Prednosti i smjernice termoplastičnih karbonskih vlakana u pomorskim primjenama.
Zemlja o kojoj ovisimo za opstanak pokrivena je s otprilike 70% vode, uključujući oceane, zaljeve, jezera i druge vodene površine. Neka istraživanja sugeriraju da potječemo iz oceana, koji također sadrži nezamislive količine resursa. Za razvoj i vađenje ovih resursa iz oceana nisu potrebne samo napredne tehnologije i oprema, već i različiti materijali s jakom otpornošću na vodu i koroziju.
Tradicionalni metalni materijali, kao što su čelik i aluminijske legure, suočavaju se s problemom korozije i hrđe kada se koriste u morskom okruženju dulje vrijeme. Osim toga, ovi metali imaju veliku gustoću, što dovodi do značajnih izazova u obradi i viših troškova transporta. Nadalje, održavanje i zamjena također mogu biti prilično teški. Uvođenje kompozita od staklenih vlakana i ugljičnih vlakana u brodogradnju je napredna i praktična inicijativa.
Trenutačno se termoreaktivni materijali od karbonskih vlakana sve više koriste u područjima kao što su pomorski kabeli, sustavi za sidrenje, lopatice turbina, tlačne posude i popravak opreme. S napretkom u tehnologiji ugljičnih vlakana, termoplastična ugljična vlakna prešla su iz koncepta u stvarnost, nudeći sveobuhvatne prednosti izvedbe u odnosu na termoreaktivna ugljična vlakna. U budućnosti se očekuje da će imati još bolje rezultate u pomorskim primjenama.
Prednosti termoplastičnih karbonskih vlakana u pomorskim primjenama
1. Mehanička svojstva: Mehanička svojstva obuhvaćaju parametre kao što su vlačna čvrstoća, vlačni modul, čvrstoća na savijanje i smična čvrstoća, koji predstavljaju različite dimenzije cjelokupne izvedbe materijala. Na primjer, CF/PEEK ima vlačnu čvrstoću do 1900 MPa, vlačni modul do 110 GPa, čvrstoću na savijanje do 125 MPa, tlačnu čvrstoću do 1000 MPa i čvrstoću na smicanje do 75 MPa, pokazujući vrhunsku izvedbu u usporedbi s drugim kompozitnim materijalima.
2. Otpornost na koroziju: Ugljična vlakna mogu normalno funkcionirati u 50% klorovodičnoj kiselini, sumpornoj kiselini i fosfornoj kiselini bez deformiranja ili oštećenja. Otpornost na koroziju matrice smole u termoplastičnim kompozitima od karbonskih vlakana značajno varira ovisno o vrsti korištene smole, pri čemu polieter eter keton (PEEK) pokazuje dobru otpornost na koroziju. Osim toga, odgovarajuće tehnike obrade mogu donekle poboljšati otpornost termoplastičnih karbonskih vlakana na koroziju. Površinski tretmani mogu poboljšati međufašnu čvrstoću vezivanja kompozita, smanjiti poroznost i strukturne nedostatke, otežavajući prodiranje i difuziju korozivnih medija.
3. Otporan na vodu i vlagu: Matrice od termoplastične smole obično imaju nisku apsorpciju vlage, što pomaže u sprječavanju degradacije mehaničkih svojstava uslijed izlaganja vlazi. Proizvodni procesi za termoplastične kompozite od ugljičnih vlakana često uključuju metode kao što su kompresijsko prešanje ili injekcijsko prešanje, koje mogu pružiti dosljedniju i ujednačeniju izvedbu materijala, uključujući karakteristike vodootpornosti i otpornosti na vlagu, u usporedbi s termoreaktivnim kompozitima.
Prednosti termoplastičnih karbonskih vlakana u pomorskim primjenama
1. Mehanička svojstva: Mehanička svojstva obuhvaćaju parametre kao što su vlačna čvrstoća, vlačni modul, čvrstoća na savijanje i smična čvrstoća, koji predstavljaju različite dimenzije cjelokupne izvedbe materijala. Na primjer, CF/PEEK ima vlačnu čvrstoću do 1900 MPa, vlačni modul do 110 GPa, čvrstoću na savijanje do 125 MPa, tlačnu čvrstoću do 1000 MPa i čvrstoću na smicanje do 75 MPa, pokazujući vrhunsku izvedbu u usporedbi s drugim kompozitnim materijalima.
2. Otpornost na koroziju: Ugljična vlakna mogu normalno funkcionirati u 50% klorovodičnoj kiselini, sumpornoj kiselini i fosfornoj kiselini bez deformiranja ili oštećenja. Otpornost na koroziju matrice smole u termoplastičnim kompozitima od karbonskih vlakana značajno varira ovisno o vrsti korištene smole, pri čemu polieter eter keton (PEEK) pokazuje dobru otpornost na koroziju. Osim toga, odgovarajuće tehnike obrade mogu donekle poboljšati otpornost termoplastičnih karbonskih vlakana na koroziju. Površinski tretmani mogu poboljšati međufašnu čvrstoću vezivanja kompozita, smanjiti poroznost i strukturne nedostatke, otežavajući prodiranje i difuziju korozivnih medija.
3. Otporan na vodu i vlagu: Matrice od termoplastične smole obično imaju nisku apsorpciju vlage, što pomaže u sprječavanju degradacije mehaničkih svojstava uslijed izlaganja vlazi. Proizvodni procesi za termoplastične kompozite od ugljičnih vlakana često uključuju metode kao što su kompresijsko prešanje ili injekcijsko prešanje, koje mogu pružiti dosljedniju i ujednačeniju izvedbu materijala, uključujući karakteristike vodootpornosti i otpornosti na vlagu, u usporedbi s termoreaktivnim kompozitima.
3. Primjena u posudama pod tlakom: Tlačne posude su ključne komponente podvodnih uređaja kao što su ronilice i jedrilice. Primarni cilj dizajna ovih plovila je postići dovoljnu strukturnu mehaničku izvedbu uz smanjenje težine. Korištenje termoplastičnih karbonskih vlakana u posudama pod tlakom može pružiti prednosti kao što su veća radna dubina, manja težina i manja specifična težina za cjelokupnu strukturu.
4. Primjena u pomorskim strukturama i opremi za čistu energiju: Kina, s obje strane okružena morima, ima bogate resurse pučinskog vjetra. Proizvodnja energije vjetra je čista i ekološki prihvatljiva nova energetska industrija i postoji značajna potražnja u ovom području. Proizvodnja lopatica vjetroturbina uvelike se oslanja na kompozite od karbonskih vlakana. Procjenjuje se da bi do 2025. potražnja za ugljičnim vlaknima u sektoru energije vjetra mogla premašiti 93,000 tona, a termoplastična ugljična vlakna mogla bi igrati dodatnu ulogu u zadovoljavanju te potražnje. Krutost termoplastičnih kompozitnih materijala od ugljičnih vlakana je 2 do 3 puta veća od kompozita od staklenih vlakana, dok su njihova gustoća i masa općenito usporedive, što ih čini prikladnima za proizvodnju srednjih dijelova turbina.
5. Primjena u popravcima i ojačanjima brodskih konstrukcija: Pomorske konstrukcije rade u složenim i surovim morskim okruženjima, kontinuirano podvrgnute operativnim opterećenjima i okolišnim stresovima. Tijekom njihovog vijeka trajanja neizbježno je da će se pojaviti strukturni nedostaci, kao što su pukotine nastale zamorom i problemi s korozijom. Termoplastični kompoziti od ugljičnih vlakana, sa svojom niskom gustoćom, visokom čvrstoćom, otpornošću na koroziju, lakoćom konstrukcije, povoljnim svojstvima na zamor i neometanim utjecajem na strukturni integritet, naširoko su primijenjeni u popravcima i pojačanju pomorskih struktura.
Resursi skriveni unutar oceana su golemi, a trenutne ljudske tehnološke sposobnosti još nisu dovoljne za temeljito i opsežno istraživanje. Prethodno su nam nedostajali materijali i tehnologija, a sada imamo materijale visokih performansi poput karbonskih vlakana, kao i tehnike sposobne izdržati goleme pritiske koji se nalaze pod vodom. Sa stalnim napretkom tehnologija i materijala, težnje za "dosezanjem mjeseca na nebu i hvatanjem kornjača iz dubina oceana" vjerojatno će postati stvarnost.
