Aplikace námořních kompozitních materiálů (uhlíkové vlákno/sklolaminát/aramid)
V současné době jsou kompozitní materiály z uhlíkových vláken široce používány v letectví, sportu a volném čase, automobilovém průmyslu, energetice životního prostředí, stavebnictví a dalších oborech a rozsah jejich použití je téměř všude. Mezi nimi, v malých člunech, jachtách, velkých lodích a jiných lodních polích, postupují aplikace uhlíkových vláken. Uhlíkové vlákno je ideálním materiálem pro námořní aplikace, protože může snížit vibrace trupu, udržovat dobré prostředí bezdrátové komunikace mezi loděmi atd.
Kromě toho je nejdůležitějším důvodem pro použití uhlíkových vláken to, že materiál může zlepšit rychlost a spotřebu paliva lodí snížením hmotnosti. Například nahrazením kompozitů ze skleněných vláken (GFRP) kompozity vyztuženými uhlíkovými vlákny (CFRP) lze snížit hmotnost trupu.
Použití uhlíkových vláken a jejich kompozitních materiálů v jachtách prostřednictvím použití CFRP v nástavbě a palubním vybavení může dále snížit hmotnost a zlepšit stabilitu lodi; hnací hřídele z uhlíkových vláken mohou také snížit hmotnost a snížit vibrace; uhlíková vlákna v listech vrtule Existují také potenciální rozsáhlé aplikace.
Již ve 1940 používalo americké námořnictvo kompozitní materiály ke stavbě malých lodí, což otevřelo novou kapitolu ve stavbě lodí. V polovině-1950 let bylo stanoveno, že lodě pod 16 metrů musí být vyrobeny z kompozitních materiálů. S rozvojem materiálové vědy, zlepšením konstrukčních metod a aplikačních forem použily Spojené státy v roce 1994 kompozitní materiály k sestrojení 68.{5}}metrů dlouhé minolovky třídy „Avenger“. Hlubinná průzkumná loď postavená v roce 1996 je vyrobena z kompozitních materiálů vyztužených grafitovými vlákny pro její plášť a hloubka ponoru lodi může dosáhnout 6096 m. „Stiletto“ s kódovým označením M80 vyrobený v roce 2006 je nejnovější vysokorychlostní stealth testovací motorový člun a zároveň největší trup tvořený uhlíkovými vlákny. Při délce 24,4 m a šířce 12,2 m je ponor pouze 0,9 m a výtlak 67 t, což umožňuje rychlému člunu snadno dosáhnout vyšší rychlosti. Americká jaderná ponorka třídy Los Angeles také používá nový typ kompozitního materiálu k výrobě sonarové kopule, která je 7,6 m dlouhá, 8,1 m v maximálním průměru a má vynikající výkon. Americké námořnictvo také vyvíjí vojensky vybavené lodě na tradiční vznášedla. Konvenční vznášedlo používá jako základní materiál hliníkové tuhé skořepiny podobné letadlům, zatímco společnost American All Terrain Amphious Hovercraft Company (ATLAS Hovercraft) vyvinula celokompozitní vznášedlo nazvané AH-100-P, které je navrženo pro 150 členů posádky.
Jako hlavní země ve výrobě kompozitních lodí v Asii začalo Japonsko stavět FRP lodě již v roce 1953. V 70. letech 20. století začaly japonské rybářské lodě hojně používat FRP. Od té doby Japonsko každý rok vyrobilo desítky tisíc rybářských lodí FRP. stále dokonalejší. Dnes se japonská produkce FRP řadí ke špičce na světě a samotná spotřeba FRP u námořních motorových rybářských lodí představuje 76,3 procenta. Zároveň ve vývoji a výrobě vysoce výkonných kompozitních materiálů, jako jsou uhlíková vlákna, zaujímá Japonsko také významnou pozici ve světě. Její vysoce výkonné lodě, závodní lodě a luxusní jachty nyní široce využívají vysoce výkonné kompozitní materiály z uhlíkových vláken.
Uhlíkové vlákno má dva typy vysoké pevnosti a vysokého modulu. Má vlastnosti vysoké tuhosti, vysoké meze kluzu a vysoké pevnosti v ohybu. Obecně se používá při výrobě vysoce výkonných a vysokorychlostních lodí. Japonské uhlíkové vlákno se prodává po celém světě a používá se především při výrobě rychlých motorových člunů, vysoce výkonných závodních člunů, luxusních jachet a dalších lodí.
Aramidové vlákno se vyznačuje vysokou měrnou pevností, vysokou houževnatostí, odolností proti nárazu a neprůstřelností a používá se pro lodní komponenty s vysokými požadavky na tah, aktivní zatížení a neprůstřelnost. Vzhledem k nízké pevnosti v ohybu v tlaku není vhodný pro výrobu trupů s vysokým tlakem a vysokým ohybem a je vhodný pouze pro lodě s přísnými hmotnostními limity.
Při zvažování nákladů na výrobu člunů se za předpokladu splnění konstrukčních požadavků objevila konstrukční metoda využívající hybridní vláknité kompozitní materiály. Smíšené použití různých materiálů vyztužených vlákny překonává některé nedostatky jednovláknového kompozitního materiálu, zlepšuje fyzikální a mechanické vlastnosti a dále zlepšuje navrhovatelnost materiálu. Dvourozměrné a trojrozměrné tkaniny tvořené výztužnými materiály lze vyrábět podle konstrukčních potřeb, aby splňovaly pevnost, výkon mezi vrstvami a mezi vrstvami lodí a dále dosáhly požadavků na nízkou hmotnost a vysokou pevnost pro lodě.
Vzhledem k nízké hmotnosti kompozitních materiálů plánuje americké námořnictvo použít v prostoru pohonu fenolické kompozitní materiály vyztužené sklem, včetně válců, hlav válců, olejových van, krytů vaček, podpůrných válečků, ozubených kol pro regulaci rychlosti a vodních čerpadel, oleje čerpadla a řemenice lodních dieselových motorů. Počkejte.
Některé mechanické prvky hladinových lodí mohou být i z kompozitních materiálů a v trendu snižování hmotnosti trupu je na pořadu dne i redukce hmotnosti komponentů pro přenos síly pohonného systému. Typicky na vysokorychlostních lodích, kde 2 nebo 4 vysokorychlostní dieselové motory pohání vodní paprsek přes redukční převodovku, se vzdálenost mezi naftovým motorem a převodovkou nebo mezi převodovkou a vodním paprskem zkracuje. Zejména v úzkém prostoru katamaránu je potřeba 4 vznětové motory střídavě rozmístit a výkon vyvíjený předním vznětovým motorem musí být přenášen přes zadní vznětový motor. Proto to vyžaduje převodovku s nejnižší hmotností a nejmenším počtem součástí. Použitím hnacího hřídele vyrobeného z trubkového materiálu z uhlíkových vláken lze snadno dosáhnout účelu snížení hmotnosti součástí převodovky.
Mezi hlavní výhody hnacích hřídelí z CFRP patří: výrazné snížení hmotnosti hnací hřídele; vysoká kritická rychlost, obvykle není třeba uspořádat ložiska na dlouhém hřídeli, snížit počet ložisek, snížit náklady, snížit hřídel, snížit díly, ušetřit náklady na podpěry ložisek a snížit hmotnost; odolnost proti korozi, nízký magnetický signál, elektrický signál, ochrana proti opotřebení, může snížit hluk ve struktuře a vzduchu o 520 dB. (Zdroj: Easy Composites / Composites Xintiandi)
