Судостроение
Высокопрочные корпуса катеров и яхт
Индустрия
Судостроение — это одна из древнейших отраслей промышленности, которая пережила большую историю развития от Древнего Египта до современности. С развитием технологий изменялись материалы для судов: от плетёного каркаса, обтянутого кожей или корой, до современных высокопрочных композитных материалов из углеродного волокна.
Преимущества применения углекомпозитов
В судостроении большое значение придаётся эксплуатационным характеристикам: лёгкости, прочности, жёсткости, стойкости к воздействию воды. Композиты на основе углеродного волокна позволяют создавать изделия, которые будут отвечать необходимым требованиям и способствовать сокращению расходов на обслуживания судна.
Основным преимуществом использования углепластика в судостроении является возможность создания крупногабаритных элементов с меньшим количеством узлов соединений. Это облегчает вес конструкции, повышает её жёсткость, а в некоторых случаях и прочность.
Преимущества композитных деталей на основе углеволокна в судостроении:
- Весовое качество
- Высокая прочность
- Высокая коррозийная стойкость
- Износостойкость
- Высокие усталостные характеристики
Сравнительные характеристики углеволокна и других материалов
| Тип волокна |
Прочность при растяжении, МПа | Модуль упругости при растяжении, ГПа | Удлинение при разрыве, % | Плотность, г/см3 | |
|---|---|---|---|---|---|
| Углеродное (на основе ПАН-прекурсора) | высокопрочное со стандартным модулем | 3500-5000 | 200-280 | 1,4-2,0 | 1,75-1,80 |
| высокопрочное среднемодульное | 4500-7000 | 280-325 | 1,7-2,1 | 1,73-1,81 | |
| высокомодульное | 3500-5000 | 325-450 | 0,7-1,4 | 1,75-1,85 | |
| сверхвысокомодульное | 2500-4000 | 450-600 | 0,7-1,0 | 1,85-1,95 | |
| Стеклянное | E-стекло | 2500-3800 | 70-75 | 4,5-4,7 | 2,5-2,7 |
| S-стекло | 4000-4500 | 80-90 | 5,0-5,3 | 2,5 | |
| Органическое | Арамидное | 3000-3600 | 60-180 | 2,4-3,6 | 1,45 |
| Полиэтиленовое | 200-3000 | 5-170 | 3-80 | 0,96 | |
| Стальное | высокопрочное | 1200-2800 | 200 | 3,5 | 7,8 |
| нержавеющее | 800-2000 | 190 | 3,0 | 7,8 | |
| Базальтовое | 3000-4800 | 90-110 | 3,0 | 2,6-2,8 | |
| Борное | 3500-4000 | 350-400 | 0,5-0,7 | 2,6 | |
Применение
Надводные и подводные суда предполагают тяжёлые условия эксплуатации, т.к. данные конструкции постоянно подвергаются воздействию воды, солей и других минеральных веществ.
На сегодняшний день производятся катамараны и яхты, корпуса которых полностью состоят из углепластика. Такого вида судна производятся в России, Норвегии, Дании, Франции, Италии и других странах. Применение композита на основе углеродного волокна позволило снизить вес судна в среднем на 30-40%, улучшить ударную прочность не менее чем на 20%, повысить срок службы не менее чем на 50%.
Опыт
Чаще всего композитные материалы используют для производства небольших по размерам катеров и яхт. Такие судна имеют необычный внешний вид и небольшой вес, что позволяет экономить топливо.
Углепластик также используется и при строительстве более крупных объектов. Так, 143-метровый корпус самого большого парусного судна в мире «Яхта А» выполнен из стали со вставками из углеродного волокна (с целью облегчения веса). Три 100-метровые мачты полностью выполнены из углеволокна и претендуют на звание самых высоких отдельно стоящих объектов в мире, сделанных из композитных материалов.
Историческая справка
Углеродное волокно пришло в судостроение на смену стеклопластику, с которого в середине прошлого столетия началась история использования композитных материалов в отрасли.
Появление композитных материалов на основе углеродного волокна в 1961 г. изменило промышленность. Современные композиты — это отличная альтернатива традиционным материалам, они обладают отличными эксплуатационными и усталостными характеристиками, высокой химической и коррозионной стойкостью.
Вывод
Композитные материалы на основе углеродного волокна не так давно начали применяться в различных областях машиностроения и активно замещают традиционные строительные и конструкторские материалы.
Одной из задач современного судового машиностроения является снижение материалоёмкости при одновременной надёжности и коррозийной стойкости конструкций. Углепластик успешно справляется с этими задачами, делая суда более лёгкими, прочными и стойкими к воздействию воды.