高性能纤维复合材料在海洋中应用ppt
高性能纤维及复合材料
高性能纤维及复合材料
高性能纤维及复合材料是一种具有优异性能的材料,它们在航空航天、汽车、
船舶、体育器材、军事装备等领域都有着广泛的应用。高性能纤维及复合材料具有轻质、高强度、耐热、耐腐蚀等特点,因此备受青睐。本文将从高性能纤维及复合材料的种类、特点以及应用领域展开阐述。
首先,高性能纤维及复合材料主要包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等。碳纤
维具有高模量、高强度、低密度的特点,被广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。玻璃纤维具有良好的绝缘性能和化学稳定性,常用于建筑、船舶、电子等领域。芳纶纤维具有优异的耐热性和耐化学腐蚀性,广泛应用于防弹衣、航空发动机零部件等领域。
其次,高性能纤维及复合材料具有轻质、高强度、耐热、耐腐蚀等特点。这些
特点使得高性能纤维及复合材料在航空航天领域可以减轻飞机、航天器的重量,提高载荷能力和燃料效率;在汽车领域可以提高汽车的安全性能和燃油经济性;在船舶领域可以提高船舶的抗风浪能力和航行速度;在体育器材领域可以提高器材的性能和使用寿命;在军事装备领域可以提高装备的防护性能和机动性。
最后,高性能纤维及复合材料在航空航天、汽车、船舶、体育器材、军事装备
等领域都有着广泛的应用。在航空航天领域,高性能纤维及复合材料被用于制造飞机机身、航天器外壳等部件;在汽车领域,高性能纤维及复合材料被用于制造车身、发动机零部件等部件;在船舶领域,高性能纤维及复合材料被用于制造船体、船舶结构件等部件;在体育器材领域,高性能纤维及复合材料被用于制造滑雪板、自行车车架等器材;在军事装备领域,高性能纤维及复合材料被用于制造防弹衣、武器零部件等装备。
纤维增强复合材料
汽车工业
用于制造汽车车身、底 盘、发动机等部件,提 高车辆性能和安全性。
体育器材
用于制造高尔夫球杆、弓 箭、滑雪板等运动器材, 提高运动性能和舒适度。
建筑领域
用于制造桥梁、高层建筑 等结构的加强件,提高结
构强度和抗震性能。
02 纤维增强复合材料的制造 工艺
预浸料制备
选择合适的基体树脂
根据纤维和复合材料的性能要求,选 择适当的基体树脂,如环氧树脂、聚 酯树脂等。
通过改进生产工艺和设备, 降低生产成本,提高生产 效率。
原材料国产化
推动原材料的国产化进程, 降低原材料成本,提高供 应链的稳定性。
规模化生产
通过扩大生产规模,实现 规模经济效应,降低单位 产品的成本。
环境友好性与可持续发展
环保生产工艺
采用环保型的生产工艺和设备, 降低生产过程中的环境污染。
可循环利用
复合材料的结构设计
结构设计原则
根据使用要求和受力情况,合理设计 复合材料的层合结构、铺层角度和厚 度等,以提高复合材料的综合性能。
结构优化方法
采用有限元分析、实验等方法对复合 材料结构进行优化,降低应力集中和 损伤风险,提高复合材料的使用寿命 和安全性。
04 纤维增强复合材料的发展 趋势与挑战
新材料与新技术的发展
推动复合材料的循环利用,降低 废弃物的产生和对环境的负担。
海洋工程用高性能功能化复合材料产品开发及应用方案(一)
海洋工程用高性能功能化复合材料产品
开发及应用方案
一、背景
随着全球对海洋资源的开发与利用,海洋工程领域正在寻求性能更佳、成本更低、环保性更强的材料。传统的单一材料已不能满足现代海洋工程的需求,因此,开发高性能功能化复合材料产品成为行业内的迫切需求。本方案旨在针对这一问题,提出一套完整的海洋工程用高性能功能化复合材料产品开发及应用方案。
二、工作原理
本方案所涉及的高性能功能化复合材料产品主要由增强相、基体相和功能相三个部分组成。
1.增强相:采用高强度、高模量的碳纤维、玻璃纤维等作
为增强材料,以提高复合材料的强度和刚度。
2.基体相:采用环氧树脂、聚氨酯等高性能树脂作为基体,
以提供良好的韧性和耐候性。
3.功能相:根据实际应用需求,可添加阻尼材料、导电材
料、耐腐蚀材料等功能填料,赋予复合材料特殊性能。通过优化各相的组成和比例,实现复合材料的最佳性能。
三、实施计划步骤
1.市场调研与需求分析:对当前海洋工程用材料的市场需
求进行深入调研,明确产品应具备的性能和特点。
2.材料选择与配方设计:根据需求分析结果,选择合适的
增强相、基体相和功能相材料,并设计合理的配方。
3.实验室研究与制备:在实验室条件下,制备出样品,并
进行详细的性能测试和评估。
4.中试生产与验证:在小批量生产条件下,对产品进行实
际应用验证,收集反馈并调整配方。
5.规模生产与推广:经过验证成功后,进入规模生产阶段,
并进行市场推广。
四、适用范围
本方案所开发的高性能功能化复合材料产品适用于以下领域:
1.海洋油气开发:用于制造平台设施、管道、阀门等关键
海洋高分子材料
截面呈不规则的锯齿状且无较厚的皮层存 在,和普通粘胶纤维的截面比较相似。
一、海藻纤维的形态结构和 性能特点
2.海藻纤维的性能特点
生
物金
自 阻 燃
易高 去透 除氧
凝降 属 胶解 离 阻性 子 塞相 吸 性容 附
高 吸 湿 性
性性
二、海藻纤维及其面料等产品的开发和利用
二 甲壳素的主要生理功效
1、调节体液PH值(改变酸性体质)
人体正常PH值为7.35-7.45。 PH值高于7.45或者低于7.35,人体 就要发生病变。
现代医学研究证明:对人类健 康威胁最大的高血压、糖尿病、心 脑血管疾病、肿瘤等,都与体液的 酸化有关。
甲壳素的调节机理
甲壳素是唯一带有阳离子碱 性基团(—NH2)的人体 可吸收的动物纤维素,是一 种生物碱,能吸附酸性物质, 且性质稳定,能够在体液中 慢性起效,因此能够改善酸 性体质。
甲壳素的提取
• 虾(螃蟹)壳里各有三成左右的蛋白质、 碳酸钙和几丁质(chitin)。 用稀碱去除其蛋 白质,再用稀酸来排除碳酸钙,就能得到 较纯的几丁质(chitin)。 再将几丁质(chitin) 处理就变成了几丁聚醣(chitosan)。
从虾蟹壳中提取甲壳素的生产工艺
洗净虾蟹壳,用5%-6%的HCl在室温20℃下浸泡24小时, 不断搅拌以充分除去钙质,得沉淀物。
高性能纤维(碳纤维、芳纶纤维和聚乙烯超高分子纤维)
高性能纤维
一、中国高性能纤维复合材料需求将日渐强劲,尤其是航天航空、汽车、风电等领域。根据 JEC 集团研报显示,最近几年全球复合材料需求增长一半都在亚洲,亚洲尤其中国市场增长较快,预计到2013 年中国将占据全球复合材料市场增长 43%的份额;目前国内复合材料用于交通运输的比例相对比较小,只占5%,低于全球 24%平均水平;在工业设备领域比例为10%,也低于全球26%的平均水平。目前高性能纤维在飞机上的比例为50%-80%,波音公司预计到2025年中国运输飞机数量将是原有的3倍;国内风电和汽车领域需求旺盛,高性能纤维复合材料作为一种先进的轻质高强材料,符合风力发电机组大容量发展趋势,迎合汽车安全、轻型化发展方向。
二、世界三大高性能纤维:
1)碳纤维:目前全球碳纤维产能已供过于求,虽然国内碳纤维进口依赖率高达 83.9%,进口替代空间大,但国内碳纤维技术仍待突破,目前进口碳纤维产品价格已逼近国内生产成本。我们认为碳纤维价格若维持低位,将促进碳纤维在高端产业和工业领域中的普及应用,由于碳纤维每一级的深加工都有高幅度的增值,碳纤维下游复合材料企业将从中直接受益。
2)芳纶纤维:目前全球芳纶纤维整体已出现供过于求局面,但其中芳纶 1414 的供求形势依旧偏紧。国内芳纶纤维消费旺盛,年复合增长率约为 30%。我们认为,随着供给增加,国内高温滤料用芳纶 1313 或将出现产能过剩,芳纶 1313 在需有一定技术含量的防护领域、芳纶纸高端产品应用领域市场潜力大;国内芳纶1414 主要依靠进口,供给是关键。
新型复合材料在海洋工程中的应用
新型复合材料在海洋工程中的应用
一、引言
海洋工程领域中,设计和制造材料通常是对于工程师和科学家们的一个挑战。新型复合材料是一种在海洋应用中的重要材料。由于其明显的优点,新型复合材料在海洋工程领域中的应用越来越广泛。本文将阐述新型复合材料在海洋工程中的应用,重点讨论其优点和缺点,以及现有的应用领域。
二、新型复合材料的定义及分类
新型复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成,并且具有独特性质的材料。这些成分可以是纤维和树脂,或是不同类型的树脂、金属或玻璃等。根据不同的分类,新型复合材料可分为多种类型。常见的类型包括:
1、碳纤维复合材料(CFRP),由碳纤维和树脂组成,是一种轻质高强度、耐腐蚀的材料。有较好的机械性能,因此适用于高速艇、离岸平台、桥梁、飞机等场合。
2、玻璃纤维复合材料(GFRP),由玻璃纤维和树脂组成。该材料具有优异的抗腐蚀性、耐磨性和变形性能。在海洋工程中广泛应用于油罐、储罐、储槽等设备的制造。
3、有机玻璃复合材料(GRP),由聚合物和聚酯树脂制成,可用于套管、潜水艇、护板和各种管道的制造。
4、金属复合材料,由金属材料和耐热树脂制成,这种材料可
以承受高温和高压。
三、新型复合材料在海洋工程中的优点
新型复合材料在海洋工程中应用的优点必须得到重视。以下是
几种常见的优点:
1、低重量密度:具有很高的质量和强度,且自身重量很轻,
可减轻对海洋环境造成的影响。
2、抗腐蚀性强:由于海洋环境具有严酷的腐蚀性,资源的匮乏,新型复合材料逐渐取代了以钢铁为代表的传统材料。新型复
合材料可以改善构造物的耐久性和维修周期,从而延长其使用寿命,减少对环境的负面影响。
纤维增强复合材料在船舶和海洋工程中的运用徐海锋
纤维增强复合材料在船舶和海洋工程中的运用徐海锋
发布时间:2021-11-03T06:06:13.629Z 来源:《建筑学研究前沿》2021年16期作者:徐海锋[导读] 随着我国经济建设的快速发展,我国加大对于各行业的发展力度,推动我国提前进入现代化发展阶段。我国不断提高海洋经济发展力度,为了促进海洋经济快速发展,需要加强基础设施建设,在海洋工程建设过程中主要利用钢筋混凝土。因为海洋环境中存在较多的有害介质,可能会侵蚀钢筋,导致钢筋发生锈蚀问题,钢筋体积不断膨胀,最终剥落混凝土,影响到钢筋混凝土的耐久性。因此,在船舶和
海洋工程中需要利用纤维增强复合材料,通过充分发挥纤维增强复合材料的优势,促进海洋工程快速发展。中国船级社实业有限公司湛江分公司
摘要:随着我国经济建设的快速发展,我国加大对于各行业的发展力度,推动我国提前进入现代化发展阶段。我国不断提高海洋经济发展力度,为了促进海洋经济快速发展,需要加强基础设施建设,在海洋工程建设过程中主要利用钢筋混凝土。因为海洋环境中存在较多的有害介质,可能会侵蚀钢筋,导致钢筋发生锈蚀问题,钢筋体积不断膨胀,最终剥落混凝土,影响到钢筋混凝土的耐久性。因此,在船舶和海洋工程中需要利用纤维增强复合材料,通过充分发挥纤维增强复合材料的优势,促进海洋工程快速发展。
关键词:纤维增强复合材料;船舶和海洋工程;运用
引言
高科技技术的快速发展加速我国整体经济建设的发展进程,很多先进技术运用到我国各行业的发展中,助其自身更为快速。纤维增强复合材料具有高强度,低密度,抗疲劳,可设计性强等优点,自从被开发出来后便迅速在船舶和海洋现代工程领域得到广泛应用。
新型材料在海洋工程中的应用
新型材料在海洋工程中的应用海洋是人类探索的新领域,也是资源储备的新天地。海洋工程
是专门针对海洋环境中的建筑、设备、机器等各种工程,它的存
在和发展对于国际航运贸易、海洋能源的开发利用以及国防安全。在海洋工程过程中,新型材料的应用是必不可少的。
新型材料是指具有新颖结构和性能的材料,它们具备高强度、
轻量化、抗腐蚀、耐高温、电磁屏蔽等一系列优点,极大地推动
了海洋工程技术的快速发展。下面,我们将从材料的角度来讲述
新型材料在海洋工程中的应用。
1、高性能复合材料
高性能复合材料是由多种材料通过一定的方式混合而成的材料。这种材料不仅可以部分替换钢铁材料在船体中使用,而且可以应
用于海上平台的制造中。高性能复合材料在海洋工程中主要应用
于船体建造、海上钻井平台、深海潜水器等海洋设备制造中。这
种材料具备轻量化、抗腐蚀、耐高温等特点,可以确保整个作业
平台运行平稳、受力良好。与传统的钢铁材料相比,使用高性能
复合材料制造的深海设备能够有效提高设备的运行效率和可靠性。
2、钛合金材料
钛合金材料是一种优异的新型材料,其比重小、强度高、耐腐
蚀性好、耐热性强等特点,是传统金属材料难以替代的一种材料。在海洋工程中,钛合金被广泛应用于潜水器、水下机械等深海设
备的制造中。采用钛合金材料锻造制造的深海设备不仅质量轻、
强度高,而且具备一定的耐蚀性和耐高温性能,可以在深海环境
中安全可靠地工作。
3、高分子材料
高分子材料是一类高分子化合物,在海洋工程中主要应用于油
气输送管道的制造中。采用高分子材料制造的油气输送管道,具
备良好的抗腐蚀能力、传热性能和耐寒性能,是传统钢管难以替
纤维增强复合材料在船舶和海洋工程中的运用_1
纤维增强复合材料在船舶和海洋工程中的运用
发布时间:2021-12-07T07:58:02.703Z 来源:《中国建设信息化》2021年第15期作者:张力朱祥飞高伟[导读] 为了促进海洋经济的快速发展,我国需要加强基础设施的建设
张力朱祥飞高伟新大洋造船有限公司江苏扬州 225000摘要:为了促进海洋经济的快速发展,我国需要加强基础设施的建设,在海洋工程建设过程中主要采用钢筋混凝土。由于海洋环境中有许多有害介质,它可能会腐蚀钢筋,导致钢筋腐蚀。钢筋体积不断膨胀,最终导致混凝土剥落,影响了钢筋混凝土的耐久性。因此,有必要将纤维增强复合材料应用于船舶和海洋工程中,充分发挥纤维增强复合材料的优势,促进海洋工程的快速发展。
关键词:纤维增强;复合材料;船舶;海洋工程;运用
一、纤维增强复合材料在船舶建造上的应用
1.民用船舶
目前,玻璃钢渔船是国内外渔船的主流。在欧美发达沿海国家,木质和金属材质的中小型渔船已基本淘汰,玻璃钢渔船比例高达80%-90%。其中,美国近海渔船全部被玻璃钢渔船取代,每年用于制造渔船的玻璃钢总量超过20万吨。日本的FRP渔船起步较晚,但通过木质渔船FRP改造,2008年,其FRP渔船的保有量为35万艘,占日本渔船总量的90%。而我国FRP渔船占有率仍处在较低水平,截至2013年,全国20米以上纯复合材料作业渔船不足500艘,所有尺度总和约为两万余艘仅占渔船总量的1%左右。因此,FRP渔船在我国仍有非常大的发展空间和潜力。 FRP渔船的主流材料为玻璃纤维增强树脂,俗称玻璃钢。相比于木材和金属材料,玻璃钢在满足力学性能要求的同时,具有自重小,耐盐水腐蚀,隔热性能好,可设计性好等特点。在航行性能方面,玻璃钢船体通常为一次成型,表面光洁度高,有效降低了粘性阻力,提高了船舶的快速性,也减少了燃油的消耗。在同尺寸同功率的情况下,玻璃钢渔船的航速比钢制渔船提高了0.5-1节。同时,因为玻璃钢的比强度高,在其他参数相同的情况下,玻璃钢渔船的压载重心更低,在波浪中稳定性更强,抗风能力更好。在经济性方面,由于玻璃钢质轻高强,航行阻力小的特点,燃油消耗比同尺寸的钢制、木质渔船更小。玻璃钢本身耐腐蚀,抗老化的优点也增加了玻璃钢渔船的寿命。钢制渔船的使用寿命一般为10-15年,每年都需要定期保养。玻璃钢渔船的理论寿命一般在50年左右,维修频率和费用都远低于钢制渔船。玻璃钢优异的保温性能减少了冷藏冰的消耗,与其他渔船相比可节省20-40%的冰。因此,玻璃钢渔船比钢制或木制渔船更经济、更适于航行。2.军用船舶
高性能纤维复合材料
高性能纤维复合材料
高性能纤维复合材料是一种具有优异性能的新型材料,它是由高性能纤维和树
脂基体组成的复合材料。高性能纤维通常包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等,而树脂基体则是起到粘合作用的材料,使纤维之间能够有效地传递载荷。这种复合材料具有重量轻、强度高、刚度大、耐腐蚀、耐磨损等优点,因此在航空航天、汽车、船舶、体育器材等领域有着广泛的应用。
首先,高性能纤维复合材料的重量轻是其最大的优势之一。由于高性能纤维具
有很高的强度和刚度,所以在相同的强度要求下,所需的纤维量相对较少,从而使整体的重量大大减轻。这一特点使得高性能纤维复合材料在航空航天领域得到了广泛的应用,例如航空器的结构件、发动机罩、襟翼等都可以采用这种材料来制造,从而提高了飞机的整体性能。
其次,高性能纤维复合材料的强度和刚度都非常高。碳纤维是目前强度和刚度
最高的纤维之一,它的拉伸强度是钢的几倍甚至几十倍,而且密度只有钢的四分之一。因此,在需要轻量化和高强度的领域,如汽车、船舶等,高性能纤维复合材料也有着广泛的应用前景。例如,一些高档汽车的车身和车架都采用了碳纤维复合材料,以实现轻量化和提高车辆的整体性能。
此外,高性能纤维复合材料还具有良好的耐腐蚀和耐磨损性能。在一些特殊的
环境下,如海水、酸雨等腐蚀性较强的环境中,金属材料容易受到腐蚀而失效,而高性能纤维复合材料则能够很好地抵抗这些腐蚀,保持良好的使用性能。因此,在船舶、海洋工程等领域,高性能纤维复合材料也有着广阔的市场前景。
综上所述,高性能纤维复合材料具有重量轻、强度高、刚度大、耐腐蚀、耐磨
高吸湿纤维复合材料在海洋工程中的应用研究
高吸湿纤维复合材料在海洋工程中的应
用研究
近年来,海洋工程领域的快速发展带来了诸多技术需求和挑战。在
这些挑战中,材料的性能和可靠性对项目的成功起着至关重要的作用。高吸湿纤维复合材料以其卓越的性能在海洋工程中得到了广泛的应用。本文将探讨高吸湿纤维复合材料在海洋工程中的应用研究,并分析其
优势和应用前景。
一、高吸湿纤维复合材料的定义和特点
高吸湿纤维复合材料是一种将高性能吸湿纤维与树脂基质复合而成
的复合材料。其制备方法通常包括纤维预处理、树脂基质制备和复合
材料成型等步骤。高吸湿纤维的引入使得复合材料具备了极强的吸湿
性能,并且能够在吸湿过程中保持较高的力学性能。这使得高吸湿纤
维复合材料在海洋环境中具备了较高的适应性。
高吸湿纤维复合材料具有以下特点:
1. 强化能力:高吸湿纤维具有较好的强度和刚度,在与树脂基质融
合后能够有效增强复合材料的整体性能。
2. 耐腐蚀性:高吸湿纤维在海水中表现出良好的抗腐蚀性能,能够
有效防止海水腐蚀对材料的损伤。
3. 吸湿性能:高吸湿纤维具有较高的吸湿性能,可以吸收周围环境
中的水分,起到保湿和减缓温度变化的作用。
4. 抗冲击性:高吸湿纤维复合材料具备较好的抗冲击性能,能够有
效抵御海洋环境中的冲击和震动。
二、高吸湿纤维复合材料在海洋工程中的应用领域
1. 水下结构及设备:高吸湿纤维复合材料在水下结构和设备中的应
用广泛,例如海底油气管道、海洋水下电缆等。其卓越的耐腐蚀性和
强韧性使得这些结构能够在恶劣的海洋环境中长期稳定运行。
2. 船舶制造:高吸湿纤维复合材料在船舶制造中的应用逐渐增多。
《高性能纤维》课件
防护纤维
如Kevlar,用于制作防弹衣、防 刺手套等。
结构纤维
如碳纤维,用于航空航天和汽车 制造。
特殊用途纤维
如芳纶纤维,用于制作防火服装。
高性能纤维的制备工艺
1
聚合
通过化学反应将单体聚合成高分子链。
2
纺丝
将高分子溶液或熔融物经过纺丝头拉伸成纤维。
3
固化
通过加热或化学处理使纤维固化、增加强度。
高性能纤维的特殊性能和优点
1 高强度
具有比来自百度文库材还要高的强度,能够承受高张力。
2 低密度
相对较轻,有助于减轻负荷和降低材料重量。
3 耐高温
能够在极高温度下保持稳定性和强度。
高性能纤维的发展趋势和展望
随着科技的进步,高性能纤维将继续迎来新的发展。未来,我们可以期待更 高强度、更轻便、更多样化的高性能纤维材料。
高性能纤维
纤维是材料科学中的重要组成部分,它们有着广泛的应用领域。本课件将介 绍纤维的来源、分类和特点,以及高性能纤维的定义和意义。
纤维的定义和来源
纤维是由天然或人工合成的细长材料组成的,具有一定的柔韧性和拉力。它 们可以从植物、动物或化学合成过程中获得。
纤维的分类和特点
天然纤维
如棉、麻、丝等,具有良好的透气性和舒适性。
合成纤维
如涤纶、尼龙等,具有较高的强度和耐磨性。
复合材料在舰船建造中的应用
复合材料在舰船建造中的应用
【摘要】
复合材料在舰船建造中的应用在航海工业中具有重要性,因为它
们拥有独特的优势。在舰船建造中,常用的复合材料类型包括碳纤维
复合材料和玻璃纤维复合材料。这些材料被广泛应用于舰船的结构件、舾装件以及舰艇外壳等部件中,发挥着重要作用。复合材料具有轻质、高强度、抗腐蚀等性能优势,是舰船建造中的理想材料之一。随着技
术的不断进步,复合材料在舰船建造中的发展趋势也逐渐增强,但同
时也面临着一些挑战,如成本高、技术难度大等问题。复合材料在舰
船建造中的应用前景仍然广阔,其在提高舰艇性能、延长使用寿命等
方面具有重要的价值。随着航海工业的发展,复合材料将继续发挥着
重要作用,为舰船建造领域带来更多的创新和突破。
【关键词】
关键词:复合材料、舰船建造、应用、优势、性能、发展趋势、
挑战、前景、价值
1. 引言
1.1 复合材料在舰船建造中的应用的重要性
复合材料在舰船建造中的应用的重要性体现在多个方面。复合材
料具有优异的性能特点,包括高强度、轻质、耐腐蚀等特点,使得其
在舰船建造中能够发挥重要作用。复合材料具有良好的设计自由度,
可以根据舰船的需要进行灵活设计和定制,满足复杂结构和功能要求。复合材料还能够提高舰船的性能指标,如减少舰船的重量、提高航行
速度、减少燃油消耗等,从而提高舰船的整体性能和经济性。复合材
料在舰船建造中的应用能够为舰船带来更好的性能表现和经济效益,
促进舰船建造行业的发展和进步。复合材料的应用不仅可以提高舰船
的战斗力和生存能力,还可以为舰船建造领域注入新的活力和创新思维,推动舰船建造行业朝着更加科技化、绿色化和可持续发展的方向
纤维复合材料
纤维复合材料
纤维复合材料是一种由纤维和基体构成的新型材料。纤维可以是无机纤维,也可以是有机纤维,如碳纤维和玻璃纤维。基体则可以是金属、陶瓷或者聚合物等。这种材料具有轻质、高强度、耐腐蚀、抗疲劳、绝缘等优点,广泛应用于航天航空、建筑、交通、电子等领域。
纤维复合材料的轻质特性是其最突出的优点之一。由于纤维的密度低,与传统金属材料相比,纤维复合材料的密度更低,能显著减轻结构的重量。这对于需要降低整体重量的航天航空领域尤为重要。同时,纤维复合材料的强度也非常高,能够承受较大的外部载荷,保证结构的稳定性和安全性。
纤维复合材料的耐腐蚀特性也非常突出。在一些恶劣的环境中,如高温、酸碱等,金属材料容易发生腐蚀,而纤维复合材料能够很好地抵抗腐蚀,保持其良好的性能。这对于在海洋工程、化工等领域中的应用非常重要。
另外,纤维复合材料具有良好的抗疲劳性能。在长期使用和重复加载的情况下,传统金属材料容易发生疲劳破坏,而纤维复合材料能够更好地抵御疲劳载荷,延长使用寿命。这使得它在交通运输领域的应用得以推广,如制造飞机、汽车等。
此外,纤维复合材料还具有良好的绝缘性能。与金属材料相比,纤维复合材料不导电,不易受到外界电磁场的干扰,能够有效地保护电子设备和传输信号的安全。
总之,纤维复合材料具有轻质、高强度、耐腐蚀、抗疲劳、绝缘等优点,广泛应用于航天航空、建筑、交通、电子等领域。随着科学技术的不断发展,纤维复合材料的制备技术也不断提升,未来有望取代传统材料,成为各个领域中的主要材料之一。
海洋工程材料特种海洋材料PPT课件
2.国内概况 国内浮力材料一般采用聚氨酯泡沫、环氧树脂
泡沫或其它发泡塑料。与国外同等材料相比, 成本低,但耐压强度低,浸水一段时间后,会 吸水,失去浮力,使用可靠性差,最大工作水 深400米左右。
浅海固体浮力材料采用软木、浮力球、浮力筒 及合成泡沫塑料或合成橡胶,深海用固体浮力 材料尚无单位研制。
9.1深潜固体浮力材料
概述
海底蕴藏的石油及天然气极为丰富,它为世界长期廉价的 能源供应提供了保证。目前开采的近海油气田水深都在 300m左右,随着海洋开发科学的兴起,首先需要对大陆架 以及深海进行勘探和考察。在深水作业采用ROV,这样 才能长时间的工作,而且一旦发生故障,即可迅速进行干 预。
在计算机支持下的水下操作系统安装好后,首先要检查、 及维护保养,还要进行修理,都是通过ROV。为了解决深 潜拖体、深潜器和水下机器人等的耐压性、结构稳定性, 提供足够的净浮力,开始研制高强度固体浮力材料(solid buoyancy material, SBM)以替代传统的耐压浮力球和浮力 筒。
20
2)低表面能防污涂料 20世纪60-80年代是低表面能防污涂料发展的
高峰期。 每年发表的专利达数十件。 应满足以下要求: (1)表面能足够低 (2)具有不断更新其表面能力 (3)与防腐底漆有良好的附着力和配套性。
12
4.防污涂料的应用范围 迄今为止,最实际又最经济的是防污涂料的应
高性能纤维复合材料在海洋中应用ppt
玄武岩纤维艇上层建筑
3.2.1复合材料桅杆
60年代复合材料首次应用在桅杆上。为了 减少战舰的雷达反射截面和光学特征,达到隐 身的目的,未来水面舰艇将装备封闭式综合传 感器桅杆,取代挂满各种鞭状、条状天线和各 式彩旗的传统式桅杆,而将各种雷达、通信天 线设计成平面式或球形阵列天线,组成一体化 的封闭式综合传感器桅杆。
复合材料螺旋桨的优缺点
(5) 质量轻; (6)抗疲劳性能强; (7)抗腐蚀性能强; (8)使用厚而具有弹性的叶片,改善螺旋桨的空泡 性能; (9)电/磁特性弱; (10)噪声低。 (11) 减振性能好; 缺点:制造费用高、叶片梢部变形大、耐冲击损 坏能力低
“俄亥俄”级战略导弹核潜艇螺旋桨
3.2.3 碳纤维传动轴
1.1常用纤维
1.1.1 玻璃纤维 E-玻璃纤维:良好的强度,耐水降解。 S-玻璃纤维:高强度,抗疲劳。 1.1.2 玄武岩纤维:火山熔融岩浆,使用温 度高,为-269℃~900℃。 并具有高力学强度、 低导热系数、良好的热振稳定性、抑制共鸣和隔 音、防火性、耐腐蚀性、耐用性和环保洁净性。 1.1.3 碳纤维:高强,高模,高价。
挪威盾牌星座导弹巡逻艇
(碳玻混杂夹芯结构,隐身)
优缺点比较
GRP夹层结构巡逻艇的重量比铝船轻10%, 比钢船轻36%。采用SCRIMP或碳纤维可进一 步减重。同时增加有效负荷,提高行驰距离和降 低油耗和维护成本。操作成本比钢船低7%。 GRP巡逻艇船体梁的刚度较低。据估计,对 于50 m长、采用复合材料夹层结构制造的巡逻 艇,其船体梁的偏转比钢艇的高300%。,船体梁 的挠度比钢艇高240%。船体梁挠度增加会带 来很多问题,如铰接处和连结处的疲劳裂缝,从 而导致螺旋桨轴线的错位 。
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1、船舰用高性能纤维及其织物结构
高性能纤维目前主要用于 高速船艇上,如军舰,揖私船、 赛艇和一些高级游艇上。
1.1常用纤维
1.1.1 玻璃纤维 E-玻璃纤维:良好的强度,耐水降解。 S-玻璃纤维:高强度,抗疲劳。 1.1.2 玄武岩纤维:火山熔融岩浆,使用温 度高,为-269℃~900℃。 并具有高力学强度、 低导热系数、良好的热振稳定性、抑制共鸣和隔 音、防火性、耐腐蚀性、耐用性和环保洁净性。 1.1.3 碳纤维:高强,高模,高价。
3 、高性能纤维复合材料 在水面舰艇上的应用
水面舰艇包括:航空母舰、战列舰、巡洋 舰、驱逐舰、护卫舰、护卫艇、鱼雷艇、导弹 艇、猎潜艇、布雷舰、扫雷舰、登陆舰、两栖 攻击舰等;潜艇则有攻击型潜艇和战略潜艇等。 辅助战斗舰艇又称勤务舰艇,主要用于战斗保 障、技术保障和后勤保障,它包括:军事运输 舰船、航行补给舰船、维修供应舰船、医院船、 防险救生船、试验船、通信船、训练船、侦察 船等。
E-glass S-glass 玄武岩纤维 碳纤维(高模) 碳纤维 T700 Kevlar-29(aramid) Kevlar-49(aramid) Spectra 900(HMPE) Polyester COMPET
各种纤维在船舶上的应用
1.2 常用织物结构
1.2.1 机织物 无捻粗紗布,也称方格布(Woven roving)。 通常为800g/cm2, 平面机织物一般面密度为200-350g/cm2, 平纹织物、有最高的交织点, 方平织物、(basket weave)有打结的经纱和纬纱。 缎纹织物、交织点最少,材料力学性能较好。
各种织物结构在船舶制造上的应用
立体织物 还未见正式使用,但有以正交织物做游 艇和炮座。防分层。 芯材织物(Core Fabrics), 提高船体刚度,最直接的是采用夹芯结 构,但也可通过低成本,低密度材料,快速 增加层材厚度,如”COREMAT”(纺织型聚 酯),”TREVIRA”(连续聚酯长丝)和 “COMPOZITEX TM”(玻纤,机械连接)。 以及“Bulking”.材料。
挪威盾牌星座导弹巡逻艇
(碳玻混杂夹芯结构,隐身)
优缺点比较
GRP夹层结构巡逻艇的重量比铝船轻10%, 比钢船轻36%。采用SCRIMP或碳纤维可进一 步减重。同时增加有效负荷,提高行驰距离和降 低油耗和维护成本。操作成本比钢船低7%。 GRP巡逻艇船体梁的刚度较低。据估计,对 于50 m长、采用复合材料夹层结构制造的巡逻 艇,其船体梁的偏转比钢艇的高300%。,船体梁 的挠度比钢艇高240%。船体梁挠度增加会带 来很多问题,如铰接处和连结处的疲劳裂缝,从 而导致螺旋桨轴线的错位 。
表1
材料
各种纤维的典型力学性能
密度 (g/cm3 ) 2.5 2.6 2.5-2.7 1.8 1.8 1.44 1.45 0.97 1.36 断裂伸 长率 (%) 4.8 5.7 2.0-2.2 0.38-2.0 2.1 12 2.9 3.5 22.0 拉伸 模量 (Gpa) 80.7 90 93.1 400 230 64 130 117.2 9.65 拉伸 强度 (Gpa) 3.4 4.6 4.84 2-2.8 4.9 2.86 3.6 2.59 1.03
各种机织物结构示意图
针织物 针织物中常用的是经编织物,最早引入 是1975年,比同厚度方格布提供更高的强 度和刚度。它在针织物中引入单向纤维,以 合成纱聚酯纤维缝合在一起,还可以结合一 层毡。图3 是常规机织物和经编织物在结构 上的差别示意图。
全向结构(Omnidirectional) 预制毡,短切毡(粉剂和乳剂),连续长 丝毡。各向同性,层间强度好,力学性能低。 单向织物(Unidirectional) 大多用于碳纤维,高强高模,难于处理和 浸润,价格高。最近一种锚合材料(Anchor Reinforcements)引入单向织物,用能与热固 性树脂相适配的热塑性网粘合,材料容易处理 和切割。用于加固和船 体制造,得到极高的产 品性能。
夹芯结构材料和层材的强度, 刚度和重量比较
2、高性能纤维复合材料 在舰艇上应用的优势
(1)质轻、优良的力学性能
轻质,高的比强度和比刚度,但船体会厚 一些,对同强度的船体,整船刚度稍差,船 体弯曲挠度大一点,这使大船的整体刚度受 限制,超过90米的船体,保证主推进系统和 主轴的直线度有困难。小船如比赛帆船可用 碳纤维大梁保证刚度。
几种复合材料和常用材料性能对比
(3)耐蚀性好。 复合材料可耐酸、碱、海水侵蚀,水生物 也难以附生。用复合材料制造军舰、轮船, 不用涂漆,在海水中航行几年也不会生锈, 能减少涂油漆等维修费用,使用年限长。 (4)优良的声、磁、电性能(透波、透声性好, 无磁性,介电性能优良)。 如舰艇通过声纳在海上定位,测距和发 现目标。作为声纳设备保护装置的声纳导流 罩要求材料的透声波性好,声波的失真畸变 小,材料的特性阻抗是表征透声性能的重要 参数,材料的特性阻抗和海水越接近越好
瑞典“维斯比”级全隐形护卫舰
东华大学早期船体制作
用WARI技术,制造6米小艇
碳纤维芳纶纤维混编高速艇
12m船艇制作(SCRIMP)
服役中45节揖私艇
3.2 复合材料在高速船舰 上层建筑上的应用
上层建筑采用复合材料有更多的优点, 上层建 筑容纳各种电子信息装备、武器装备、机电设备等, 承担着绝大部分的作战功能。复合材料的采用,减 轻了上层建筑的重量,而且通过在复合材料夹层里 嵌人有滤波功能的频率选择层,允许发射和接收预 定的频率,从而滤除敌方雷达电磁波。但由于上层 建筑结构复杂,技术上更困难.
碳纤维轴的优点 (1)重量轻;C/E复合材料轴比同尺寸的钢轴轻 25~80%。而大型舰船如护卫舰、驱逐舰上各钢 轴约占整船重量的2%(约100~200 t)。 (2)强度和刚度高。 (3)低热膨胀系数,尺寸稳定,适合经历高加速 度和得到最小运动惯量的产品。 (4)幅宽大,长跨距,减低轴承数量及重量,节省 船体轴承座结构,每段长度可达10米无支撑。
美国海军从95年着手研制先进全封闭式桅 杆/传感器系统(AEM/S),整个结构高28 m,直 径达10.7 m,是美国海军舰艇上最大的复合 材料水上结构。AEM/S上半部覆盖FSS,可 让本身特定的周波数穿过,下半部能反射雷 达波或由雷达吸波材料所吸收。各种天线和 有关设备都统一组合装备在该结构内,结构 的外部由能反射电波的复合材料板材构成。 由于所有设备都在结构内部,可以防止风雨 和盐份的侵害,对设备的维修保养十分有利 。
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3.1 复合材料在高速船舰船体上的应用 --巡逻艇
第一艘全玻璃纤 维增强聚合物 (GRP)的巡逻艇 诞生,由美国海 军制造,越战期间 在内河上应用。
Fra Baidu bibliotek
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建造了长14. 3m, 船速达60kn的巡逻 艇,其采用了凯芙 拉增强的聚酯树脂 单壳结构。
复合材料螺旋桨的优点:
(1) 可设计性,复合材料叶片中的纤维可以承受 主要的水动力和离心力。,承载的纤维可以沿叶 片的不同方向敷设从而使应变最小。因此,可以 通过设计纤维排列和堆积的顺序来优化叶片性 能。纤维排列的方向影响叶片的推力、有效螺 距和翘曲。 (2)全寿命周期的维修费用低; (3)降低变速箱/轴的磨损; (4) 制造成本低(仅仅是批量生产时);
USS Arthur W.Radford 驱逐舰上的复合材料桅杆
3.2.2 复合材料螺旋桨
海军舰艇的螺旋桨材料一直以来都是镍铝 铜合金(NAB),存在很多问题:加工复杂叶片时花 费高,叶片容易疲劳产生裂纹,声学阻尼性相对较 差,振动时会带来噪音等等。因此,海军设计者们 不得不考虑其它材料,最引人注目的材料是不锈 钢、钛合金及复合材料。
护卫舰
2000年6月8日瑞典皇家海军制造了维斯比 级(Visby)护卫舰,它是当时世界最长也几乎是最 重的全复合材料舰艇。全长73 m,宽10. 4m, 吃水2. 4m,排水量600t。船体采用复合材料夹 层结构,主要由碳纤维和乙烯基树脂层压材料 蒙皮和PVC泡沫塑料芯材构成。船体复合材料 提供很高的强度和硬度,轻质(舰体重量减轻 30%左右)和很好的冲击强度,低雷达和磁场 信号特征,还能吸收电磁波,是第一艘在舰体 结构中有效利用碳纤维复合材料海军舰艇。
由美国国防部部队 转型办公室设计并 建造的,2006年2 月初下水的美国海 军最新型高速隐形 试验快艇代号M80 的“短 剑”( Stiletto ),
美国海军“短剑”
使用碳纤维复合材料一次整体成型制造的最大船体,无焊接, 无铆接,重量大为降低。艇长24. 4m,宽12. 2m,吃水0. 9m,排水 量为67t。双“M”船体设计,即使在高速回转时,依然可以保持平稳 行驶,从而增加了艇员的舒适度,提高了安全性,扩大了在内河和 地形复杂的浅海使用范围。由于其阻力的降低也使得“短剑”比普 通快艇更加节省燃料。
玄武岩纤维艇上层建筑
3.2.1复合材料桅杆
60年代复合材料首次应用在桅杆上。为了 减少战舰的雷达反射截面和光学特征,达到隐 身的目的,未来水面舰艇将装备封闭式综合传 感器桅杆,取代挂满各种鞭状、条状天线和各 式彩旗的传统式桅杆,而将各种雷达、通信天 线设计成平面式或球形阵列天线,组成一体化 的封闭式综合传感器桅杆。
反水雷舰艇(MCMV)
英国于1973年制造了全长为46. 6m,排水量 450t,当时世界最大的,也是第一艘玻璃钢反水 雷舰艇-HMS Wilton 。上世纪八十年代早期英国 就制造了200多艘全复合材料反水雷舰艇。英国 皇家海军的狩猎级(Hunt)和桑道级、法国、荷兰 和比利时海军的三伙伴级(Tripartite)舰艇采用的 舰体结构类型是单板加筋结构。整个设计包括横 向的框架和纵向的复合材料梁,纵横胶结成GRP 预成型的层压结构。无加强筋硬壳式的舰体没有 框架,代之以厚达0.15~0.20 m GRP外壳来提供 刚度和水下抗冲击性能。而且甲板和主要的舰舱 壁都能为舰体提供刚度。
复合材料螺旋桨的优缺点
(5) 质量轻; (6)抗疲劳性能强; (7)抗腐蚀性能强; (8)使用厚而具有弹性的叶片,改善螺旋桨的空泡 性能; (9)电/磁特性弱; (10)噪声低。 (11) 减振性能好; 缺点:制造费用高、叶片梢部变形大、耐冲击损 坏能力低
“俄亥俄”级战略导弹核潜艇螺旋桨
3.2.3 碳纤维传动轴
各种材料的特性阻抗
材 料 特性阻抗 ×105g/cm.s 材料 特性阻抗 ×105g/cm.s
碳纤维复合材 料
芳纶纤维复合 材料 S玻纤复合材料
3.18
3.01 4.31
spectra
不锈钢 海水
2.06
45.8 1.54
E玻纤复合材料
4.21
(5)优良的设计、施工性能。 复合材料的可设计性,可以选择不同聚合 物和增强材料以及不同的配方、成型工艺等 达到不同的性能。可根据产品不同部位的结 构要求,进行优化设计。其次,复合材料避 免了多次加工工序,可一次成型,给产品生 产带来很大的优势,大大减少车、铣、刨、 磨等机械加工过程和装配过程,使船壳和构 件的整体性好,无接缝或少接缝,无渗漏, 提高了舰船的性能。
1.1常用纤维
1.1.4 芳纶纤维:轻质、高拉伸强度、高模、高冲击、 耐疲劳和可编织性优良。怕水,怕光。 1.1.5 高强高模聚乙烯纤维:Spectra® ,比水轻。 其室温力学性能、耐水和耐化学腐蚀性能优于芳纶。 1.1.6 热塑性纤维:COMPET®,聚酯和尼龙热塑性 纤维。Treveria®,的热处理聚酯织物。可作为首层材料。 高强(刚度低于玻纤),轻质、价廉、耐冲击和疲劳性 能好,并有可能作为阻尼材料和隔舱材料。硬化时不放 热,适合于高厚度产品,提高了抗损伤容限和工艺性能, 但目前主要用于小船和休闲船。
2、高性能纤维复合材料 在舰艇上应用的优势
(2)更好的安全性。 复合材料的破坏模式和钢有很大的不同, 金属材料是裂纹扩展,从弹性行为到塑性行 为,到突然破坏。复合材料是逐层地破坏, 引起材料强度和刚度的变化,最后全部破坏。 这情况可以用在层间产生警告性裂纹来预示。 这有利于保持船体的整体水密性。设计合理 的复合材料船体使用应力低,在极端负荷时, 有很好的安全性。