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造船业

高强度的游艇和汽艇船身

产业

造船业是最古老的工业之一,经历了从埃及到现代的长久发展历史。随着技术的发展,造船的材料不断更新:从覆盖着皮革或树皮的编制构架,到高强度的现代化的碳纤维复合材料。

轻型的船身是高速和燃油有效消耗的保障

使用碳纤维复合材料的优势

在造船业使用特性至关重要:轻便、强度、刚性、耐水性。使用以碳纤维为基础的复合材料能够生产出满足维护船舶需求,并能够减少消耗的产品。

在造船业使用碳纤维复合材料的优势在于,能够生产出带有少量连接结点的大尺寸零件。这不但能减轻构件的重量,还能提高刚性,在一些情况下提高强度。

在造船业使用以碳纤维为基础的复合材料的优势:

  • 轻重量
  • 高强度
  • 高耐蚀性
  • 耐磨损性
  • 高疲劳强度

碳纤维和其他材料技术参数比较:

纤维类型




拉伸强度,MPa 拉伸弹性模量, GPa 断裂伸长率, % 密度, g/cm3
碳纤维(以聚丙烯腈前体为基础) 高强度标准模量 3500-5000 200-280 1.4-2.0 1.75-1.80
高强度中等模量 4500-7000 280-325 1.7-2.1 1.73-1.81
高模量 3500-5000 325-450 0.7-1.4 1.75-1.85
超高模量 2500-4000 450-600 0.7-1.0 1.85-1.95
玻璃纤维 E-玻璃 2500-3800 70-75 4.5-4.7 2.5-2.7
S-玻璃 4000-4500 80-90 5.0-5.3 2.5
有机纤维 芳纶纤维 3000-3600 60-180 2.4-3.6 1.45
聚乙烯纤维 200-3000 5-170 3-80 0.96
钢纤维 高强度 1200-2800 200 3.5 7.8
防锈 800-2000 190 3.0 7.8
玄武岩纤维 3000-4800 90-110 3.0 2.6-2.8
硼纤维 3500-4000 350-400 0.5-0.7 2.6

使用


船舶和潜水艇的作业环境严酷,因为船身一直受到水、盐和其它矿物质的损害。

目前已开始生产船身全部由碳纤维复合材料制造的双体船和游轮。这样的船在俄罗斯、挪威、丹麦、法国和其它国家制造。使用以碳纤维为基础的复合材料平均能够降低船重量的30–40 %,提高至少20 %的冲击强度,增加至少50 %的使用期限。

历史

上个世纪中叶开始在造船业使用玻璃纤维复合材料,后来被碳纤维替代。

诞生于1961年的以碳纤维为基础的复合材料让工业发生了改变。现代复合材料是传统材料的极佳替代品,复合材料具有极高的使用强度和疲劳强度,高耐蚀性和耐化学性。

Углеволоконные композиты позволяют снизить вес судна на 30-40%

经验

复合材料最常用于修建尺寸不大的游艇和游轮。这样的船舶具有独特的外形和较轻的重量,从而能够节省燃油。

碳纤维复合材料还用于修建大型的项目。比如,世界上最大的帆船 «游艇A»的长达143米的船身使用插入碳纤维的钢铁制成(以达到减轻重量的目的)。三根100米厂的桅杆全部使用碳纤维制造,号称是世界上最高的由复合材料制成的独立式物体。

结论


以碳纤维为基础的复合材料不久前开始用于机器制造业,并积极替代传统的建筑和设计材料。

现代船舶机器制造业的重要任务之一是在保障设计安全和耐蚀性的情况下,降低材料用量。碳纤维复合材料成功的完成了这些任务,使船舶变得更轻便、更坚固、耐水性更强。