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船舶製造

超越海洋的碳纖維應用

星之球激光 來源:佳工機電網2014-07-05 我要評論(0 )   

未來纖維公司(Future Fibres)的碳纖維索具、桅杆和吊杆因重量輕而在賽艇和超級遊艇領域聞名,該公司正欲通過產(chan) 品的多樣化來進入其他市場。Amanda Jacob 參觀了該公司...

 未來纖維公司(Future Fibres)的碳纖維索具、桅杆和吊杆因重量輕而在賽艇和超級遊艇領域聞名,該公司正欲通過產(chan) 品的多樣化來進入其他市場。Amanda Jacob 參觀了該公司在西班牙巴倫(lun) 西亞(ya) 的總部。

Future Fibres 公司紮根於(yu) 其複合材料索具業(ye) 務。在1996 至1997年間, 該公司的創立者TomHutchinson 倡導了索具用連續纏繞單向纖維複合繩索的開發。一直以來,Future Fibres 公司投身於(yu) 這項技術的研發工作,它們(men) 相信,這項技術是所有複合材料繩索的生產(chan) 技術中能夠提供最佳的纖維排列和負載分配的技術,因而能在給定拉伸情況下帶來最佳的繩索強度和重量特性。

今天,該公司繩索的產(chan) 品範圍涵蓋了側(ce) 桅索、轉帆索、前桅卷帆索、固定前桅支索、後支索和套索等。除了標準尺寸,Future Fibres 公司還能製造任何給定等效拉伸、工作負載和工作直徑的繩索。

 

最佳索具

Future Fibres 公司研發了一種定製的CNC 纏繞技術。在一定受控張力下,來自獨立大型纖維線軸的單股纖維圍繞著設置在規定距離間(即繩索的長度)的兩(liang) 個(ge) 終端端頭進行連續纏繞,直至達到所需的纖維量。這項技術製造出了一個(ge) 簡單的纖維線圈,它天生安全而強韌。

而後,該纖維線圈束采用纖維帶加強,最小化了直徑,並提供了外部保護。考慮到耐磨性,還增加了一層編織覆蓋層。隨後,兩(liang) 終端周圍的纖維線圈被包裹於(yu) 樹脂內(nei) 部,從(cong) 而將纖維密封起來,免受其他因素的影響,這也在繩索終端與(yu) 幹燥的纖維繩索芯之間創造了一個(ge) 柔性過渡。

這項技術的主要優(you) 勢是無需采用任何終端連接或機械連接來轉移從(cong) 繩索到甲板/ 桅杆的負載。

這種繩索能夠用作“軟套環(softloop)”,而金屬線軸則通常用來增加使用壽命和連接的簡易性。

Future Fibre 公司致力於(yu) “為(wei) 恰當的應用提供合適的纖維”。該公司指出,“合適”的纖維取決(jue) 於(yu) 繩索的應用(側(ce) 支索、前桅支索、轉帆索、後支索),以及帆船比賽項目的類型(普通比賽、超級遊艇對抗賽、超級遊艇遠洋賽等)。該公司的纖維產(chan) 品涵蓋了以下範圍:

◆ PBO [ 聚(對亞(ya) 苯基-2,6- 苯並二惡唑)] 纖維,具有極高的機械特性,兼具出色的柔韌性;

◆迪尼瑪®(Dyneema®),一種高性能聚乙烯(HPPE)纖維,能製造比PBO 更重、直徑更大,卻具有同樣拉伸強度的繩索;

◆凱芙拉®(Kevlar®)芳綸纖維,PBO 的前驅體(ti) ,兩(liang) 者具有很多相似性能,但後者無法在強度、模量及重量上與(yu) 之相較;

◆碳纖維。

Future Fibres 公司結實可靠的碳纖維索具比PBO 更具重量和直徑上的優(you) 勢, 它以ThermoSet Carbon(TSC) 的商品名銷售。這是該公司12 年來的研發成果,他們(men) 借助最新的環氧樹脂技術優(you) 化了纖維性能。為(wei) 了生產(chan) 這種繩索,將碳纖維束預浸料纏繞在鈦金屬線軸上(與(yu) 前述傳(chuan) 統幹燥纖維的結構一樣),而後封帶加強、固化並製得成品。最後得到一種結實、具有圓形截麵的碳纖維棒。而後隻需為(wei) UV 防護進行上色 / 噴漆處理即可。

 

碳纖維索具的不利之處是其彈性欠佳,這限製了它在某些繩索類型上的應用。有鑒於(yu) 此,Future Fibres 公司打算製造一種彈性碳纖維繩索,名為(wei) FlexC ™。該技術采用一種定製的碳纖維,采用一種專(zhuan) 門設計的環氧樹脂基浸漬,這實現了對產(chan) 品質量和後處理的完全控製。浸漬過的纖維束經過纏繞和加強,並且為(wei) 防止磨損外覆一層編織層。

Future FIibres 宣稱,其FlexC 繩索將碳纖維的所有優(you) 點(剛度、強度和出色的耐疲勞度)與(yu) 彈性、抗衝(chong) 擊性,以及一般幹燥纖維繩索的操作優(you) 勢相結合。FlexC 產(chan) 品與(yu) 許多研發夥(huo) 伴(包括Open 60/Volvo 70 項目)一起進行了大量測試,在投放市場前曆經了40 多萬(wan) 海裏的航行試驗。

Future Fibres 的PBO 和碳纖維技術擁有其引以為(wei) 傲的現場50 米測試平台以及德國勞埃德船級社(GL)認證。

 

大型項目

基於(yu) Future Fibres 在複合材料索具市場上的專(zhuan) 門技術,該公司在2010 年創建了一個(ge) 船桅部門,旨在製造高性能碳纖維桅杆、吊杆、橫支杆以及定製部件。該公司在這項業(ye) 務上的夥(huo) 伴是模具專(zhuan) 家Persico SpA,總部位於(yu) 意大利。

這些都是大型項目。在FutureFibres 位於(yu) 巴倫(lun) 西亞(ya) 15,000 平方米的工廠設施中,有10,000 平方米的麵積被用於(yu) 桅杆業(ye) 務。其設備數量可觀,包括:一台50 米x1.5 米的熱壓罐;60平方米的溫度控製層壓噴塗間;70 平方米的組裝和裝備區; 以及一間機加工車間。

桅杆圓管及橫支杆采用預浸料生產(chan) ,預浸料采用手工鋪放在鋁質陰模中。製品在熱壓罐中以3-6 巴的壓力和100-120℃的溫度固化。高精密的模具顯著減少了後處理的工作量,減少並優(you) 化了圓管重量。

在《增強塑料》雜誌(ReinforcedPlastic)參觀期間,該工廠正在進行一根76 米長的桅杆,以及多根長度超過25 米的卷帆杆的生產(chan) 。

該76 米長的桅杆經過了18 個(ge) 月的設計、開發和建造,於(yu) 2013 年的9 月最後完成,是為(wei) 一艘Perini Navi 集團60米長的單桅帆船生產(chan) 的。Future Fibres公司還將為(wei) 這艘船隻提供卷帆杆以及專(zhuan) 門定製的整套複合材料索具。

這艘編號為(wei) C.2218 的船隻(預計於(yu) 2014 年交付)專(zhuan) 注於(yu) 實現最高等級的性能,也意味著Future Fibres 公司能夠利用其在大獎賽舞台上獲得的研發成果。利用其銑削成型的鋁質模具,Future Fibres 公司製造了一種擁有近乎完美的外觀和透明的光亮表麵的桅杆圓管。填充物最高能增加桅杆3% 的重量,它的棄用進一步減少了不必要的重量。Future Fibres 公司40 平方米的潔淨室/無塵烘箱的采用意味著23.4 米長的卷帆杆能夠采用碳纖維預浸料來製造,代替了標準的濕法層壓,這提高了結構性能,並再度減少了重量。

Future Fibres 公司相信,船桅和索具行業(ye) 存在著很多機會(hui) ,能夠獲得顯著提升。其一是設計軟件。很多目前正在使用的產(chan) 品是由鋁製桅杆的設計演變而來,市場並未料想到桅杆圓管現在由複合材料層壓製成的實際情況。#p#分頁標題#e#

FutureFibres 公司采用專(zhuan) 為(wei) 複合材料結構的使用而設計的Catia-Abaqus 軟件平台,這種軟件在航空領域久經考驗,是空客和波音公司的核心設計軟件。該公司還自行研發了自己的定製化軟件MasterMindPro,用以優(you) 化桅杆的設計。這令設計者得以實時地管理多個(ge) 鋪層及修補方案,優(you) 化圓管的設計。

 

超越海洋

Future Fibres 公司一直保持增長,現在已經擁有100 多名員工。該公司正計劃通過其在極端海洋環境下的複合材料設計背景向其他市場擴張,以期獲得進一步增長。近年來,來自其他行業(ye) ,比如賽車運動以及航空航天的專(zhuan) 業(ye) 人員的加入將幫助它實現這一增長目標。Luca Mezzo 曾就職於(yu) 航空領域的專(zhuan) 業(ye) 化企業(ye) Safran 公司,他的新職位是該公司的技術總監。為(wei) 了將日常研發(產(chan) 品增強性質)與(yu) 真正的技術創新相分離,該公司最近在英國建立了一個(ge) 創新中心。

“在Future Fibres 公司,我們(men) 不斷對複合材料部件的瑕疵和損傷(shang) 可能對結構帶來的影響增進理解,並且關(guan) 注新材料在性能和功能上的研發。”Mezzo 說道,“在一個(ge) 與(yu) 我們(men) 目前在集成傳(chuan) 感器上的工作相關(guan) 的領域中,我們(men) 看到了這種發展。我們(men) 采用納米管複合材料作為(wei) 導電織物,來監控我們(men) 零部件產(chan) 品的健康狀態,現在我們(men) 正在對其進行測試,而後將以我們(men) 的發現在修複或替換時做出決(jue) 策。”

Future Fibres 認為(wei) ,能夠從(cong) 其複合材料技術上獲益的應用包括:

◆汽車:該公司曾為(wei) F1 賽車的車輪生產(chan) 了碳纖維安全輪索,現正與(yu) 英國公司RPx Automotive 共同合作,為(wei) 後者的新款賽車RP-one 製造碳纖維複合材料艙室;

◆土木工程:Future Fibres 為(wei) 西班牙一座長216 米、寬3 米的人行天橋供應了結實可靠的碳纖維繩索,這些繩索為(wei) 這座人行橋提供主要負載,減少了安裝時間和製造成本;

◆起重技術:用輕質複合材料繩索替代起重機和其他起重設備中的金屬繩索,能夠獲得很多好處,包括70-90%的減重、增加抗疲勞強度、延長繩索壽命並減少維護;

◆石油和天然氣:深海石油和天然氣儲(chu) 備的開采也需要輕質繩索技術。

 

新的方向

“從(cong) 目前專(zhuan) 門從(cong) 事大型的、一次性定製化項目向大批量生產(chan) 的轉變,是Future Fibres 公司目前所麵臨(lin) 的問題。”Tom Hutchinson 解釋道,“量化市場需要公司具有為(wei) 全世界交付高品質、標準化產(chan) 品的生產(chan) 能力。我們(men) 非常努力地在我們(men) 的製造流程中實現最高效率,這將成為(wei) 我們(men) 未來在該領域內(nei) 獲得成功的關(guan) 鍵因素。

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