Material komposit serat karbon adalah material yang diperkuat serat yang terbuat dari serat karbon dan resin, logam, keramik, dan matriks lainnya. Karena bobotnya yang ringan, kekuatannya yang tinggi, dan ketahanan suhu tinggi, material ini telah banyak digunakan dalam bidang kedirgantaraan, olahraga dan rekreasi, serta kereta api berkecepatan tinggi dalam beberapa tahun terakhir. Material ini juga digunakan dalam bidang otomotif dan teknik sipil. Material komposit serat karbon memiliki ketahanan lelah yang sangat baik, ketahanan korosi, dan kinerja konstruksi yang sangat baik karena kekuatan dan ketangguhannya yang tinggi, sehingga cocok untuk aplikasi kelautan dengan persyaratan khusus pada sifat material. Perhatikan. Dalam beberapa tahun terakhir, komposit serat karbon telah memainkan peran yang semakin penting dalam pembuatan kapal, pengembangan energi lepas pantai, dan perbaikan teknik kelautan.
1. Aplikasi di papan
Komposit serat karbon memiliki keunggulan alami dibandingkan material pembuatan kapal tradisional. Pertama, komposit serat karbon memiliki sifat mekanik yang baik. Lambung kapal diproduksi dengan karakteristik ringan dan konsumsi bahan bakar rendah, serta proses konstruksinya relatif sederhana, siklusnya pendek, dan pencetakannya mudah, sehingga biaya konstruksi dan perawatannya jauh lebih rendah daripada kapal baja. Di saat yang sama, karena antarmuka antara serat karbon dan matriks resin dapat secara efektif mencegah perambatan retak, material ini memiliki ketahanan lelah yang baik; selain itu, karena sifat inertness kimia permukaan serat karbon, lambung kapal memiliki karakteristik yang sulit ditumbuhi organisme akuatik dan tahan korosi, yang juga merupakan salah satu faktor terpenting dalam konstruksi kapal. Oleh karena itu, material komposit serat karbon memiliki keunggulan kinerja komprehensif yang unik dalam pembuatan kapal, dan kini banyak digunakan di bidang ini. Di saat yang sama, perkembangan industri serat karbon telah didorong oleh perluasan bidang aplikasinya.
1.1 Kapal militer
Komposit serat karbon memiliki sifat akustik, magnetik, dan listrik yang baik: transparan, kedap suara, dan non-magnetik, sehingga dapat digunakan untuk meningkatkan kinerja siluman kapal perang. Penggunaan material komposit pada superstruktur kapal tidak hanya mengurangi berat lambung, tetapi juga memancarkan dan menerima gelombang elektromagnetik pada frekuensi yang telah ditentukan dengan melindungi lapisan selektif frekuensi yang tertanam di antara lapisan untuk melindungi gelombang elektromagnetik radar musuh. Sebagai contoh, kapal penjelajah kelas "skjold" yang dibangun oleh Angkatan Laut Norwegia pada tahun 1999 menggunakan komposit sandwich yang terdiri dari lapisan inti busa polivinil klorida, serat kaca, dan antara lapisan serat karbon. Desain ini tidak hanya meningkatkan rasio kekuatan terhadap berat, tetapi juga memiliki ketahanan benturan yang baik. Kinerjanya juga sangat meningkatkan karakteristik pemindaian magnetik rendah, anti-inframerah, dan anti-radar. Fregat kelas Visby Swedia, yang ditugaskan pada tahun 2000, semuanya menggunakan material komposit serat karbon, yang memiliki fungsi khusus untuk mengurangi berat, radar, dan siluman ganda inframerah.
Penerapan tiang komposit yang diperkuat serat karbon pada kapal telah berkembang secara bertahap. Kapal LPD-17, yang mulai beroperasi di Amerika Serikat pada tahun 2006, menggunakan tiang komposit canggih berbahan inti serat karbon/balsa. Berbeda dengan tiang terbuka aslinya, LPD-17 menggunakan sistem penginderaan/tiang tertutup penuh (AEM/S) baru. Bagian atas tiang komposit serat karbon ini dilapisi material permukaan selektif frekuensi (FSS), yang memungkinkan gelombang dengan frekuensi tertentu untuk melewatinya, sementara bagian bawahnya dapat memantulkan gelombang radar atau diserap oleh material penyerap radar. Oleh karena itu, tiang ini memiliki fungsi siluman dan deteksi radar yang baik. Selain itu, berbagai antena dan peralatan terkait terintegrasi secara seragam dalam strukturnya, sehingga tidak mudah terkorosi, dan lebih kondusif untuk perawatan peralatan. Angkatan Laut Eropa telah mengembangkan tiang sensor terintegrasi tertutup serupa yang terbuat dari serat kaca nanofiber yang dikombinasikan dengan serat karbon sebagai penguat. Tiang ini memungkinkan berbagai berkas radar dan sinyal komunikasi saling berpapasan tanpa gangguan, dengan tingkat kehilangan sinyal yang sangat rendah. Pada tahun 2006, tiang ATM berteknologi canggih ini digunakan pada kapal induk "Royal Ark" milik Angkatan Laut Inggris.
Komposit serat karbon juga dapat digunakan dalam aspek lain dari kapal. Misalnya, dapat digunakan sebagai baling-baling dan sistem poros propulsi dalam sistem propulsi untuk mengurangi efek getaran dan kebisingan lambung kapal, dan sebagian besar digunakan pada kapal pengintai dan kapal pesiar cepat. Komposit ini dapat digunakan sebagai kemudi pada mesin dan peralatan, beberapa perangkat mekanis khusus, dan sistem perpipaan. Selain itu, tali serat karbon berkekuatan tinggi juga banyak digunakan pada kabel kapal perang angkatan laut dan perlengkapan militer lainnya.
1.2 Kapal pesiar sipil
Yacht besar umumnya dimiliki secara pribadi dan mahal, membutuhkan bobot yang ringan, kekuatan tinggi, dan daya tahan. Komposit serat karbon dapat digunakan pada panel instrumen dan antena yacht, kemudi, dan struktur yang diperkuat seperti dek, kabin, dan sekat kapal. Yacht komposit tradisional sebagian besar terbuat dari FRP, tetapi karena kekakuan yang kurang memadai, lambung kapal seringkali terlalu berat setelah memenuhi persyaratan desain kekakuan, dan serat kaca bersifat karsinogenik, yang secara bertahap dilarang di luar negeri. Proporsi komposit serat karbon yang digunakan pada yacht komposit saat ini telah meningkat secara signifikan, dan beberapa bahkan telah menggunakan komposit serat karbon. Misalnya, super-yacht "Panama" double-barge dari Baltic, lambung dan deknya dilapisi dengan kulit serat karbon/resin epoksi, sarang lebah Nomex dan inti busa struktural CorecellTM, lambungnya memiliki panjang 60 m. Namun, berat totalnya hanya 210 ton. Sunreef 80 Levante, katamaran serat karbon yang dibangun oleh Sunreef Yachts, perusahaan katamaran Polandia, menggunakan komposit sandwich resin vinil ester, busa PVC, dan komposit serat karbon. Tiang tiang terbuat dari komposit serat karbon khusus, dan hanya sebagian lambungnya yang menggunakan FRP. Berat tanpa beban hanya 45 ton. Kecepatan tinggi, konsumsi bahan bakar rendah, dan performa luar biasa.
Kapal pesiar "Zhongke·Lianya" yang dibangun pada tahun 2014 saat ini merupakan satu-satunya kapal pesiar berbahan serat karbon murni di Tiongkok. Kapal pesiar ini ramah lingkungan, terbuat dari kombinasi serat karbon dan resin epoksi. Kapal pesiar ini 30% lebih ringan daripada kapal pesiar fiberglass sejenis dan memiliki kekuatan yang lebih tinggi, kecepatan yang lebih tinggi, dan konsumsi bahan bakar yang lebih rendah.
Selain itu, kabel dan kabel yacht menggunakan tali serat karbon berkekuatan tinggi untuk memastikan keamanan. Karena serat karbon memiliki modulus tarik yang lebih tinggi daripada baja dan kekuatan tarik beberapa kali atau bahkan puluhan kali lipat, serta memiliki sifat anyaman serat, tali serat karbon digunakan sebagai bahan dasar, yang dapat menggantikan tali kawat baja dan tali polimer organik. Insufficient.z
2. Aplikasi dalam pengembangan energi laut
2.1 Ladang minyak dan gas bawah laut
Dalam beberapa tahun terakhir, material komposit serat karbon telah menjadi semakin banyak digunakan di bidang pengembangan minyak dan gas laut. Korosi di lingkungan laut, geser tinggi, dan geser kuat yang disebabkan oleh aliran air bawah laut memberlakukan persyaratan ketat pada ketahanan korosi, kekuatan dan sifat kelelahan material. Komposit serat karbon memiliki keuntungan yang jelas dalam ringan, tahan lama dan anti-korosi dalam pengembangan ladang minyak lepas pantai: platform pengeboran kedalaman air 1500m memiliki kabel baja dengan massa sekitar 6500t, sedangkan kepadatan komposit serat karbon adalah baja biasa. 1/4, jika material komposit serat karbon digunakan untuk mengganti bagian dari baja, kapasitas beban platform pengeboran akan berkurang secara signifikan, dan biaya konstruksi platform akan dihemat. Gerakan bolak-balik batang pengisap akan dengan mudah menyebabkan kelelahan material karena tekanan yang tidak seimbang antara air laut dan tekanan di dalam tabung. Memecah, dan menggunakan material komposit serat karbon dapat memecahkan masalah ini; karena ketahanan korosi lingkungan air laut, masa pakainya di air laut lebih lama dari baja, dan kedalaman penggunaannya lebih dalam.
Komposit serat karbon dapat digunakan sebagai pipa sumur produksi, batang penghisap, tangki penyimpanan, pipa bawah laut, dek, dll. pada anjungan pengeboran ladang minyak. Proses manufakturnya terbagi menjadi proses pultrusi dan proses penggulungan basah. Pultrusi umumnya digunakan pada pipa umum dan pipa penghubung. Metode penggulungan umumnya digunakan pada permukaan tangki penyimpanan dan bejana tekan, dan juga dapat digunakan pada pipa fleksibel anisotropik di mana material komposit serat karbon dililitkan dan disusun pada sudut tertentu pada lapisan pelindung.
Batang pengisap kontinu dari material komposit serat karbon memiliki struktur seperti pita yang mirip dengan film dan memiliki fleksibilitas yang baik. Diproduksi dan diterapkan oleh Amerika Serikat pada 1990-an. Terbuat dari serat karbon sebagai serat penguat dan resin tak jenuh sebagai bahan dasar. Diproduksi dengan proses pultrusi setelah curing ikatan silang pada suhu tinggi. Dari tahun 2001 hingga 2003, Tiongkok menggunakan batang pengisap serat karbon dan batang pengisap baja biasa di ladang minyak balok murni untuk membuat pilot. Penggunaan batang pengisap serat karbon dapat secara signifikan meningkatkan keluaran minyak dan mengurangi beban motor, yang lebih hemat energi. Selain itu, batang pengisap komposit serat karbon lebih tahan terhadap kelelahan dan ketahanan korosi daripada batang pengisap baja, dan lebih cocok untuk aplikasi dalam pengembangan ladang minyak bawah laut.
2.2 Tenaga angin lepas pantai
Sumber daya tenaga angin yang melimpah di laut merupakan area penting untuk pengembangan di masa depan dan bidang teknologi tenaga angin yang paling maju dan menuntut. Garis pantai Tiongkok sekitar 1800 km dan terdapat lebih dari 6.000 pulau. Pantai tenggara dan wilayah kepulauan kaya akan sumber daya angin dan mudah dikembangkan. Dalam beberapa tahun terakhir, upaya untuk mempromosikan pengembangan tenaga angin lepas pantai telah didukung oleh departemen terkait. Lebih dari 90% berat bilah tenaga angin terdiri dari material komposit. Angin kencang di laut dan pembangkitan daya yang tinggi pasti membutuhkan bilah yang lebih besar dan kekuatan serta daya tahan spesifik yang lebih baik. Jelas, material komposit serat karbon dapat memenuhi persyaratan pengembangan bilah pembangkit listrik berskala besar, ringan, berkinerja tinggi, dan berbiaya rendah, dan lebih cocok untuk aplikasi kelautan daripada material komposit serat kaca.
Komposit serat karbon memiliki keunggulan signifikan dalam pembangkit listrik tenaga angin laut. Bilah komposit serat karbon memiliki kualitas rendah dan kekakuan tinggi, dengan modulus 3 hingga 8 kali lipat dari produk serat kaca; kelembapan tinggi di lingkungan laut, iklim yang mudah berubah, dan kipas bekerja selama 24 jam. Bilah memiliki ketahanan lelah yang baik dan dapat menahan cuaca buruk. Hal ini meningkatkan kinerja aerodinamis bilah dan mengurangi beban pada menara dan poros, sehingga daya keluaran kipas lebih halus dan seimbang, serta meningkatkan efisiensi energi. Kinerja konduktif, melalui desain struktural khusus, dapat secara efektif menghindari kerusakan akibat sambaran petir pada bilah; mengurangi biaya produksi dan transportasi bilah turbin angin; dan memiliki karakteristik peredam getaran.
3.Aplikasi teknik kelautan
Material komposit serat karbon digunakan dalam bangunan teknik kelautan. Material ini terutama memanfaatkan karakteristik ringan, kekuatan tinggi, dan ketahanan korosi, serta menggantikan material bangunan baja tradisional dalam bentuk tendon dan komponen struktural untuk mengatasi masalah tingginya biaya transportasi baja erosi air laut. Material ini telah diaplikasikan pada bangunan terumbu karang lepas pantai, dermaga, anjungan terapung, menara lampu, dan sebagainya. Penggunaan komposit serat karbon untuk restorasi teknik dimulai pada tahun 1980-an, dan Mitsubishi Chemical Corporation dari Jepang memimpin penelitian tentang sifat mekanik komposit serat karbon dan aplikasinya dalam perkuatan teknik. Fokus penelitian awal adalah perkuatan balok beton bertulang menggunakan komposit serat karbon, yang kemudian berkembang menjadi perkuatan dan penguatan berbagai teknik sipil. Perbaikan anjungan minyak lepas pantai dan pelabuhan dengan komposit serat karbon hanyalah salah satu aspek penerapannya. Terdapat banyak dokumen terkait. Perlu disebutkan bahwa perusahaan DFI AS menggunakan batang serat karbon untuk memperbaiki terminal Angkatan Laut Pearl Harbor. Pada saat itu, para teknisi menggunakan batang serat karbon yang inovatif untuk memperbaiki perkuatan tersebut. Dermaga yang diperbaiki dengan batang serat karbon ini dapat menahan baja 9 ton dari ketinggian 2,5 m. Dermaga ini dapat dilepas tanpa kerusakan, dan efek peningkatannya terlihat jelas.
Dalam hal penerapan komposit serat karbon di bidang teknik kelautan, terdapat pula jenis perbaikan dan penguatan pipa atau kolom bawah laut. Metode perawatan tradisional seperti pengelasan, perbaikan las, klem, grouting, dll. memiliki keterbatasan tersendiri, dan penggunaannya di lingkungan kelautan lebih terbatas. Perbaikan komposit serat karbon terutama terbuat dari material resin berkekuatan tinggi dan berdaya rekat tinggi seperti kain serat karbon dan resin epoksi, yang direkatkan pada permukaan perbaikan. Hasilnya tipis dan ringan, berkekuatan tinggi, tahan lama, mudah dikonstruksi, dan mudah beradaptasi dengan berbagai bentuk. Keunggulannya sangat signifikan.
Waktu posting: 23-Mar-2019