การใช้วัสดุคอมโพสิตทางทะเล (คาร์บอนไฟเบอร์/ไฟเบอร์กลาส/อะรามิด)

ในปัจจุบัน วัสดุผสมคาร์บอนไฟเบอร์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ กีฬาและการพักผ่อน อุตสาหกรรมยานยนต์ พลังงานสิ่งแวดล้อม วิศวกรรมโยธา และสาขาอื่นๆ และขอบเขตการใช้งานมีอยู่แทบทุกที่ ในหมู่พวกเขา ในเรือเล็ก เรือยอทช์ เรือขนาดใหญ่ และทุ่งนาอื่น ๆ คาร์บอนไฟเบอร์ประยุกต์มีความคืบหน้า คาร์บอนไฟเบอร์เป็นวัสดุในอุดมคติสำหรับการใช้งานทางทะเล เนื่องจากสามารถลดการสั่นสะเทือนของตัวเรือ รักษาสภาพแวดล้อมการสื่อสารไร้สายที่ดีระหว่างเรือ ฯลฯ

นอกจากนี้ เหตุผลที่สำคัญที่สุดในการใช้คาร์บอนไฟเบอร์คือวัสดุสามารถปรับปรุงความเร็วและการประหยัดเชื้อเพลิงของเรือได้โดยการลดน้ำหนัก ตัวอย่างเช่น การเปลี่ยนวัสดุคอมโพสิตใยแก้ว (GFRP) ด้วยวัสดุคอมโพสิตเสริมแรงด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ (CFRP) ทำให้น้ำหนักของตัวถังลดลง

การใช้คาร์บอนไฟเบอร์และวัสดุคอมโพสิตในเรือยอทช์ผ่านการใช้ CFRP ในโครงสร้างส่วนบนและอุปกรณ์บนดาดฟ้า สามารถลดน้ำหนักและปรับปรุงเสถียรภาพของเรือได้ เพลาขับคาร์บอนไฟเบอร์ยังสามารถลดน้ำหนักและลดการสั่นสะเทือน คาร์บอนไฟเบอร์ในใบพัด นอกจากนี้ยังมีการใช้งานที่หลากหลายอีกด้วย

เร็วเท่าที่ 1940s กองทัพเรือสหรัฐฯ ใช้วัสดุคอมโพสิตเพื่อสร้างเรือขนาดเล็ก ซึ่งเปิดบทใหม่ในการสร้างเรือ ในช่วงกลาง-1950 มีการกำหนดว่าเรือที่มีความสูงต่ำกว่า 16 เมตรต้องทำด้วยวัสดุผสม ด้วยการพัฒนาวัสดุศาสตร์ การปรับปรุงวิธีการก่อสร้างและแบบฟอร์มการสมัคร ในปี 1994 สหรัฐอเมริกาใช้วัสดุคอมโพสิตเพื่อสร้างรถกวาดทุ่นระเบิดระดับ "Avenger" ยาว 683-เมตร เรือสำรวจการดำน้ำลึกที่สร้างขึ้นในปี 1996 ทำจากวัสดุคอมโพสิตเสริมใยกราไฟท์สำหรับเปลือก และความลึกของการดำน้ำของเรือสามารถเข้าถึงได้ถึง 6096 เมตร M80 ที่มีชื่อรหัสว่า "Stiletto" ซึ่งผลิตในปี 2006 เป็นเรือเร็วทดสอบการพรางตัวด้วยความเร็วสูงล่าสุด และเป็นเรือที่ใหญ่ที่สุดที่สร้างด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ในคราวเดียว ด้วยความยาว 24.4 ม. และความกว้าง 12.2 ม. ร่างนี้มีความยาวเพียง 0.9 ม. และระยะเคลื่อนที่ 67 ตัน ซึ่งช่วยให้เรือเร็วสามารถรับความเร็วที่สูงขึ้นได้อย่างง่ายดาย เรือดำน้ำนิวเคลียร์ระดับลอสแองเจลิสของสหรัฐอเมริกายังใช้วัสดุคอมโพสิตชนิดใหม่เพื่อสร้างโซนาร์โดม ซึ่งมีความยาว 7.6 ม. เส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุด 8.1 ม. และมีสมรรถนะที่ยอดเยี่ยม กองทัพเรือสหรัฐฯ ยังกำลังพัฒนาเรือติดอาวุธยุทโธปกรณ์ให้กลายเป็นเรือโฮเวอร์คราฟต์แบบดั้งเดิม เรือโฮเวอร์คราฟต์แบบธรรมดาใช้เปลือกแข็งอะลูมิเนียมที่คล้ายกับเครื่องบินเป็นวัสดุหลัก ในขณะที่ American All Terrain Amphibious Hovercraft Company (ATLAS Hovercraft) ได้พัฒนาโฮเวอร์คราฟต์แบบผสมที่เรียกว่า AH-100-P ซึ่งออกแบบมาเพื่อรองรับลูกเรือ 150 คน

ในฐานะประเทศหลักในการผลิตเรือผสมในเอเชีย ญี่ปุ่นเริ่มสร้างเรือ FRP ตั้งแต่ต้นปี 1953 ในปี 1970 เรือประมงของญี่ปุ่นเริ่มใช้ FRP กันอย่างแพร่หลาย ตั้งแต่นั้นมา ญี่ปุ่นได้ผลิตเรือประมง FRP หลายหมื่นลำทุกปี สมบูรณ์แบบมากขึ้นเรื่อยๆ วันนี้ การผลิตไฟเบอร์กลาสของญี่ปุ่นอยู่ในอันดับต้นๆ ของโลก และการบริโภค FRP ของเรือประมงที่ใช้เครื่องยนต์ทางทะเลเพียงอย่างเดียวคิดเป็นร้อยละ 76.3 ในขณะเดียวกัน ในการพัฒนาและผลิตวัสดุคอมโพสิตประสิทธิภาพสูง เช่น คาร์บอนไฟเบอร์ ญี่ปุ่นยังครองตำแหน่งที่สำคัญในโลกอีกด้วย เรือประสิทธิภาพสูง เรือแข่ง และเรือยอทช์สุดหรูในปัจจุบันใช้วัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ประสิทธิภาพสูงอย่างแพร่หลาย

คาร์บอนไฟเบอร์มีความแข็งแรงสูงและโมดูลัสสูงสองประเภท มีความแข็งสูง ให้ผลผลิตสูง และ รับแรงดัดสูง โดยทั่วไปจะใช้ในการผลิตเรือประสิทธิภาพสูงและความเร็วสูง เส้นใยคาร์บอนของญี่ปุ่นมีจำหน่ายทั่วโลก และใช้เป็นหลักในการผลิตเรือเร็วความเร็วสูง เรือแข่งสมรรถนะสูง เรือยอทช์สุดหรู และเรืออื่นๆ

เส้นใยอะรามิดมีลักษณะเฉพาะของความแข็งแรงสูง มีความเหนียวสูง ทนต่อแรงกระแทก และกันกระสุน และใช้สำหรับส่วนประกอบเรือที่มีความต้องการสูงสำหรับแรงดึง โหลดแอกทีฟ และกันกระสุน เนื่องจากกำลังรับแรงอัดต่ำ จึงไม่เหมาะสำหรับการผลิตตัวถังที่มีแรงอัดสูงและมีการดัดงอสูงและเหมาะสำหรับเรือที่มีข้อจำกัดน้ำหนักที่เข้มงวดเท่านั้น

เมื่อพิจารณาต้นทุนในการผลิตเรือ ภายใต้สมมติฐานของการปฏิบัติตามข้อกำหนดการออกแบบ วิธีการออกแบบโดยใช้วัสดุผสมเส้นใยไฮบริดได้เกิดขึ้น การใช้วัสดุเสริมแรงด้วยไฟเบอร์แบบผสมหลายชนิดสามารถเอาชนะข้อบกพร่องบางประการของวัสดุคอมโพสิตเส้นใยเดี่ยว ปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพและทางกล และปรับปรุงความสามารถในการออกแบบของวัสดุเพิ่มเติม ผ้าสองมิติและสามมิติที่เกิดขึ้นจากวัสดุเสริมแรงสามารถผลิตได้ตามการออกแบบที่ต้องการเพื่อตอบสนองความแข็งแรง ประสิทธิภาพภายในชั้นและระหว่างชั้นของเรือ และบรรลุข้อกำหนดน้ำหนักเบาและความแข็งแรงสูงสำหรับเรือต่อไป

เนื่องจากวัสดุคอมโพสิตน้ำหนักเบา กองทัพเรือสหรัฐฯ มีแผนที่จะใช้วัสดุคอมโพสิตฟีนอลเสริมแรงด้วยแก้วในช่องไฟฟ้า รวมถึงกระบอกสูบ หัวถัง อ่างน้ำมัน ฝาครอบลูกเบี้ยว ลูกกลิ้งค้ำ เฟืองควบคุมความเร็ว ปั๊มน้ำ น้ำมัน ปั๊มและรอกของเครื่องยนต์ดีเซลทางทะเล รอ.

องค์ประกอบทางกลบางอย่างของพื้นผิวเรือสามารถทำจากวัสดุคอมโพสิตได้ และในแนวโน้มที่จะลดน้ำหนักของตัวรถ การลดน้ำหนักของส่วนประกอบระบบส่งกำลังของระบบขับเคลื่อนก็อยู่ในวาระด้วยเช่นกัน โดยปกติ บนเรือความเร็วสูงที่เครื่องยนต์ดีเซลความเร็วสูง 2 หรือ 4 เครื่องขับเคลื่อนวอเตอร์เจ็ทผ่านกระปุกเกียร์ลดระยะห่าง ระยะห่างระหว่างเครื่องยนต์ดีเซลกับกระปุกเกียร์ หรือระหว่างกระปุกเกียร์กับวอเตอร์เจ็ทจะสั้นลง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่แคบของเรือใบ จำเป็นต้องจัดเรียงเครื่องยนต์ดีเซล 4 ตัวในลักษณะที่เซ และกำลังที่เกิดจากเครื่องยนต์ดีเซลด้านหน้าจะต้องส่งผ่านเครื่องยนต์ดีเซลด้านหลัง ดังนั้นจึงต้องมีการส่งผ่านที่มีน้ำหนักเบาที่สุดและส่วนประกอบน้อยที่สุด การใช้เพลาขับที่ทำจากวัสดุท่อคาร์บอนไฟเบอร์สามารถบรรลุวัตถุประสงค์ในการลดน้ำหนักของส่วนประกอบเกียร์ได้อย่างง่ายดาย

ข้อได้เปรียบหลักของเพลาขับ CFRP ได้แก่ การลดน้ำหนักของเพลาขับอย่างมาก ความเร็วสูงที่สำคัญโดยปกติไม่จำเป็นต้องจัดแบริ่งบนเพลายาว, ลดจำนวนแบริ่ง, ลดต้นทุน, ลดเพลา, ลดชิ้นส่วน, ประหยัดค่าใช้จ่ายในการรองรับแบริ่งและลดน้ำหนัก; ความต้านทานการกัดกร่อน, สัญญาณแม่เหล็กต่ำ, สัญญาณไฟฟ้า, ป้องกันการสึกหรอ, สามารถลดเสียงรบกวนในโครงสร้างและอากาศได้ถึง 520dB. (ที่มา: Easy Composites / Composites Xintiandi)