Deniz Mühendisliği Uygulamalarında Fiber-Reinforced Plastiklerin Özellikleri
Fiber-reinforced plastikler (FRPs) modern deniz mühendisliğinin temel bir taşı haline geldi, büyük deniz rüzgar türbinleri ve deniz gemilerinin son dereceleri ile tahrik edilen, korozyon, ağırlık ve yorgunluk sorunları çözmek için FRP'lere giderek daha fazla direnç gösterdi.
Fiber-Reinforced Plastikler Nedir?
Bir FRP kompozit iki temel bileşenden oluşur: bir yeniden başlatma fiber ve bir matrix malzemesi. Fiberler mekanik yükün çoğunu taşırken, matrixler fiberleri bir araya getirir ve onları çevre saldırısı ile korurlar. Deniz uygulamaları, ortak yeniden teşvik eden fiberler, cam (E-cam, S-cam), karbon (standart mod), ve arasiyonlar, yüksek mod), ve subfomid (Kevlar, Twaron).
Deniz Ortamlarında FRP'lerin Anahtar Avantajları
Korozyon Direnişi ve Uzun
Belki de deniz mühendisliğinde FRP'leri seçmek için en zorlayıcı sebep, FRP'lerin galvanic ve elektrokimyasal korozyona karşı doğal bağışıklıklarıdır.Örneğin, FRP hulls ticari balıkçı tekneleri üzerinde pahalı koruyucu kaplamalar ve kablolamalar, veya alüminyum, bu da en az onarım ile acı çekebiliyor ve aynı hizmette sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık kullanılan çelik hulls.
Yüksek Güç-Weight Orantı
FRPs, ağırlığın bir kısmında birçok metalle karşılaştırılabilir güç ve sertlik sağlar. Tipik bir cam-reinforced polyester laminat, özel güç sunar (güç/düşüklüğü) yapısal çeliklere ve temellere göre önemli ölçüde daha yüksek performanslı uygulamalar sağlar. Yüksek performanslı uygulamalarda, karbon fiber kompozitler ağırlıkları %50 veya daha hızlı hızlara kıyasla azalır, daha yüksek maaşlara yol açar ve daha yüksek yakıt verimliliği sağlar.
Tasarım Flexability and Kompleks Geometries
FRP'ler, metallerin yerleştirilmesi veya kaynaklanmasıyla oluşturulur, hidrodinamik şekilleri optimize edebilir, örnek olarak, tek bir FRP kalıpları, onlarca metal bileşeninin yerini alabilir ve kopyalayabilirler - metalleri eklemek için gerekli olan pahalı makineler veya kaynak olmadan, balcomb çekirdeklerini optimize edebilir veya temel köpükleri daha genişleyebilir.
Elektrik ve Isı Yalıtımı
Metalik yapılardan farklı olarak, FRP'ler elektriksel olarak yayılmaz ve düşük termal iletkenliğe sahiptir. Bu, deniz elektrik muhafazaları için avantajlıdır, FRP'ler sıcak veya soğuk sıvılar taşıyan boru sistemleridir.
Şükrü Direnişi
Kompozitler genellikle metallere kıyasla mükemmel yorgunluk performansı sergilemektedir. Çevrimdışı yüklemede - dalga kaynaklı hull bükme veya pervane mili vibrasyonu gibi -FRPs, önemli bir sertlik kaybı olmadan milyonlarca döngüsü sürdürebilir, özellikle de karbon fiber kompozitler, yüksek döngüsünde yüksek döngüsünde alüminyum ve çelikler için kritik öneme sahiptir.
Mekanik ve Çevre Meydanları
Etki Direnişi ve Zorluk
FRPs gerginlikte güçlü olsa da, hasarları etkileyebilirler - özellikle de düşük seviyeli etkiler büsten, pisliklerden veya düşmüş aletlerden kaçınılabilir. Birçok termoset reçinesinin morarma doğası, tasarımcılara daha fazla çatlakları veya fiber kırılmasına neden olabilir, yüzeyde görünür değil.Bu "barely görünür etkilenebilir" (BVID) yüksek çözünürlükte de sıkıştırılabilir ve sıkıştırılamaz bir şekilde zayıflığa yol açar.Bu, tasarımcılara daha fazla zarar verebilirler.
UV Degradasyon
Güneş ultraviyole (UV) radyasyonu polimer matrixini küçülttü, yüzeye dürtük, mikroküreme ve parlaklık kaybı, bu hemen yapısal bütünlüğü tehlikeye atmıyorken, UV- jel kaplamaları ile daha derin hasarlar sağlanmalıdır.
Su Absiyon ve Osmosis
Deniz suyunun ısıtılması kaçınılmaz olarak, silikonun temizlenmesini sağlayan polimer matrixine nemlendirici yol açar ve bu problem, osmosis'i azaltır ve iç stresler yaratır. Kötü derecede iyileştirici veya düşük kaliteli kimyasallar, su kaynaklı kimyasallar kullanarak büyük ölçüde azaltılabilir ve form osmotic susazlar - jel ceketlerini kaldıran çelikler, vinyl esterler ve doğru bir şekilde üretim kontrolleri için kalır.
Ateş, duman ve toksiklik
Organik polimer matriksler yangında kullanılabilir.FRPs, düşük sigara içme ve hamaller için sık sık sık seçilir. Yolcu gemileri, deniz gemileri ve deniz tesisleri modülleri için, yangın düzenlemeleri, yangın bariyerleri ile kullanımlarını talep eder - hatta elektriksel yangın koruma tabakaları ile dolu. Phenolic reçineleri genellikle düşük duman ve alevler için seçilir, ancak daha fazla nem alır.
Yeniden kullanılabilirlik ve Katılmak
Hasarlı FRP yapıları kaynak çeliklerinden daha karmaşıktır. Kompozit onarımlar dikkatli yüzey hazırlığı gerektirir, fiber yönelim ve reçine kimyası ile uyum sağlar ve kontrollü kıvrım koşulları ile kontrol edilir. Alan ortamlarda, bu, FRP bileşenlerine birbirleriyle veya metal yapılarına katılmak, metallere yük vermek için özel dikkat gerektirir ve nemlendirmeye karşı nemlendirmeye karşı. Bolted eklemler laminatı ezerek ve bağdaştırılır.
Core Materials and Fiber Tipleri
Cam Fibers
E-cam (elektrikli cam) deniz FRP'lerinde en yaygın takviyedir, çünkü düşük maliyet ve yeterli mekanik özellikler. S-cam yüksek performanslı yarış hulls ve askeri uygulamalar için idealdir. Glass fiberler asit ortamlarda stres korozyona karşı hassastır, ancak genel deniz kullanımı için iyi performans gösterir.
Karbon Fiber
Karbon fiber kompozitler, herhangi bir pratik takviye katmanının en yüksek spesifik sertlik ve çekme gücünü sunar. Metallerle temas halindeyken daha fazla miktarda metal, cam kumaş veya epoxy kaplamaları) karbon ve alüminyum veya çelik arasında yer almalıdır.
Aramid Fibers
Aramid (örneğin, Kevlar 49) mükemmel sertlik ve etki direnci sağlar, bu da, fibrous doğası nedeniyle alanları yararlı hale getirir. Ayrıca, hibrit kompozitlerde de yararlanılabilir olan negatif bir ısı genişletme katsayısı vardır. Aramid, karbondan daha hassastır ve nemlendiricidir ve fibrous doğası nedeniyle makineyi kesmek zordur.
Polimer Matin Sistemleri
Polyester Askılar
Orthophthalic polyester, kritik olmayan deniz parçaları için standart düşük maliyetli bir reçinedir, ancak su absorpsiyonuna eğilimlidir ve sınırlı korozyon direncine sahiptir. Isophthalic polyester hull laminatlar için tercih edilir ve daha iyi hidrolysis direnci sunar. Polyester reçinesi, büzücü ve yaygara ile tedavi eder.
1965 Ester Askıları
1024, polyester ve epoxy arasındaki boşlukları köprüler, üstün kimyasal ve nem direnci sunuyor. Genellikle yüksek performanslı hulls, piping ve korozyona dayanıklı ekipman için kullanılır.115 Laminat laminatlar daha az küçültülüyor ve daha az osmotic susssiyonlar sunar.
Epeyterler
Epoxies, en yüksek mekanik özellikleri, süpürme ve su ve kimyasallara karşı direnç sağlar. Çoğu karbon fiber bileşeni için zorunludur ve deniz ve havacılık deniz uygulamalarında yaygın olarak kullanılır. Epoxies daha pahalı, hassas karışım oranları gerektirir ve genellikle yüksek sıcaklık tedavilerine ihtiyaç duyar.
Deniz FRPs için Üretim Süreçleri
Hand Lay-Up ve Sprey-Up
En eski ve en esnek yöntem, fiber matları taklit etmek veya daha yüksek ayrıştırma oranları kullanarak yıkamak içerir. Çalışmak yoğundur ve tutarsız kalın ve fiber içerik üretir, ancak bir parça ve onarımlar için uygundur.
Vakumlu -Assisted Pump (VARTM)
VARTM, büyük deniz yapıları için hulls, güverteler ve rüzgar türbinleri bıçakları gibi baskın süreçtir. Kuru fiber önformlar bu şekilde, bir vakum çantası ile kaplı ve reçine, yüksek fiber hacim, düşük boşluk içeriği ve mükemmel tekrarlanabilirlik.TM ayrıca çalışan maruz kalmalarını azaltır.
Pre-preg Lay-Up ve Autoclave Curing
Sıkı toleranslar ve maksimum mekanik performans gerektiren bileşenleri için - yarış yat yığınları veya askeri radomes gibi - bu yöntemin tüm hulls için uygun hale getirilmesi ve yüksek çözünürlükte tedavi edilmesi. Pre-gs, hassas reçine içeriği ve çok düşük kar yağışı sunar. Autoklavel boyut sınırları, bu yöntemi zorlaştırılabilir fiber çarşaflar için ama küçük, yüksek yüklü öğeler için idealdir.
Marine FRP Structures için tasarım göz önüne alınır
Sandviç İnşaatı
Birçok deniz FRP yapıları hafif bir temel kullanır -balsa, kapalı-cell PVC köpük veya balkomb - iki ince deri arasında, bu sandviç düzenlemesi, minimum kilo kazanarak sertlik ve esnek güç hızla artırır. Cores ayrıca enerji absorbe eder ve ısı yalıtımı sağlar.
Ortak ve Bağlantı Tasarımı
FRP bileşenleri yükleme yollarını ve stres konsantrasyonlarını dikkatli bir şekilde dikkate almak gerekir. Bonded eklemler, FRP'yi metale bağlarken, yumuşak eklemler için, büyük pompalı yıkamaları, 3-4 kat deliği daha az uzak mesafeler kullanmak ve bir fiber-zengin tabakayı kesmek için yüzeye dahil etmek gerekir.FRP'yi metale bağlarken, bir mühürleyici ve cam veya polimer izolasyon tabakasını önlemek için.
Çevresel Kazanılan Derece
Marine FRPs, ilgili standartlara (örneğin, küçük zanaat için ISO 12215, gemiler için DNV GL kuralları veya ABS gereksinimleri) test edilmelidir. Anahtar testler yüksek sıcaklıklarda su immersion, UV maruziyeti, etki testi ve yangın reaksiyonları (presyon, duman yoğunluğu) ile ilgili olarak yapılır.
Deniz Mühendisliği Uygulamaları
Hull Construction
FRP hulls, küçük to orta zanaat pazarına hükmetmiştir - tekneler, balıkçı gemileri, devriye tekneleri ve yatlar. Büyük FRP savaş gemilerinin fizibilitesini geleneksel olarak düşürdü, ancak karbon fiberleri ve deniz korvetleri içine yükseltmektedir. ABD Donanması'nın M80 Stiletto ve İsveç Visby sınıfı, geniş karbon fiberleri kullanıyor, büyük FRP savaş gemilerinin fizibilitesini gösteriyor.
Offshore Platform Bileşenleri
Petrol ve gaz platformları üzerinde, FRPs, sertleştirici, elrail, kablo tepsileri, yürüyüş yolları, pudra ve borular için kullanılır. Bu bileşenler tuzlu su ışına karşı direnç gösterir ve resim gerektirmez. Glass-reinforced vinyl ester, yangın güvenli grating için seçim malzemesidir, deniz yangın düzenlemeleri için uygundur.
Su Yapıları ve Boru hatları
FRP'ler deniz su alımı boruları için, dışlayıcılar ve korozyon direnci nedeniyle tünel astarları için kullanılır. Karbon fiber-reinforced polimer (CFRP) deniz kombinleri, boru hatları ve boru hatları güçlendirerek, sıcak çalışma olmadan yapısal üyeleri güçlendirmek için kullanılır. Sualtı onarımı cam veya karbon fiberden yapılmış ve hızlı bir şekilde betonarme ile dönüştürülebilir çelik yığınlara güç geri dönebilir.
Süper yapılar ve Decks
Yolcu gemilerinde ve ferries'te, FRP süper yapılar üst ağırlıkları azaltır, stabilite ve yolcu konforunu geliştirir. Decks, mobilya ve kapılar FRP'nin kalıplanabilirlik ve yangına dayanıklı notlardan yararlanır.
Yaşam ve Sürdürülebilirlik
FRPs, düşük bakımla uzun hizmet yaşam boyu hizmet sunar, enerji kurtarma ile katkıda bulunur, ancak, son derece hayattaki tasarruf, matrix ve fiber kurtarmanın gerisinde kalır.Deniz endüstrisi aynı şekilde termoplastikler ve doğal fiberler (flax, hemp) gibi, Avrupa Birliği'nin tek kullanımlık plastikleri azaltmak için, biyo bazlı reçineleri ve doğal fiberleri de araştırıyor.
Future Trendleri
Devam eden gelişmeler, sürekli fiber kompozitlerin üretimi için uygun yüksek seviyeli süreçler içeriyor. Elektrikli ve hidrojen destekli gemiler batarya ağırlığını dengelemek için daha fazla optimize edilmiş, FRP'nin yapısal sağlık izleme için gömülü sensörlerle akıllı kompozitler de dahil ediyor.
FRP seçimi, tasarım ve deniz ortamlarında test, FRPT'ye danışın:0)CompositesWorld endüstrisi genel bakış) .Ş.T:2.ABS Yapı ve Sınıflandırmak için Rehberlik Gemileri, ve FRPT:0) FRP materyallerine ilişkin bilgi kaynağı)