碳纤维复合材料：在船体以及水下耐压构件中的应用
2020-03-11
过去，碳纤维复合材料主要被应用于航天航空领域，近年来，这种先进复合材料也逐步被舰船及水下装备制造行业所重视。无锡智上新材在热固性及热塑性碳纤维复合材料的研发方面一直走在行业前列，近十年来在与应用方的密切合作中，以多样化的碳纤维零部件为该行业提供了高性能、轻量化的服务，并积累了大量的“实战”经验。下文就由其介绍一下碳纤维复合材料在船体及水下耐压构件方面的应用优势。
具有隐身功能的碳纤维舰船
碳纤维复合材料在船体上的应用优势：
相比于传统的造船材料，碳纤维复合材料具有独特的性能优势。首先，碳纤维复合材料具有良好的机械性能。用其制造船体，有利于减轻自重，从而降低油耗。在大批量设计和定制的前提下，船体构建起来比较快，施工和维护费用远低于钢制船体材料。尤为重要的是，碳纤维与树脂基体形成的界面能有效阻止裂纹扩展，具有良好的耐疲劳性能，另外，碳纤维表面的化学惰性体现出耐腐蚀特性，可以有效降低水生物附生等危害。
碳纤维复合材料透波、透声性好，无磁性，现有的隐身型军舰就是用碳纤维复合材料打造的。用碳纤维复合材料制造舰船的上层建筑，在减轻船体重量的同时，可通过在夹层中嵌入有滤波功能的频率选择层，就可以在预定的频率下发射和接受电磁波，从而屏蔽敌方的雷达电磁波。
碳纤维复合板
除了船体甲板、上层建筑外，碳纤维复合材料还可应用在舰船的其他方面，应用于侦察舰和快速巡航舰推进系统的螺旋桨和推进轴系时，能明显减轻船体的振动效应和噪声。应用于方向舵、特殊的机械装置和管道系统时，整体性能远优于传统金属材料。
碳纤维复合材料在水下耐压构件中的应用优势：
因为具有低密度、高强度、高模量、耐疲劳、耐腐蚀和较好的可设计性等优点，碳纤维复合材料已在多种潜水器、深海滑翔机等装备的耐压构件上得到了广泛应用。
国内的《深海关键技术与装备》重点专项中曾明确提出要研制出适用于全海深，即最大工作深度为11100ｍ的潜水器的复合材料耐压壳体，要求在重量体积比不大于0.8g/cm3的前提下，耐压强度达到110MPa以上。
在该项要求出台前，国外这类技术已经达到了一定水平，例如美国海洋之门等公司研制的Cy-clops系列载人潜水器，采用碳纤维增强树脂复合材料作为耐压壳，工作深度可达3000-6000ｍ。美国研制的Deepglider深海滑翔机耐压壳也采用碳纤维增强树脂复合材料，其质量体积比仅为0.47，可在6000ｍ的深度下正常工作。国内中科院沈阳自动化研究所自主研发的海翼号深海滑翔机，其耐压壳同样为碳纤维复合材料，最大工作深度已突破8000ｍ，一举刷新了水下滑翔机最大下潜深度的世界纪录。
碳纤维耐压壳
为进一步满足海洋领域的军事安全、资源勘探、科学探索和商业开发等不同的目的需求，长航程、高航速甚至是大潜深的高性能轻量化海洋装备成为主要的发展趋势。采用碳纤维复合材料制作的零部件能充分满足低重量、高强度、耐压稳定性好等要求成为先进海洋装备的理想原材料，无锡智上新材也竭力为中国海洋事业的未来发展贡献自己的一份力量。
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