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【行业资讯】由“海翼号”探索深海用高性能复合材料
来源: 时间: 2019-08-05 浏览: 5365

水下滑翔机“海翼号”曾经参与北极科考。水下滑翔机是一种新型的水下机器人,可以利用净浮力和姿态角调整获得推进力,在深海环境进行工作时,以极小的能源消耗,获得较大的续航能力和工作效率,制造成本和维护费用低,并可重复使用和大量投放,能够满足大范围海洋探索的需要。“海翼号”水下滑翔机下潜深度可达6300m,已在东海、南海、太平洋、印度洋、白令海峡等海域完成多次实现海下应用,并在北极科考工作中发挥了极大的作用。

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为了达到7000m级的下潜深度,“海翼号”使用了一种特殊抗压材质——碳纤维复合材料,既减轻了自身重量,增加了滑翔机内有效体积,又实现了承受深海下超大水压。总之,复合材料由于质量轻、比轻度高、比模量高、耐疲劳强度高、耐腐蚀、热膨胀系数小等优点,正在广泛应用于航海及深潜方向。

碳纤维增强复合材料

碳纤维复合材料具有低密度、高强度、耐腐蚀、成型简单、抗缺陷敏感性、抗振性优异、便于维修等特点。已在军事舰艇的上层建筑、复合材料桅杆、螺旋桨和推进轴及民用游艇仪器表盘、天线、方向舵、甲板、船舱和船舱壁等增强结构中得到广泛应用。近年来,在深海油气开采中的应用也十分广泛,主要应用于碳纤维复合材料脐带管、碳纤维复合材料锚泊系缆、石油开采钻井立管、采油立管和输送立管等。

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一些潜艇和水下滑翔机的耐压壳/舱现在也逐渐由碳纤维复合材料制造,碳纤维复合材料由于其优异性能,已经逐步取代密度较大的金属材料,成为制备深海潜艇和水下滑翔机耐压壳的主流材料。

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玻璃纤维增强复合材料

玻璃纤维增强复合材料是以玻璃纤维为增强材料,与基体材料通过一定的成型工艺复合而成的一种材料。玻璃纤维复合材料 (俗称玻璃钢) 具有密度小、强度高、耐腐蚀、可设计性强、易成型、绝热和节约能源等优点, 是建造海洋船舰的基本材料,在建造大型海军舰艇,如巡逻艇,气垫船和护卫舰等不同船舰类型时具有较大的优势。挪威海军的“盾牌”(LJD)级巡逻艇完全由聚氯乙烯泡沫层与玻璃纤维和碳纤维夹层组成的夹芯复合材料建成。

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高密度聚乙烯是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂,作为复合材料的基体材料,它具有良好的耐热性、耐磨性、耐寒性、电绝缘性好和韧性,化学稳定性和机械强度好。在复合软管中高密度聚乙烯可用作内衬和保护层,在内衬外部缠绕玻璃纤维或者碳纤维,而这些复合软管主要用于海洋油气输油、输气和输水管道以及注射管线、集输管线、流管线等。例如Fiberspar 采用挤出工艺制造了高密度聚乙烯复合材料内衬可卷绕复合材料管,使用纤维缠绕设备在内衬管表面缠绕碳纤维或玻璃纤维,生产速度可达180m/h。

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芳纶纤维增强复合材料

芳纶纤维增强复合材料作为新型功能结构材料,具有质量轻、比强度和比刚度高、耐疲劳、耐蠕变性能、耐化学腐蚀、耐磨性能好、热膨胀系数低以及透波性好等特点,备受造船界的重视,尤其是在制造高质量的船体结构方面有着巨大的优势。此外,芳纶纤维增强复合材料还可用于深水水雷外壳、防弹装甲、救生艇、高压容器及螺旋桨制造等,能满足舰船轻量化需求。

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陶瓷基复合材料

陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料,具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能,已经被广泛应用于航天空空领域,同时也被应用于潜艇的耐压壳的制备方面。例如美国伍兹霍尔海洋研究所研究的“海神”号机器人潜艇为了承受海底的超高压力,采用了特制的新型轻量级陶瓷基复合材料取代了传统的建造潜艇的材料,成功下潜到海下10902m。

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由次看出,复合材料在深海领域已经发挥了极大的作用,正逐渐遍布在航海、深潜、海上油气开采的方方面面,为复合材料的科技进步打CALL。

更多深海领域复合材料应用,敬请关注今年11月28日-30日,第四届中国国际复合材料科技大会(4TH CHINA INTERNATIONAL CONGRESS ON COMPOSITE MATERIALS, CCCM-4)现场的精彩!

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第四届中国国际复合材料科技大会(4TH CHINA INTERNATIONAL CONGRESS ON COMPOSITE MATERIALS, CCCM-4)将于2019年11月28日-30日在珠海国际会议中心召开。大会以“复合新材,料定未来”为主题,设立60多个主题学术分论坛及多个特色分会场,预计参会专业人士3000名。同期举办的第三届国际复合材料产业创新成果技术展览会的展示面积计划为20000平方米。大会在全球范围内邀请复合材料领域专家学者与企业代表出席,重点研讨复合材料学科与产业发展的动态、前沿与趋势,展示复合材料最新技术与应用。大会为各界搭建协同创新平台,设立特色分会场,组织学术界与产业界深入交流对接,共论产业发展趋势与导向,探寻材料复合化对经济社会发展的深刻影响,促进复合材料产业链、创新链、服务链、资金链的有效对接,完善复合材料产业创新创业生态。

“珠玉在侧,海纳百川”。CCCM-4设在粤港澳大湾区的核心地带,适逢祖国华诞70周年,必将汇聚复合材料各界英才,形成殚精竭智、实干报国的共识,在我国复合材料科学发展史上留下精彩的印记。

由江南大学 张典堂 研究员供稿

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