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无处不在的碳纤维复合材料专题:船舶工程领域
时间:2021年04月01日 来源:本站原创  作者:佚名 浏览次数:

在小船、游艇、大型舰艇以及其他船舶领域,碳纤维的应用正在取得进展。碳纤维是用于船舶领域的理想材料,因为它可以减少船体振动,保持船舶之间良好的无线通信环境等。

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此外,使用碳纤维的最重要原因是这种材料可以通过减轻重量,提高船舶的速度和燃油经济性。例如,通过采用碳纤维增强复合材料(CFRP)完全替代玻璃纤维复合材料(GFRP),可使船体的重量减少至原来30%。

下图显示了碳纤维及其复合材料在游艇中的应用,通过在上层结构与甲板装置中使用CFRP,可进一步减轻重量、提高船舶的稳定性;碳纤维传动轴也可以实现减轻重量、减少震动;碳纤维在螺旋桨叶片中也有潜在的广泛应用。

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船舶领域传统上多使用GFRP材料,由于GFRP采用的织物材料等中间基材形式及其成型工艺同样可以适用于CFRP,因此可以很容易地船舶原始GFRP部件由CFRP来替代。

在大多数飞机和体育应用中基体树脂将近一半采用了环氧树脂,与之有所不同的是,在船舶领域,大多数CFRP用基体树脂材料采用的是不饱和聚酯或乙烯基酯树脂。为了拓展船舶领域,一些公司如日本东丽开发出可提供与乙烯基酯树脂更高粘合强度的碳纤维,并且将其用于广泛的船舶应用中。

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CFRP不仅具有高比强度和高比模量,还可以利用CFRP的减振性能来提高船体的固有振动频率,如通过在安装了发动机和辅助设备等区域使用CFRP,可有效减少由发动机和辅助设备操作引起的船体振动。

此外,CFRP的导电性也能得到充分利用,通过使用CFRP包裹无线通信室的墙壁,可以达到40dB或更高的屏蔽效果。这意味着,通过使用CFRP便能够解决诸如因电磁波透过而引起的引擎以及辅机的噪音妨碍船舶无线通信这样的问题了。

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此外,船舶领域大量使用了碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维织物等组合的混合复合材料。通过使用复合材料进行最佳设计,可以实现目标性能和综合平衡的成本,例如使用传统的玻璃纤维复合材料时,通过仅在需要刚性的区域使用碳纤维,就可以实现优化的复合材料组合,既满足了性能要求,又降低了成本。

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