Xantu.Layr纳米纤维增韧膜助力海洋平台、舰船中复合材料的应用

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原标题：Xantu.Layr纳米纤维增韧膜助力海洋平台、舰船中复合材料的应用

复合材料近年来已广泛应用于航空航天、海洋开发、船舶舰船、高铁汽车等多行业领域，因其具有重量轻、耐腐蚀、耐高温、强度高等特性，代替许多传统材料实现更好的功能。目前碳纤维和玻纤复合材料在海上能源开发、船舶制造、海洋工程修复领域发挥着巨大的作用。

一、在海洋能源中的应用

在海洋能源开发中，近海石油和天然气勘探，如何预防海水带来的腐蚀和减轻重量作为两个主要科研话题，如何控制和抑制金属部件的腐蚀，减少部件的更换周期，用来减少所带来的成本问题。选择复合材料抵制腐蚀和减少重量已成为一个先进的海上平台解决方案之一。

复合材料已经在越来越多的海洋工程中缓慢而稳定地替换了顶部（水位以上）金属，无论是新安装还是现有结构的翻新，多以结构件的形式代替传统建筑材料，减轻重量，降低运输成本、解决海水侵蚀钢筋材料带来的问题。

与会被海水腐蚀的钢相比，用耐化学性树脂制成的复合材料几乎没有腐蚀。对于平台组件，例如柱管（从平台向下延伸到水面以下的供水管路）和消防水系统（用于扑灭潜在火灾的管道），这种抗腐蚀性能意味着多年的免维护。复合材料纤维增强塑料管的生命周期节省高达70％。

复合材料在海洋领域应用位置

1、平台海底(立管,缆绳等)。

2、处理设施(容器、水泵等)。

3、上部管道(废水、海洋水,饮用水,下水道等)。

4、压力容器(存储容器、蓄能器的压力等)。

5、平台结构(直升机甲板,主甲板、船体列,浮筒等)。

6、井下(连续油管、钻杆、工具、传感器等)。

7、水下注入和流动线路

二、在舰船中的应用

盐和腐蚀性的海水特别容易损害船舶和整体结构性，船舶、潜艇和其他经常与海水接触的结构件时常受到不同环境所带来的挑战，设计指标可靠性要高，减少零件更换和维护时间。

舰船应用整体分为船体及水下耐压构件、碳纤维复合材料甲板、上层建筑，船体舱壁、推进系统的螺旋桨和推进轴，方向舵、特殊的机械装置和管道系统，多应用在侦察舰，快速巡航舰中。

军舰

复合材料、纤维增强聚合物(FRP)早在二战以后已经逐步替换传统金属材料，实现防腐和减重，海军造船第一次使用玻璃钢(grp)可以追溯到1973年，当时的反水雷舰艇(mcmvs)是英国海军威尔顿号(hms wilton) ，长60米，满载725吨。 由 vosper-thornycroft 公司，和英国海军自1975年以来批量生产的。新加坡皇家海军和瑞典 kockums ab 造船厂设计的巡逻舰(ngpv)级，长80米，满载重量1016吨，均采用了大量的复合材料。

由瑞典海军设计的舰船维斯比，长72米，宽10.4米，满载620吨，是舰队中最大的船只之一。 它被设计用于监视，战斗，扫雷艇，对抗和反潜作战行动。 Visby 轻巡洋舰完全采用复合材料设计，使用碳和玻璃增强夹层板和乙烯基树脂基体，船体更坚固，水下部分耐腐蚀。

船体的重量减少了约30% ，没有显著增加制造成本，达到节省重量的成果转化为减少燃料消耗。

碳纤维复合材料还可应用在舰船的其他方面。例如，在推进系统上可用作螺旋桨和推进轴系，减轻船体的振动效应和噪声，多用于侦察舰和快速巡航舰。在机械和装备上可用作方向舵，某些特殊的机械装置和管道系统等。此外，高强度的碳纤维绳索在海军军舰的缆绳和其他军用物品上也有较为广泛的应用。

民用游艇

游艇、帆船、驳船和救生艇，玻璃钢是主要使用的材料，约占船体的80% ，对于长达20米的船舶来说，玻璃钢材料具有重量轻、生产成本低于钢材的显著优势，而且由于其显著的抗海洋生物和腐蚀性，维护成本极低。

波兰双体船厂建造的碳纤维双体帆船Sunreef 80 Levante采用了乙烯酯树脂夹层复合材料，PVC泡沫和碳纤维复合材料，桅杆吊杆均是定制的碳纤维复合材料，只有部分的船身使用了玻璃钢。重量仅有45t。拥有速度快，油耗低等特点。

三、纳米纤维增韧膜功能：

碳纤维预浸料层间增韧，冲击后压缩强度（CAI），抗分层性，抗疲劳，断裂韧性

碳纤维材料并非完美无瑕的，它本身的韧性较低，导致用碳纤维树脂基复合材料的韧性水平相对于许多金属材料偏低。单碳纤维材料有着层铺结构容易分层，树脂体系耐温、耐老化性需要结合实际工况验证，耐冲击性差的缺点。

新西兰纳米材料专家Revolution Fibers开发了Xantu.Layr®，采用静电纺丝工艺，由几千米长的热塑性聚合物纳米纤维组成，每根纤维比发丝细500倍左右。特别适合用于环氧树脂基碳纤维预浸料的层间增韧，提高了复合材料的断裂韧性（抗脱层性）、冲击后抗压强度（损伤容限）和抗疲劳性能，使树脂在受到压力或冲击时不易发生微裂纹。

通过实验我们可以发现，使用不同规格的纳米纤维膜对复合材料层合板的断裂韧性有不同程度的提升，其中4.5gsm Xantu. Layr可以提升156%。复合材料的断裂韧性可提高69%，疲劳寿命提高394%。冲击后的压缩强度（CAI）即复合材料层合板的损伤容限能力显著提高，使用纳米纤维膜后，在冲击和压缩实验中纳米纤维膜吸收裂纹的能量，进而提升了CAI，通过实验数据可以发现，同一层合板在使用纳米纤维膜后冲击能量可以由10J增加到30J。 1.5g~4.5g每平米的克重，um级的纤维膜浸润树脂后，所有层压板的重量和厚度增加都可忽略不计。Xantu.Layr®特别适用于改善容易受到冲击破坏，分层以及高挠曲或疲劳载荷的复合结构的性能。

纳米纤维增韧膜Xantu.Layr®在几乎不增加重量和厚度的情况下，有效改善复合材料韧性，适用于复合材料树脂基体，尤其是碳纤维环氧树脂基体结构件，在局部打孔或剪切部位起到增韧减小裂纹的作用。用于航空航天碳纤维结构体、舰船、船舶海洋平台上的复合材料结构件中，助力改善复材的层间剪切强度，CAI，抗分层特性。

以上部分图片来自网络，测试数据来源于Revolution Fibers。游戏网

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