेमिक और अन्य मैट्रिक्स से बनी एक फाइबर प्रबलित सामग्री है। अपने हल्के वजन, उच्च शक्ति और उच्च तापमान प्रतिरोध के कारण, हाल के वर्षों में इसका व्यापक रूप से एयरोस्पेस, खेल और अवकाश, हाई-स्पीड रेल, ऑटोमोबाइल और सिविल इंजीनियरिंग के क्षेत्रों में उपयोग किया गया है। कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्री में उत्कृष्ट थकान प्रतिरोध, संक्षारण प्रतिरोध और उत्कृष्ट निर्माण प्रदर्शन होता है, जो इसे सामग्री गुणों पर विशेष आवश्यकताओं वाले समुद्री अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाता है। ध्यान दें। हाल के वर्षों में, कार्बन फाइबर कंपोजिट ने जहाज निर्माण, अपतटीय ऊर्जा विकास और समुद्री इंजीनियरिंग मरम्मत में तेजी से महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है।

1.बोर्ड पर आवेदन
कार्बन फाइबर कंपोजिट में पारंपरिक जहाज निर्माण सामग्री की तुलना में एक स्वाभाविक लाभ है। सबसे पहले, कार्बन फाइबर कंपोजिट में अच्छे यांत्रिक गुण होते हैं। पतवार हल्के वजन और कम ईंधन खपत जैसी विशेषताओं के साथ निर्मित होता है, और निर्माण प्रक्रिया अपेक्षाकृत सरल, छोटा चक्र और सुविधाजनक ढलाई होती है, इसलिए निर्माण और रखरखाव की लागत स्टील के जहाज की तुलना में बहुत कम होती है। साथ ही, क्योंकि कार्बन फाइबर और राल मैट्रिक्स के बीच का इंटरफेस दरार के प्रसार को प्रभावी ढंग से रोक सकता है, इसलिए सामग्री में अच्छा थकान प्रतिरोध होता है; इसके अलावा, कार्बन फाइबर सतह की रासायनिक निष्क्रियता के कारण, पतवार में जलीय जीवों के लिए कठिन एपिफाइटिक और संक्षारण प्रतिरोधी विशेषताएं होती हैं, जो जहाज निर्माण में सामग्री के चयन में सबसे महत्वपूर्ण कारकों में से एक है। इसलिए, कार्बन फाइबर कंपोजिट सामग्रियों में जहाज निर्माण में अद्वितीय व्यापक प्रदर्शन लाभ हैं, और अब इस क्षेत्र में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। इसी समय, कार्बन फाइबर उद्योग के विकास को अनुप्रयोग क्षेत्र के विस्तार से बढ़ावा मिला है।

1.1सैन्य जहाज

कार्बन फाइबर कंपोजिट में अच्छे ध्वनिक, चुंबकीय और विद्युत गुण होते हैं: वे पारदर्शी, ध्वनि-पारगम्य और गैर-चुंबकीय होते हैं, इसलिए उनका उपयोग युद्धपोतों के चुपके प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए किया जा सकता है। जहाज के अधिरचना में मिश्रित सामग्रियों का उपयोग न केवल पतवार के वजन को कम करता है, बल्कि दुश्मन के रडार विद्युत चुम्बकीय तरंगों को ढालने के लिए इंटरलेयर में एम्बेडेड आवृत्ति चयनात्मक परत को परिरक्षित करके पूर्व निर्धारित आवृत्ति पर विद्युत चुम्बकीय तरंगों को प्रसारित और प्राप्त करता है। उदाहरण के लिए, 1999 में नॉर्वेजियन नौसेना द्वारा निर्मित "स्कजोल्ड" श्रेणी के क्रूजर में पॉलीविनाइल क्लोराइड फोम कोर परत, ग्लास फाइबर और कार्बन फाइबर इंटरलेयर से युक्त सैंडविच कंपोजिट का उपयोग किया गया था। स्वीडिश विस्बी श्रेणी के फ्रिगेट, जिन्हें 2000 में कमीशन किया गया था, सभी में कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्री का उपयोग किया गया है, जिसमें वजन कम करने, रडार और इन्फ्रारेड डबल स्टील्थ के विशेष कार्य हैं।

जहाजों पर कार्बन फाइबर प्रबलित मिश्रित मस्तूलों का अनुप्रयोग धीरे-धीरे उभर रहा है। 2006 में संयुक्त राज्य अमेरिका में कमीशन किया गया LPD-17 जहाज, कार्बन फाइबर/बाल्सा कोर उन्नत मिश्रित मस्तूल का उपयोग करता है। मूल खुले मस्तूल के विपरीत, LPD-17 एक नए पूरी तरह से संलग्न मस्तूल/संवेदन प्रणाली (AEM/S) का उपयोग करता है। इस कार्बन फाइबर मिश्रित मस्तूल का ऊपरी भाग आवृत्ति चयनात्मक सतह सामग्री (FSS) को ढकता है, जिससे एक विशिष्ट आवृत्ति वाली तरंगें गुजर सकती हैं, और निचला आधा भाग रडार तरंगों को परावर्तित कर सकता है या रडार अवशोषित करने वाली सामग्रियों द्वारा अवशोषित किया जा सकता है। इसलिए, इसमें अच्छे रडार स्टेल्थ और डिटेक्शन फ़ंक्शन हैं। इसके अलावा, विभिन्न एंटेना और संबंधित उपकरण संरचना में समान रूप से संयुक्त होते हैं, जो आसानी से जंग लगने से बचते हैं, और उपकरणों के रखरखाव के लिए अधिक अनुकूल होते हैं। यूरोपीय नौसेना ने कार्बन फाइबर के साथ संयुक्त नैनोफाइबर-निर्मित ग्लास फाइबर से बना एक समान बंद-एकीकृत सेंसर मस्तूल विकसित किया है। यह विभिन्न रडार बीम और संचार संकेतों को एक-दूसरे के साथ निर्बाध रूप से गुजरने देता है, और नुकसान बेहद कम होता है। 2006 में, इस उन्नत प्रौद्योगिकी वाले मस्तूल एटीएम का उपयोग ब्रिटिश नौसेना के "रॉयल आर्क" विमानवाहक पोत पर किया गया था।

कार्बन फाइबर कंपोजिट का उपयोग जहाज़ के अन्य पहलुओं में भी किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, इसका उपयोग प्रणोदन प्रणाली में प्रोपेलर और प्रोपल्शन शाफ्टिंग सिस्टम के रूप में पतवार के कंपन प्रभाव और शोर को कम करने के लिए किया जा सकता है, और इसका उपयोग मुख्यतः टोही जहाजों और तेज़ गति वाले क्रूज जहाजों में किया जाता है। इसका उपयोग मशीनरी और उपकरणों, कुछ विशेष यांत्रिक उपकरणों और पाइपिंग प्रणालियों में पतवार के रूप में किया जा सकता है। इसके अलावा, उच्च-शक्ति वाले कार्बन फाइबर रस्सियों का उपयोग नौसेना के युद्धपोतों के केबलों और अन्य सैन्य वस्तुओं में भी व्यापक रूप से किया जाता है।

1.2सिविल नौकाएँ

बड़ी नौकाएँ आमतौर पर निजी स्वामित्व वाली और महंगी होती हैं, जिन्हें हल्के वजन, उच्च शक्ति और टिकाऊपन की आवश्यकता होती है। कार्बन फाइबर कंपोजिट का उपयोग नौकाओं के उपकरण डायल और एंटेना, पतवारों, और डेक, केबिन और जहाज के बल्कहेड जैसी प्रबलित संरचनाओं में किया जा सकता है। पारंपरिक कंपोजिट नौका मुख्य रूप से एफआरपी से बनी होती है, लेकिन अपर्याप्त कठोरता के कारण, कठोरता डिज़ाइन आवश्यकताओं को पूरा करने के बाद भी पतवार अक्सर बहुत भारी होती है, और ग्लास फाइबर एक कैंसरकारी पदार्थ है, जिस पर धीरे-धीरे विदेशों में प्रतिबंध लगा दिया गया है। आज की कंपोजिट नौकाओं में उपयोग किए जाने वाले कार्बन फाइबर कंपोजिट का अनुपात काफी बढ़ गया है, और कुछ में कार्बन फाइबर कंपोजिट का भी उपयोग किया गया है। उदाहरण के लिए, बाल्टिक की सुपर-यॉट "पनामा" डबल-बार्ज, पतवार और डेक कार्बन फाइबर/एपॉक्सी रेज़िन त्वचा, नोमेक्स  हनीकॉम्ब और कोरसेलTM स्ट्रक्चरल फोम कोर से सैंडविच किए गए हैं, पतवार 60 मीटर लंबा है। लेकिन कुल वजन केवल 210 टन है। पोलिश कैटामारन कंपनी सनरीफ याट्स द्वारा निर्मित, सनरीफ 80 लेवांटे, एक कार्बन फाइबर कैटामारन है। इसमें विनाइल एस्टर रेज़िन सैंडविच कंपोजिट, पीवीसी फोम और कार्बन फाइबर कंपोजिट का इस्तेमाल किया गया है। इसके मस्तूल बूम कस्टम कार्बन फाइबर कंपोजिट से बने हैं, और पतवार के केवल एक हिस्से में एफआरपी का इस्तेमाल किया गया है। बिना भार के इसका वज़न केवल 45 टन है। तेज़ गति, कम ईंधन खपत और बेहतरीन प्रदर्शन।

2014 में निर्मित "झोंगके लियान्या" नौका वर्तमान में चीन की एकमात्र पूर्ण-कार्बन फाइबर नौका है। यह कार्बन फाइबर और एपॉक्सी रेज़िन के संयोजन से बनी एक हरित नौका है। यह इसी प्रकार की फाइबरग्लास नौकाओं की तुलना में 30% हल्की है और इसकी मज़बूती, गति और ईंधन की खपत कम है।

इसके अलावा, नौका के केबल और तारों में सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए उच्च-शक्ति वाले कार्बन फाइबर रस्सियों का उपयोग किया जाता है। चूँकि कार्बन फाइबर का तन्यता मापांक स्टील से कई गुना या यहाँ तक कि दसियों गुना अधिक होता है, और इसमें फाइबर का बुना हुआ गुण होता है, इसलिए कार्बन फाइबर रस्सी को आधार सामग्री के रूप में उपयोग किया जाता है, जो स्टील वायर रस्सी और ऑर्गेनिक पॉलीमर रस्सी की भरपाई कर सकती है। अपर्याप्त.z
2. समुद्री ऊर्जा विकास में अनुप्रयोग

2.1 पनडुब्बी तेल और गैस क्षेत्र

हाल के वर्षों में, समुद्री तेल और गैस विकास के क्षेत्र में कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्री का अधिक से अधिक व्यापक रूप से उपयोग किया जाने लगा है। समुद्री वातावरण में संक्षारण, उच्च कतरनी, और पानी के नीचे के प्रवाह के कारण होने वाली मजबूत कतरनी सामग्री के संक्षारण प्रतिरोध, शक्ति और थकान गुणों पर सख्त आवश्यकताएं लगाती हैं। अपतटीय तेल क्षेत्रों के विकास में कार्बन फाइबर कंपोजिट के हल्के, टिकाऊ और जंग-रोधी होने के स्पष्ट फायदे हैं: 1500 मीटर पानी की गहराई वाले ड्रिलिंग प्लेटफॉर्म में लगभग 6500t के द्रव्यमान वाला एक स्टील केबल होता है, जबकि कार्बन फाइबर मिश्रित घनत्व साधारण स्टील होता है। 1/4, अगर कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्री का उपयोग स्टील के हिस्से को बदलने के लिए किया जाता है, तो ड्रिलिंग प्लेटफॉर्म की भार क्षमता काफी कम हो जाएगी, और प्लेटफॉर्म की निर्माण लागत बच जाएगी समुद्री जल पर्यावरण के संक्षारण प्रतिरोध के कारण, समुद्री जल में इसकी सेवा जीवन स्टील की तुलना में लंबा है, और उपयोग की गहराई अधिक है।

कार्बन फाइबर कंपोजिट का उपयोग तेल क्षेत्र ड्रिलिंग प्लेटफार्मों में उत्पादन कुओं के पाइप, सकर रॉड, भंडारण टैंक, पनडुब्बी पाइपलाइन, डेक आदि के रूप में किया जा सकता है। निर्माण प्रक्रिया को पुल्ट्रूज़न प्रक्रिया और गीली वाइंडिंग प्रक्रिया में विभाजित किया गया है। पुल्ट्रूज़न का उपयोग आम तौर पर सामान्य पाइपों और कनेक्टिंग पाइपों पर किया जाता है। वाइंडिंग विधि का उपयोग आम तौर पर भंडारण टैंक और दबाव पोत की सतह के रूप में किया जाता है, और इसका उपयोग अनिसोट्रोपिक लचीली पाइप में भी किया जा सकता है जिसमें कार्बन फाइबर कंपोजिट सामग्री को कवच परत में एक विशिष्ट कोण पर लपेटा और व्यवस्थित किया जाता है।

कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्री से बनी सतत चूसने वाली छड़, फिल्म के समान एक रिबन जैसी संरचना होती है और इसमें अच्छा लचीलापन होता है। 1990 के दशक में संयुक्त राज्य अमेरिका द्वारा निर्मित और प्रयुक्त। यह कार्बन फाइबर को प्रबलिंग फाइबर के रूप में और असंतृप्त रेज़िन को आधार सामग्री के रूप में उपयोग करके बनाया जाता है। यह उच्च तापमान पर क्रॉस-लिंकिंग उपचार के बाद पुल्ट्रूज़न प्रक्रिया द्वारा निर्मित होता है। 2001 से 2003 तक, चीन ने पायलट बनाने के लिए शुद्ध बीम तेल क्षेत्र में एक कार्बन फाइबर चूसने वाली छड़ और एक साधारण स्टील चूसने वाली छड़ का उपयोग किया। कार्बन फाइबर चूसने वाली छड़ के उपयोग से तेल उत्पादन में उल्लेखनीय वृद्धि हो सकती है और मोटर का भार कम हो सकता है, जो अधिक ऊर्जा कुशल है। इसके अलावा, कार्बन फाइबर मिश्रित चूसने वाली छड़, स्टील चूसने वाली छड़ की तुलना में थकान और संक्षारण के प्रति अधिक प्रतिरोधी होती है, और समुद्र के नीचे के तेल क्षेत्रों के विकास में अनुप्रयोग के लिए अधिक उपयुक्त होती है।

2.2 अपतटीय पवन ऊर्जा

समुद्र में प्रचुर मात्रा में पवन ऊर्जा संसाधन भविष्य के विकास के लिए एक महत्वपूर्ण क्षेत्र और पवन ऊर्जा प्रौद्योगिकी का सबसे उन्नत और मांग वाला क्षेत्र है। चीन का समुद्र तट लगभग 1800 किलोमीटर लंबा है और 6,000 से अधिक द्वीप हैं। दक्षिण-पूर्वी तट और द्वीपीय क्षेत्र पवन संसाधनों से समृद्ध हैं और विकास के लिए आसान हैं। हाल के वर्षों में, अपतटीय पवन ऊर्जा के विकास को बढ़ावा देने के प्रयासों को संबंधित विभागों द्वारा समर्थन दिया गया है। पवन ऊर्जा ब्लेड के 90% से अधिक भार में मिश्रित सामग्री होती है। समुद्र में तेज़ हवाओं और उच्च विद्युत उत्पादन के लिए बड़े ब्लेड और बेहतर विशिष्ट शक्ति और स्थायित्व की आवश्यकता होती है। जाहिर है, कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्री बड़े पैमाने पर, हल्के, उच्च-प्रदर्शन, कम लागत वाली विद्युत उत्पादन ब्लेड के विकास की आवश्यकताओं को पूरा कर सकती है, और ग्लास फाइबर मिश्रित सामग्री की तुलना में समुद्री अनुप्रयोगों के लिए अधिक उपयुक्त है।

समुद्री पवन ऊर्जा उत्पादन में कार्बन फाइबर कंपोजिट के महत्वपूर्ण लाभ हैं। कार्बन फाइबर कंपोजिट ब्लेड की गुणवत्ता कम और कठोरता अधिक होती है, और इसका मापांक ग्लास फाइबर उत्पाद के मापांक का 3 से 8 गुना होता है; समुद्री वातावरण में आर्द्रता अधिक होती है, जलवायु परिवर्तनशील होती है, और पंखा 24 घंटे चलता है। ब्लेड में थकान प्रतिरोधक क्षमता अच्छी होती है और यह खराब मौसम का सामना कर सकता है। यह ब्लेड के वायुगतिकीय प्रदर्शन में सुधार करता है और टॉवर और धुरी पर भार कम करता है, जिससे पंखे की उत्पादन शक्ति अधिक सुचारू और संतुलित होती है, और ऊर्जा दक्षता में सुधार होता है। विशेष संरचनात्मक डिज़ाइन के माध्यम से, प्रवाहकीय प्रदर्शन ब्लेड पर बिजली गिरने से होने वाले नुकसान से प्रभावी रूप से बच सकता है; पवन टरबाइन ब्लेड के निर्माण और परिवहन लागत को कम कर सकता है; और इसमें कंपन अवमंदन विशेषताएँ होती हैं।

3. समुद्री इंजीनियरिंग अनुप्रयोग

कार्बन फाइबर मिश्रित सामग्रियों का उपयोग समुद्री इंजीनियरिंग भवनों में किया जाता है। ये मुख्य रूप से हल्के वजन, उच्च शक्ति और संक्षारण प्रतिरोध की विशेषताओं का उपयोग करते हैं, और समुद्री जल क्षरण स्टील और परिवहन की उच्च परिवहन लागत की समस्या को हल करने के लिए टेंडन और संरचनात्मक भागों के रूप में पारंपरिक स्टील निर्माण सामग्री का स्थान लेते हैं। इसका उपयोग अपतटीय द्वीप रीफ भवनों, डॉक, फ्लोटिंग प्लेटफॉर्म, लाइट टावर आदि में किया गया है। इंजीनियरिंग बहाली के लिए कार्बन फाइबर कंपोजिट का उपयोग 1980 के दशक में शुरू हुआ, और जापान की मित्सुबिशी केमिकल कॉर्पोरेशन ने कार्बन फाइबर कंपोजिट के यांत्रिक गुणों और इंजीनियरिंग सुदृढीकरण में उनके अनुप्रयोग पर शोध का बीड़ा उठाया। प्रारंभिक शोध का ध्यान कार्बन फाइबर कंपोजिट का उपयोग करके प्रबलित कंक्रीट बीम के सुदृढीकरण पर था, जो बाद में विभिन्न सिविल इंजीनियरिंग के सुदृढीकरण और सुदृढ़ीकरण में विकसित हुआ। कार्बन फाइबर कंपोजिट द्वारा अपतटीय तेल प्लेटफार्मों और बंदरगाहों की मरम्मत इसके अनुप्रयोग का केवल एक पहलू है। इससे संबंधित कई दस्तावेज हैं। उल्लेखनीय है कि अमेरिकी डीएफआई कंपनी ने नौसेना के पर्ल हार्बर टर्मिनल की मरम्मत के लिए कार्बन फाइबर छड़ों का उपयोग किया था। उस समय, तकनीशियनों ने सुदृढीकरण की मरम्मत के लिए नवीन कार्बन फाइबर छड़ों का उपयोग किया था। कार्बन फाइबर रॉड से मरम्मत किया गया डॉक 2.5 मीटर की ऊँचाई से 9 टन स्टील का सामना कर सकता है। यह बिना क्षतिग्रस्त हुए गिर जाता है, और इसका सुधार प्रभाव स्पष्ट है।

समुद्री इंजीनियरिंग में कार्बन फाइबर कंपोजिट के अनुप्रयोग के संदर्भ में, यह पनडुब्बी पाइपलाइनों या स्तंभों की मरम्मत और सुदृढ़ीकरण का एक प्रकार भी है। वेल्डिंग, वेल्ड सुधार, क्लैम्पिंग, ग्राउटिंग आदि जैसे पारंपरिक रखरखाव विधियों की अपनी सीमाएँ हैं, और समुद्री वातावरण में इन विधियों का उपयोग अधिक सीमित है। कार्बन फाइबर कंपोजिट की मरम्मत मुख्य रूप से उच्च-शक्ति और उच्च-चिपकने वाले रेजिन पदार्थों जैसे कार्बन फाइबर कपड़ा और एपॉक्सी रेजिन से की जाती है, जो मरम्मत की सतह से चिपके रहते हैं, इसलिए यह पतला और हल्का, उच्च-शक्ति वाला, टिकाऊ, निर्माण में सुविधाजनक और विभिन्न आकृतियों के अनुकूल होता है। इसके महत्वपूर्ण लाभ हैं।