Application de matériaux composites marins (fibre de carbone / fibre de verre / aramide)
À l’heure actuelle, les matériaux composites en fibre de carbone ont été largement utilisés dans l’aérospatiale, les sports et les loisirs, l’industrie automobile, l’énergie environnementale, le génie civil et d’autres domaines, et sa gamme d’applications est presque partout. Parmi eux, dans les petits bateaux, les yachts, les grands navires et d’autres domaines de navires, les applications de la fibre de carbone progressent. La fibre de carbone est un matériau idéal pour les applications marines, car elle peut réduire les vibrations de la coque, maintenir un bon environnement de communication sans fil entre les navires, etc.
En outre, la raison la plus importante d’utiliser la fibre de carbone est que le matériau peut améliorer la vitesse et l’économie de carburant des navires en réduisant le poids. Par exemple, en remplaçant les composites en fibre de verre (GFRP) par des composites renforcés de fibres de carbone (CFRP), le poids de la coque peut être réduit.
L’application de la fibre de carbone et de ses matériaux composites dans les yachts, grâce à l’utilisation de PRFC dans la superstructure et l’équipement de pont, peut réduire davantage le poids et améliorer la stabilité du navire; les arbres d’entraînement en fibre de carbone peuvent également réduire le poids et les vibrations; fibre de carbone dans les pales d’hélice Il existe également des applications potentielles très variées.
Dès les années 1940, l’US Navy a utilisé des matériaux composites pour construire de petits navires, ce qui a ouvert un nouveau chapitre dans la construction navale. Au milieu des années 1950, il était stipulé que les navires de moins de 16 m devaient être faits de matériaux composites. Avec le développement de la science des matériaux, l’amélioration des méthodes de construction et des formulaires d’application, en 1994, les États-Unis ont utilisé des matériaux composites pour construire un dragueur de mines de classe « Avenger » de 68,3 mètres de long. Le bateau d’exploration en plongée profonde construit en 1996 est fait de matériaux composites renforcés de fibres de graphite pour sa coque, et la profondeur de plongée du bateau peut atteindre 6096m. Le nom de code « Stiletto » M80 fabriqué en 2006 est le dernier hors-bord d’essai furtif à grande vitesse et la plus grande coque formée de fibre de carbone à un moment donné. Avec une longueur de 24,4 m et une largeur de 12,2 m, le tirant d’eau n’est que de 0,9 m et le déplacement est de 67 t, ce qui permet au hors-bord d’obtenir facilement une vitesse plus élevée. Le sous-marin nucléaire américain de classe Los Angeles utilise également un nouveau type de matériau composite pour fabriquer un dôme de sonar, qui mesure 7,6 m de long, 8,1 m de diamètre maximum et offre d’excellentes performances. La marine américaine développe également des navires équipés de l’armée en aéroglisseurs traditionnels. L’aéroglisseur conventionnel utilise des coques rigides en aluminium similaires à celles des avions comme matériau de base, tandis que l’American All Terrain Amphibious Hovercraft Company (ATLAS Hovercraft) a développé un aéroglisseur entièrement composite appelé AH-100-P, conçu pour accueillir 150 membres d’équipage.
En tant que pays majeur dans la fabrication de navires composites en Asie, le Japon a commencé à construire des navires EN PRF dès 1953. Dans les années 1970, les bateaux de pêche japonais ont commencé à utiliser largement le PRF. Depuis lors, le Japon a fabriqué des dizaines de milliers de bateaux de pêche en PRF chaque année. de plus en plus parfait. Aujourd’hui, la production japonaise de PRF se classe parmi les premières au monde, et la consommation de PRF des bateaux de pêche motorisés marins représente à elle seule 76,3%. Dans le même temps, dans le développement et la production de matériaux composites haute performance tels que la fibre de carbone, le Japon occupe également une position importante dans le monde. Ses navires haute performance, ses bateaux de course et ses yachts de luxe utilisent désormais largement des matériaux composites en fibre de carbone haute performance.
La fibre de carbone a deux types de haute résistance et de module élevé. Il a les caractéristiques d’une rigidité élevée, d’une limite d’élasticité élevée et d’une résistance élevée à la flexion. Il est généralement utilisé dans la fabrication de navires à haute performance et à grande vitesse. La fibre de carbone japonaise est vendue dans le monde entier et est principalement utilisée dans la fabrication de vedettes rapides à grande vitesse, de bateaux de course haute performance, de yachts de luxe et d’autres bateaux.
La fibre d’aramide a les caractéristiques d’une résistance spécifique élevée, d’une ténacité élevée, d’une résistance aux chocs et d’une résistance aux balles, et est utilisée pour les composants de bateaux ayant des exigences élevées en matière de traction, de charge active et d’épreuve des balles. En raison de sa faible résistance à la flexion à la compression, il ne convient pas à la fabrication de coques à haute compression et à haute flexion, et ne convient qu’aux navires avec des limites de poids strictes.
En considérant le coût de fabrication des bateaux, sous la prémisse de répondre aux exigences de conception, une méthode de conception utilisant des matériaux composites à fibres hybrides a émergé. L’utilisation mixte d’une variété de matériaux renforcés de fibres surmonte certaines des lacunes d’un matériau composite à fibre unique, améliore les propriétés physiques et mécaniques et améliore encore la conception du matériau. Les tissus bidimensionnels et tridimensionnels formés par des matériaux de renforcement peuvent être fabriqués selon les besoins de conception pour répondre à la résistance, aux performances intra-couches et intercouches des navires, et répondre aux exigences de légèreté et de résistance élevée pour les navires.
En raison de la légèreté des matériaux composites, l’US Navy prévoit d’utiliser des matériaux composites phénoliques renforcés de verre dans le compartiment d’alimentation, y compris des cylindres, des culasses, des carters d’huile, des couvercles de cames, des rouleaux de support, des pignons de contrôle de vitesse et des pompes à eau, des pompes à huile et des poulies de moteurs diesel marins. Attendre.
Certains éléments mécaniques des navires de surface peuvent également être fabriqués en matériaux composites, et dans la tendance à réduire le poids de la coque, la réduction du poids des composants de transmission de puissance du système de propulsion est également à l’ordre du jour. Typiquement, sur les bateaux à grande vitesse où 2 ou 4 moteurs diesel à grande vitesse entraînent le jet d’eau à travers une boîte de vitesses de réduction, la distance entre le moteur diesel et la boîte de vitesses ou entre la boîte de vitesses et le jet d’eau est raccourcie. Surtout dans l’espace étroit du catamaran, 4 moteurs diesel doivent être disposés de manière échelonnée, et la puissance générée par le moteur diesel avant doit être transmise par le moteur diesel arrière. Par conséquent, cela nécessite une transmission avec le poids le plus léger et le moins de composants. L’utilisation de l’arbre d’entraînement en matériau de tube en fibre de carbone peut facilement atteindre l’objectif de réduire le poids des composants de transmission.
Les principaux avantages des arbres d’entraînement CFRP comprennent: réduire considérablement le poids de l’arbre d’entraînement; vitesse critique élevée, généralement pas besoin de disposer les roulements sur un arbre long, réduire le nombre de roulements, réduire les coûts, réduire l’arbre, réduire les pièces, économiser le coût des supports de roulement et réduire le poids; résistance à la corrosion, faible signal magnétique, signal électrique, anti-usure, peut réduire le bruit dans la structure et l’air de 520dB. (Source : Easy Composites / Composites Xintiandi)