Termoplastilise süsinikkiu eelised ja juhised mererakendustes.
Maa, mille ellujäämine sõltub, on ligikaudu 70% ulatuses kaetud veega, sealhulgas ookeanid, lahed, järved ja muud veekogud. Mõned uuringud viitavad sellele, et oleme pärit ookeanist, kus on ka kujuteldamatult palju ressursse. Nende ressursside arendamiseks ja ookeanist ammutamiseks pole vaja mitte ainult arenenud tehnoloogiaid ja seadmeid, vaid ka mitmesuguseid tugeva vee- ja korrosioonikindlusega materjale.
Traditsioonilised metallmaterjalid, nagu teras ja alumiiniumsulamid, seisavad merekeskkonnas pikaajalisel kasutamisel silmitsi korrosiooni- ja roosteprobleemiga. Lisaks on neil metallidel suur tihedus, mis toob kaasa olulisi väljakutseid töötlemisel ja kõrgemaid transpordikulusid. Lisaks võib hooldus ja asendamine olla üsna keeruline. Klaaskiust ja süsinikkiust komposiitide kasutuselevõtt meretehnika rakendustes on tulevikku suunatud ja praktiline algatus.
Praegu kasutatakse termoreaktiivseid süsinikkiudmaterjale üha enam sellistes valdkondades nagu merekaablid, sildumissüsteemid, turbiinilabad, surveanumad ja seadmete remont. Süsinikkiutehnoloogia edusammudega on termoplastsed süsinikkiud kontseptsioonilt reaalsusesse läinud, pakkudes termoreaktiivsete süsinikkiudude ees kõikehõlmavaid jõudluse eeliseid. Tulevikus eeldatakse, et need toimivad mererakendustes veelgi paremini.
Termoplastilise süsinikkiu eelised mererakendustes
1.Mehaanilised omadused: Mehaanilised omadused hõlmavad selliseid parameetreid nagu tõmbetugevus, tõmbemoodul, paindetugevus ja nihketugevus, mis esindavad materjali üldise jõudluse erinevaid mõõtmeid. Näiteks CF/PEEK tõmbetugevus on kuni 1900 MPa, tõmbemoodul kuni 110 GPa, paindetugevus kuni 125 MPa, survetugevus kuni 1000 MPa ja nihketugevus kuni 75 MPa, mis näitab teiste komposiitmaterjalidega võrreldes paremat jõudlust.
2. Korrosioonikindlus: Süsinikkiud võivad normaalselt toimida 50% vesinikkloriidhappes, väävelhappes ja fosforhappes ilma deformeerumist või kahjustusi tekitamata. Termoplastsete süsinikkiudkomposiitide vaigumaatriksi korrosioonikindlus varieerub oluliselt sõltuvalt kasutatava vaigu tüübist, kusjuures polüeeter-eeterketoonil (PEEK) on hea korrosioonikindlus. Lisaks võivad õiged töötlemismeetodid mingil määral suurendada termoplastsete süsinikkiudude korrosioonikindlust. Pinnatöötlus võib parandada komposiitide liidese tugevust, vähendada poorsust ja struktuurseid defekte, muutes söövitavate ainete läbitungimise ja hajumise raskemaks.
3. Veekindel ja niiskuskindel: Termoplastse vaigu maatriksitel on tavaliselt madal niiskuse neeldumine, mis aitab vältida mehaaniliste omaduste halvenemist niiskuse mõjul. Termoplastsete süsinikkiust komposiitide tootmisprotsessid hõlmavad sageli selliseid meetodeid nagu survevalu või survevalu, mis võivad pakkuda ühtsemat ja ühtlasemat materjali jõudlust, sealhulgas vee- ja niiskuskindlaid omadusi, võrreldes termoreaktiivsete komposiitidega.
Termoplastilise süsinikkiu eelised mererakendustes
1.Mehaanilised omadused: Mehaanilised omadused hõlmavad selliseid parameetreid nagu tõmbetugevus, tõmbemoodul, paindetugevus ja nihketugevus, mis esindavad materjali üldise jõudluse erinevaid mõõtmeid. Näiteks CF/PEEK tõmbetugevus on kuni 1900 MPa, tõmbemoodul kuni 110 GPa, paindetugevus kuni 125 MPa, survetugevus kuni 1000 MPa ja nihketugevus kuni 75 MPa, mis näitab teiste komposiitmaterjalidega võrreldes paremat jõudlust.
2. Korrosioonikindlus: Süsinikkiud võivad normaalselt toimida 50% vesinikkloriidhappes, väävelhappes ja fosforhappes ilma deformeerumist või kahjustusi tekitamata. Termoplastsete süsinikkiudkomposiitide vaigumaatriksi korrosioonikindlus varieerub oluliselt sõltuvalt kasutatava vaigu tüübist, kusjuures polüeeter-eeterketoonil (PEEK) on hea korrosioonikindlus. Lisaks võivad õiged töötlemismeetodid mingil määral suurendada termoplastsete süsinikkiudude korrosioonikindlust. Pinnatöötlus võib parandada komposiitide liidese tugevust, vähendada poorsust ja struktuurseid defekte, muutes söövitavate ainete läbitungimise ja hajumise raskemaks.
3. Veekindel ja niiskuskindel: Termoplastse vaigu maatriksitel on tavaliselt madal niiskuse neeldumine, mis aitab vältida mehaaniliste omaduste halvenemist niiskuse mõjul. Termoplastsete süsinikkiust komposiitide tootmisprotsessid hõlmavad sageli selliseid meetodeid nagu survevalu või survevalu, mis võivad pakkuda ühtsemat ja ühtlasemat materjali jõudlust, sealhulgas vee- ja niiskuskindlaid omadusi, võrreldes termoreaktiivsete komposiitidega.
3. Kasutamine surveanumates: Surveanumad on veealuste seadmete (nt sukelaparaadid ja purilennukid) põhikomponendid. Nende laevade peamine disainieesmärk on saavutada piisav struktuurne mehaaniline jõudlus, minimeerides samal ajal kaalu. Termoplastse süsinikkiu kasutamine surveanumates võib pakkuda eeliseid, nagu suurem töösügavus, kergem kaal ja väiksem erikaal kogu struktuuri jaoks.
4. Rakendus mere puhta energia struktuurides ja seadmetes: Hiinal, mida mõlemalt poolt ääristavad mered, on ohtralt avamere tuulevarusid. Tuuleenergia tootmine on puhas ja keskkonnasõbralik uus energiatööstus ning nõudlus selles valdkonnas on märkimisväärne. Tuuleturbiinide labade tootmine sõltub suuresti süsinikkiust komposiitmaterjalidest. Hinnanguliselt võib 2025. aastaks nõudlus süsinikkiu järele tuuleenergia sektoris ületada 93 000 tonni ja termoplastsetel süsinikkiududel võib selle nõudluse rahuldamisel olla täiendav roll. Termoplastse süsinikkiust komposiitmaterjalide jäikus on 2–3 korda suurem kui klaaskiudkomposiitmaterjalidel, samas kui nende tihedus ja mass on üldiselt võrreldavad, mistõttu need sobivad turbiini keskosade valmistamiseks.
5. Rakendus merekonstruktsioonide parandamisel ja tugevdamisel: Merekonstruktsioonid töötavad keerulises ja karmis merekeskkonnas, mis on pidevalt allutatud töökoormusele ja keskkonnamõjudele. Nende kasutusea jooksul on vältimatu, et tekivad konstruktsiooni defektid, nagu väsimuspraod ja korrosiooniprobleemid. Merekonstruktsioonide parandamisel ja tugevdamisel on laialdaselt kasutatud termoplastilisi süsinikkiust komposiite, millel on madal tihedus, kõrge tugevus, korrosioonikindlus, ehituse lihtsus, soodsad väsimusomadused ja mittehäirivad mõjud konstruktsiooni terviklikkusele.
Ookeanides peituvad ressursid on tohutud ning praegustest inimtehnoloogilistest võimalustest ei piisa põhjalikuks ja ulatuslikuks uurimiseks. Kuna varem puudusid materjalid ja tehnoloogia, on meil nüüd suure jõudlusega materjalid, nagu süsinikkiud, ja tehnikad, mis suudavad taluda vee all leiduvat tohutut survet. Tehnoloogiate ja materjalide pideva arenguga saavad tõenäoliselt reaalsuseks püüdlused "taevas kuuni jõuda ja ookeanisügavustest kilpkonni püüda".
