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碳纤维在船舶领域应用的优劣势

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-09-10   浏览次数:3347  分享到: 分享到腾讯微博
 
在碳纤维出现以前,玻璃纤维曾被誉为船用奇迹材料,尽管它彻底改变了船舶的制造工艺,但并不能完全证明它最初承诺的那样——免维护材料。随后凯夫拉纤维曾被吹捧为复合材料船制造的终极目标。如今神奇的词是碳纤维。随着材料推动新的革命,它们已经广泛应用到各个领域包括船舶工业在内。碳纤维具有一些优异的性能,但也带来了更高的成本和一些缺点,本文主要探讨了碳纤维在船舶工业领域应用存在优缺点。

碳纤维的优势分析

对于一些传统的船体和甲板结构是通过采用玻璃纤维编织成织物,进一步使用树脂加固来支撑。碳纤维船体只是用碳纤维代替了玻璃纤维。就Paragon Super Sport 28而言,碳纤维与高质量的乙烯基酯树脂粘合在一起,这实际上是飞机制造商(波音公司)、汽车制造商(兰博基尼公司)和一些造船厂例如维京游艇在高性能产品中所使用的材料。

为什么要使用碳纤维?答案很简单:更轻、更强、更坚固。这些也都是航空航天、汽车和军事领域选择碳纤维的原因所在。

更轻:简单来说,如果可以用碳纤维建造一个物体(无论是船、汽车还是飞机),它要比玻璃纤维中的同类物体更轻,那么将收获更快的速度和更高的燃油效率。碳纤维的强度重量比约为大多数船用S玻璃的2倍,相当于在相同的强度下重量仅为玻璃纤维船的一半,或者相同重量材料其强度是玻璃纤维船的两倍。

碳纤维的强度重量比约为普通玻璃纤维的2倍

更强:碳纤维强度比玻璃纤维更高,因此在赛车领域它增加了方程式赛车的强度,这就是为什么第一辆迈凯轮碳纤维一级方程式赛车的驾驶员让他摆脱了严重的碰撞。强度更高的材料还可以使建筑商减少用量来获得原始强度的材料,并且重量更轻、更快速、更有效。如果建造的船重量更轻且强度相同,那么将在加油站花费更少的时间,而将更多的时间用于钓鱼或划船时想做的事情。当Super Sport 28运行时,以51英里/小时的速度的情形下每加仑可以多行驶2英里。

更坚固:刚度是碳纤维的最后一个特性,其刚度模量约为E-glass的6倍,E-glass是用于造船的升级玻璃纤维。在现实世界中划船中使用时,这种刚度转化为一种船体,当它坐在拖车上时不会发生高速弯曲或翘曲。碳纤维刚度优势显然更加明显,特别是当它同时具有轻质、高刚度特性时。所有这些功能都是造船时的宝贵资产,从而使碳纤维成为船舶领域新的流行语,在很多配件中都可以看到它。

碳纤维的刚度约为E玻璃的6倍,因此不会弯曲或翘曲

碳纤维的缺点分析

凡事有利就有弊!碳纤维也有几个显著的缺点,首先是成本较高。根据一家专业制造商估计,商业级碳纤维复合材料的价格为每磅5美元—20美元,而玻璃纤维的价格则为1.50美元—3美元。通过使用比玻璃纤维更少的碳纤维(按重量计)来建造船,可以缓解部分成本差异,但现实是碳纤维是相当昂贵的材料。

碳纤维不容易弯曲,这使其不适用于需要弯曲的产品。船用碳纤维的另一个令人惊讶的缺点是它可以导电。将电池挂在碳纤维船的船尾,在船头系上一个灯泡,灯泡将不用电线点亮。对于制造商而言,这使结构更加复杂,因为他们需要将一切与碳纤维结构隔离。

信号屏蔽也是一个问题,玻璃纤维对无线信号透明,但碳纤维可以将Wi-Fi信号降低多达95%,所以有时会建议将电子产品与碳纤维分开至少4英寸,以消除任何会抑制信号的接地效

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