Karbon fiber kompozit malzeme, karbon fiber ve reçine, metal, seramik ve diğer matrislerden oluşan fiber takviyeli bir malzemedir. Hafifliği, yüksek mukavemeti, yüksek sıcaklık dayanımı vb. özellikleri nedeniyle son yıllarda havacılık, spor ve eğlence sektörlerinde, yüksek hızlı trenlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca otomotiv ve inşaat mühendisliği alanlarında da kullanılmaktadır. Karbon fiber kompozit malzemeler, yüksek mukavemeti ve yüksek dayanıklılığı sayesinde mükemmel yorulma direnci, korozyon direnci ve mükemmel yapı performansına sahiptir ve bu da onları malzeme özelliklerinde özel gereksinimleri olan denizcilik uygulamaları için uygun hale getirir. Dikkat! Son yıllarda karbon fiber kompozitler, gemi inşasında, açık deniz enerji geliştirmede ve deniz mühendisliği onarımında giderek daha önemli bir rol oynamaktadır.
1.Gemiye Başvuru
Karbon fiber kompozitler, geleneksel gemi yapım malzemelerine göre doğal bir avantaja sahiptir. İlk olarak, karbon fiber kompozitler iyi mekanik özelliklere sahiptir. Gövde, hafif ağırlık ve düşük yakıt tüketimi özellikleriyle üretilir ve yapım süreci nispeten basit, çevrim süresi kısa ve kalıplama işlemi kolaydır, bu nedenle yapım ve bakım maliyeti çelik gemilere göre çok daha düşüktür. Aynı zamanda, karbon fiber ve reçine matrisi arasındaki arayüz, çatlak yayılmasını etkili bir şekilde önleyebildiğinden, malzeme iyi bir yorulma direncine sahiptir; ayrıca, karbon fiber yüzeyinin kimyasal inertliği nedeniyle, gövde, su organizmalarının epifitik olarak zor üremesini sağlayan ve korozyona dayanıklı özelliklere sahiptir, bu da gemi yapımı için de geçerlidir. Malzeme seçiminde en önemli faktörlerden biri. Bu nedenle, karbon fiber kompozit malzemeler gemi yapımında benzersiz kapsamlı performans avantajlarına sahiptir ve artık bu alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Aynı zamanda, karbon fiber endüstrisinin gelişimi, uygulama alanının genişlemesiyle desteklenmiştir.
1.1Askeri gemiler
Karbon fiber kompozitler iyi akustik, manyetik ve elektriksel özelliklere sahiptir: şeffaf, ses geçirgen ve manyetik değildir, bu nedenle savaş gemilerinin gizlilik performansını iyileştirmek için kullanılabilirler. Geminin üst yapısında kompozit malzemelerin kullanılması, gövdenin ağırlığını azaltmakla kalmaz, aynı zamanda düşmanın radar elektromanyetik dalgalarını korumak için ara katmana yerleştirilmiş frekans seçici katmanı koruyarak önceden belirlenmiş bir frekansta elektromanyetik dalgaları iletir ve alır. Örneğin, Norveç Donanması tarafından 1999 yılında inşa edilen "skjold" sınıfı kruvazör, polivinil klorür köpük çekirdek katmanı, cam elyafı ve karbon fiber ara katmanından oluşan bir sandviç kompozit kullanmıştır. Bu tasarım, yalnızca mukavemet-ağırlık oranını iyileştirmekle kalmaz, aynı zamanda iyi bir darbe direncine de sahiptir. Performans ayrıca düşük manyetik, anti-kızılötesi ve anti-radar tarama özelliklerini de büyük ölçüde geliştirir. 2000 yılında hizmete giren İsveç Visby sınıfı fırkateynlerinin tamamı, ağırlık azaltma, radar ve kızılötesi çift gizlilik gibi özel işlevlere sahip karbon fiber kompozit malzemeler kullanmaktadır.
Gemilerde karbon fiber takviyeli kompozit direklerin kullanımı giderek yaygınlaşmaktadır. 2006 yılında Amerika Birleşik Devletleri'nde hizmete giren LPD-17 gemisi, karbon fiber/Balsa çekirdekli gelişmiş kompozit kompozit direk kullanmaktadır. Orijinal açık direğin aksine, LPD-17 yeni, tamamen kapalı bir direk/algılama sistemi (AEM/S) kullanmaktadır. Bu karbon fiber kompozit direğin üst kısmı, belirli bir frekanstaki dalgaların geçmesine izin veren frekans seçici yüzey malzemesi (FSS) ile kaplıdır ve alt yarısı radar dalgalarını yansıtabilir veya radar emici malzemeler tarafından emilebilir. Bu nedenle, iyi radar gizliliği ve tespit işlevlerine sahiptir. Ayrıca, çeşitli antenler ve ilgili ekipmanlar, aşınması kolay olmayan ve ekipmanın bakımı için daha elverişli olan yapıda düzgün bir şekilde birleştirilmiştir. Avrupa Donanması, takviye olarak karbon fiber ile birleştirilmiş nanofiberden yapılmış cam elyafından yapılmış benzer bir kapalı entegre sensör direği geliştirmiştir. Bu, çeşitli radar ışınlarının ve iletişim sinyallerinin birbirinden rahatsız edilmeden geçmesine izin verir ve kayıp son derece düşüktür. Bu ileri teknoloji ürünü ATM, 2006 yılında İngiliz Donanması'nın "Royal Ark" uçak gemisinde kullanıldı.
Karbon fiber kompozitler geminin diğer kısımlarında da kullanılabilir. Örneğin, gövdenin titreşim etkilerini ve gürültüsünü azaltmak için tahrik sisteminde pervane ve tahrik şaftı sistemi olarak kullanılabilir ve çoğunlukla keşif gemilerinde ve hızlı yolcu gemilerinde kullanılır. Makine ve ekipmanlarda, bazı özel mekanik cihazlarda ve boru sistemlerinde dümen olarak kullanılabilir. Ayrıca, yüksek mukavemetli karbon fiber halatlar, deniz savaş gemilerinin kablolarında ve diğer askeri malzemelerde de yaygın olarak kullanılmaktadır.
1.2Sivil yatlar
Büyük yatlar genellikle özel mülkiyete ait olup pahalıdır ve hafiflik, yüksek mukavemet ve dayanıklılık gerektirir. Karbon fiber kompozitler, yatların gösterge kadranlarında ve antenlerinde, dümenlerinde ve güverte, kabin ve gemi bölmeleri gibi güçlendirilmiş yapılarda kullanılabilir. Geleneksel kompozit yatlar çoğunlukla FRP'den yapılır, ancak yetersiz rijitlik nedeniyle gövde, rijitlik tasarım gerekliliklerini karşıladıktan sonra bile genellikle çok ağırdır ve cam elyafı kanserojendir ve bu da yurt dışında kademeli olarak yasaklanmıştır. Günümüz kompozit yatlarında kullanılan karbon fiber kompozitlerin oranı önemli ölçüde artmıştır ve hatta bazıları karbon fiber kompozitler kullanmaktadır. Örneğin, Baltic'in çift mavnalı süper yatı "Panama"da gövde ve güverte karbon fiber/epoksi reçine kaplama, Nomex petek ve CorecellTM yapısal köpük çekirdek ile kaplanmıştır ve gövde 60 metre uzunluğundadır. Ancak toplam ağırlık yalnızca 210 tondur. Polonyalı katamaran şirketi Sunreef Yachts tarafından üretilen karbon fiber katamaran Sunreef 80 Levante, vinil ester reçine sandviç kompozitler, PVC köpük ve karbon fiber kompozitler kullanıyor. Direk bomları özel karbon fiber kompozitlerden oluşuyor ve gövdenin sadece bir kısmında FRP kullanılıyor. Boş ağırlığı sadece 45 ton. Yüksek hız, düşük yakıt tüketimi ve mükemmel performans.
2014 yılında inşa edilen "Zhongke·Lianya" yatı, şu anda Çin'deki tek tamamen karbon fiber yattır. Karbon fiber ve epoksi reçine kombinasyonundan yapılmış yeşil bir yattır. Aynı tipteki fiberglas yatlardan %30 daha hafiftir ve daha yüksek mukavemet, daha yüksek hız ve daha düşük yakıt tüketimi sunar.
Ayrıca, yatın halatları ve halatları güvenliği sağlamak için yüksek mukavemetli karbon fiber halatlar kullanır. Karbon fiber, çeliğinkinden daha yüksek bir çekme modülüne ve birkaç kat, hatta onlarca kat daha fazla çekme mukavemetine sahip olduğundan ve elyafın dokuma özelliğine sahip olduğundan, karbon fiber halat, çelik tel halat ve organik polimer halatların yerini alabilecek bir temel malzeme olarak kullanılır.
2. Deniz enerjisinin geliştirilmesinde uygulama
2.1 Denizaltı petrol ve gaz sahaları
Son yıllarda, karbon fiber kompozit malzemeler deniz petrol ve gazı geliştirme alanında giderek daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Deniz ortamındaki korozyon, suyun ters akıntısından kaynaklanan yüksek kesme ve güçlü kesme, malzemenin korozyon direnci, mukavemeti ve yorulma özellikleri konusunda sıkı gereklilikler getirir. Karbon fiber kompozitler, açık deniz petrol sahalarının geliştirilmesinde hafiflik, dayanıklılık ve korozyon önleme açısından bariz avantajlara sahiptir: 1500 m su derinliğindeki bir sondaj platformunda yaklaşık 6500 ton kütleli bir çelik kablo bulunurken, karbon fiber kompozit yoğunluğu sıradan çeliktir. 1/4, karbon fiber kompozit malzeme çeliğin bir kısmını değiştirmek için kullanılırsa, sondaj platformunun yük kapasitesi önemli ölçüde azalacak ve platformun inşaat maliyetinden tasarruf edilecektir. Emme çubuğunun ileri geri hareketi, deniz suyu ile borunun içindeki basınç arasındaki dengesiz basınç nedeniyle kolayca malzeme yorgunluğuna yol açacaktır. Karbon fiber kompozit malzemenin kırılması ve kullanılması bu sorunu çözebilir; Deniz suyu ortamının korozyon direnci nedeniyle deniz suyundaki kullanım ömrü çelikten daha uzundur ve kullanım derinliği daha fazladır.
Karbon fiber kompozitler, petrol sahası sondaj platformlarında üretim kuyusu boruları, emme çubukları, depolama tankları, denizaltı boru hatları, güverteler vb. olarak kullanılabilir. Üretim süreci pultrüzyon ve ıslak sarma olmak üzere iki bölüme ayrılır. Pultrüzyon genellikle sıradan borularda ve bağlantı borularında kullanılır. Sarma yöntemi genellikle depolama tankının ve basınç kabının yüzeyi olarak kullanılır ve ayrıca karbon fiber kompozit malzemenin zırh tabakasında belirli bir açıyla sarılıp yerleştirildiği anizotropik esnek bir boruda da kullanılabilir.
Karbon fiber kompozit malzemeden üretilen sürekli emme çubuğu, film benzeri şerit benzeri bir yapıya sahiptir ve iyi esnekliğe sahiptir. 1990'lı yıllarda Amerika Birleşik Devletleri tarafından üretilmiş ve uygulamaya konulmuştur. Takviye lifi olarak karbon fiberden, taban malzemesi olarak ise doymamış reçineden yapılmıştır. Yüksek sıcaklıkta çapraz bağlama kürleme işleminden sonra pultrüzyon işlemiyle üretilir. 2001-2003 yılları arasında Çin, saf kiriş petrol sahasında pilot üretmek için karbon fiber emme çubuğu ve sıradan çelik emme çubuğu kullanmıştır. Karbon fiber emme çubuğunun kullanımı, yağ çıkışını önemli ölçüde artırabilir ve motorun yükünü azaltarak daha fazla enerji verimliliği sağlar. Dahası, karbon fiber kompozit emme çubuğu, çelik emme çubuğuna göre yorulma ve korozyon direncine daha dayanıklıdır ve deniz altı petrol sahalarının geliştirilmesinde kullanılmaya daha uygundur.
2.2 Açık deniz rüzgar enerjisi
Denizdeki bol rüzgar enerjisi kaynakları, gelecekteki gelişmeler için önemli bir alan ve rüzgar enerjisi teknolojisinin en gelişmiş ve zorlu alanıdır. Çin'in kıyı şeridi yaklaşık 1.800 km'dir ve 6.000'den fazla ada bulunmaktadır. Güneydoğu kıyıları ve ada bölgeleri rüzgar kaynakları açısından zengindir ve geliştirilmesi kolaydır. Son yıllarda, açık deniz rüzgar enerjisinin geliştirilmesini teşvik etme çabaları ilgili birimler tarafından desteklenmiştir. Rüzgar enerjisi kanatlarının ağırlığının %90'ından fazlası kompozit malzemelerden oluşmaktadır. Denizdeki güçlü rüzgarlar ve yüksek güç üretimi, daha büyük kanatlar ve daha iyi özgül mukavemet ve dayanıklılık gerektirir. Açıkçası, karbon fiber kompozit malzemeler büyük ölçekli, hafif, yüksek performanslı, düşük maliyetli enerji üretim kanatlarının geliştirilmesinin gereksinimlerini karşılayabilir ve deniz uygulamaları için cam elyaf kompozit malzemelerden daha uygundur.
Karbon fiber kompozitler, deniz rüzgar enerjisi üretiminde önemli avantajlara sahiptir. Karbon fiber kompozit kanat, düşük kalite ve yüksek rijitliğe sahiptir ve modülü cam elyaf ürünün 3 ila 8 katıdır; deniz ortamında nem oranı yüksektir, iklim değişkendir ve fan 24 saat çalışır. Kanat, iyi bir yorulma direncine sahiptir ve kötü hava koşullarına dayanıklıdır. Kanadın aerodinamik performansını artırır ve kule ile aks üzerindeki yükü azaltarak fanın çıkış gücünün daha düzgün ve dengeli olmasını ve enerji verimliliğinin artırılmasını sağlar. Özel yapısal tasarımı sayesinde iletkenlik performansı, kanatta yıldırım düşmesinin neden olduğu hasarı etkili bir şekilde önleyebilir; rüzgar türbini kanadının üretim ve nakliye maliyetini düşürür ve titreşim sönümleme özelliklerine sahiptir.
3.Deniz mühendisliği uygulamaları
Karbon fiber kompozit malzemeler deniz mühendisliği yapılarında kullanılır. Ağırlıklı olarak hafiflik, yüksek mukavemet ve korozyon direnci özelliklerini kullanırlar ve deniz suyu erozyon çeliği ve nakliyesinin yüksek nakliye maliyeti sorununu çözmek için kirişler ve yapısal parçalar şeklinde geleneksel çelik yapı malzemelerinin yerini alırlar. Açık deniz ada resif yapılarında, rıhtımlarda, yüzer platformlarda, ışık kulelerinde vb. uygulanmıştır. Karbon fiber kompozitlerin mühendislik restorasyonunda kullanımı 1980'lerde başlamış ve Japonya'dan Mitsubishi Chemical Corporation, karbon fiber kompozitlerin mekanik özellikleri ve mühendislik takviyesindeki uygulamaları konusunda araştırma yapmada öncülük etmiştir. İlk araştırma odağı, daha sonra çeşitli inşaat mühendisliği yapılarının takviyesi ve takviyesine dönüşen karbon fiber kompozitler kullanılarak betonarme kirişlerin takviyesiydi. Açık deniz petrol platformları ve limanlarının karbon fiber kompozitlerle onarımı, uygulamasının yalnızca bir yönüdür. Bununla ilgili birçok belge bulunmaktadır. ABD'li DFI şirketinin, Donanma Pearl Harbor terminalini onarmak için karbon fiber çubuklar kullandığını belirtmek gerekir. O dönemde teknisyenler, takviyeyi onarmak için yenilikçi karbon fiber çubuklar kullanmışlardır. Karbon fiber çubukla onarılan iskele, 2,5 metre yükseklikten 9 tonluk çeliğe dayanabilir. Hasar görmeden düşer ve güçlendirme etkisi açıkça görülür.
Karbon fiber kompozitlerin deniz mühendisliğindeki uygulamalarına gelince, denizaltı boru hatları veya kolonlarının onarım ve güçlendirmesi de mevcuttur. Kaynak, kaynak iyileştirme, kelepçe, enjeksiyon vb. gibi geleneksel bakım yöntemlerinin kendi sınırlamaları vardır ve bu yöntemlerin deniz ortamında kullanımı daha kısıtlıdır. Karbon fiber kompozitlerin onarımı, esas olarak karbon fiber kumaş ve epoksi reçine gibi yüksek mukavemetli ve yüksek yapışma özelliğine sahip reçine malzemelerden yapılır. Bu malzemeler onarım yüzeyine yapıştırılır, bu nedenle ince ve hafiftir, yüksek mukavemetlidir, dayanıklılığı iyidir, yapımı kolaydır ve farklı şekillere uyarlanabilir. Önemli bir avantaja sahiptir.
Gönderi zamanı: 23 Mart 2019