Vantaggi e indicazioni della fibra di carbonio termoplastica nelle applicazioni marine.
La Terra da cui dipendiamo per la sopravvivenza è coperta per circa il 70% da acqua, compresi oceani, baie, laghi e altri corpi idrici. Alcuni studi suggeriscono che abbiamo avuto origine dall’oceano, che contiene anche quantità inimmaginabili di risorse. Per sviluppare ed estrarre queste risorse dall’oceano, non solo sono necessarie tecnologie e attrezzature avanzate, ma anche vari materiali con forte resistenza all’acqua e alla corrosione.
I materiali metallici tradizionali, come l'acciaio e le leghe di alluminio, affrontano il problema della corrosione e della ruggine se utilizzati in ambienti marini per periodi prolungati. Inoltre, questi metalli hanno un’elevata densità, il che comporta notevoli sfide nella lavorazione e costi di trasporto più elevati. Inoltre, anche la manutenzione e la sostituzione possono risultare piuttosto difficoltose. L’introduzione dei compositi in fibra di vetro e fibra di carbonio nelle applicazioni di ingegneria navale è un’iniziativa pratica e lungimirante.
Attualmente, i materiali termoindurenti in fibra di carbonio vengono sempre più utilizzati in campi quali cavi marini, sistemi di ormeggio, pale di turbine, recipienti a pressione e riparazione di apparecchiature. Con i progressi nella tecnologia della fibra di carbonio, le fibre di carbonio termoplastiche sono passate dal concetto alla realtà, offrendo vantaggi prestazionali completi rispetto alle fibre di carbonio termoindurenti. In futuro, si prevede che funzioneranno ancora meglio nelle applicazioni marine.
Vantaggi della fibra di carbonio termoplastica nelle applicazioni marine
1.Proprietà meccaniche: Le proprietà meccaniche comprendono parametri quali resistenza alla trazione, modulo di trazione, resistenza alla flessione e resistenza al taglio, che rappresentano varie dimensioni delle prestazioni complessive del materiale. Ad esempio, CF/PEEK ha una resistenza alla trazione fino a 1900 MPa, un modulo di trazione fino a 110 GPa, una resistenza alla flessione fino a 125 MPa, una resistenza alla compressione fino a 1000 MPa e una resistenza al taglio fino a 75 MPa, dimostrando prestazioni superiori rispetto ad altri materiali compositi.
2. Resistenza alla corrosione: La fibra di carbonio può funzionare normalmente in acido cloridrico al 50%, acido solforico e acido fosforico senza deformarsi o subire danni. La resistenza alla corrosione della matrice resinosa nei compositi termoplastici in fibra di carbonio varia in modo significativo a seconda del tipo di resina utilizzata, con il polietere etere chetone (PEEK) che mostra una buona resistenza alla corrosione. Inoltre, tecniche di lavorazione adeguate possono migliorare in una certa misura la resistenza alla corrosione delle fibre di carbonio termoplastiche. I trattamenti superficiali possono migliorare la forza di adesione interfacciale dei compositi, ridurre la porosità e i difetti strutturali, rendendo più difficile la penetrazione e la diffusione dei mezzi corrosivi.
3. Impermeabile e resistente all'umidità: Le matrici in resina termoplastica hanno generalmente un basso assorbimento di umidità, che aiuta a prevenire il degrado delle proprietà meccaniche dovuto all'esposizione all'umidità. I processi di produzione dei compositi termoplastici in fibra di carbonio spesso coinvolgono metodi come lo stampaggio a compressione o lo stampaggio a iniezione, che possono fornire prestazioni del materiale più costanti e uniformi, comprese caratteristiche di impermeabilità e resistenza all'umidità, rispetto ai compositi termoindurenti.
Vantaggi della fibra di carbonio termoplastica nelle applicazioni marine
1.Proprietà meccaniche: Le proprietà meccaniche comprendono parametri quali resistenza alla trazione, modulo di trazione, resistenza alla flessione e resistenza al taglio, che rappresentano varie dimensioni delle prestazioni complessive del materiale. Ad esempio, CF/PEEK ha una resistenza alla trazione fino a 1900 MPa, un modulo di trazione fino a 110 GPa, una resistenza alla flessione fino a 125 MPa, una resistenza alla compressione fino a 1000 MPa e una resistenza al taglio fino a 75 MPa, dimostrando prestazioni superiori rispetto ad altri materiali compositi.
2. Resistenza alla corrosione: La fibra di carbonio può funzionare normalmente in acido cloridrico al 50%, acido solforico e acido fosforico senza deformarsi o subire danni. La resistenza alla corrosione della matrice resinosa nei compositi termoplastici in fibra di carbonio varia in modo significativo a seconda del tipo di resina utilizzata, con il polietere etere chetone (PEEK) che mostra una buona resistenza alla corrosione. Inoltre, tecniche di lavorazione adeguate possono migliorare in una certa misura la resistenza alla corrosione delle fibre di carbonio termoplastiche. I trattamenti superficiali possono migliorare la forza di adesione interfacciale dei compositi, ridurre la porosità e i difetti strutturali, rendendo più difficile la penetrazione e la diffusione dei mezzi corrosivi.
3. Impermeabile e resistente all'umidità: Le matrici in resina termoplastica hanno generalmente un basso assorbimento di umidità, che aiuta a prevenire il degrado delle proprietà meccaniche dovuto all'esposizione all'umidità. I processi di produzione dei compositi termoplastici in fibra di carbonio spesso coinvolgono metodi come lo stampaggio a compressione o lo stampaggio a iniezione, che possono fornire prestazioni del materiale più costanti e uniformi, comprese caratteristiche di impermeabilità e resistenza all'umidità, rispetto ai compositi termoindurenti.
3.Applicazione in recipienti a pressione: I recipienti a pressione sono componenti fondamentali di dispositivi subacquei come sommergibili e alianti. L'obiettivo primario della progettazione di queste navi è ottenere prestazioni meccaniche strutturali sufficienti riducendo al minimo il peso. L'utilizzo della fibra di carbonio termoplastica nei recipienti a pressione può offrire vantaggi come una maggiore profondità operativa, un peso più leggero e un peso specifico inferiore per la struttura complessiva.
4.Applicazione in strutture e apparecchiature per l'energia pulita marina: La Cina, essendo circondata da mari su entrambi i lati, dispone di abbondanti risorse eoliche offshore. La generazione di energia eolica è un nuovo settore energetico pulito e rispettoso dell’ambiente e la domanda in questo campo è significativa. La produzione delle pale delle turbine eoliche si basa fortemente sui compositi in fibra di carbonio. Si stima che entro il 2025 la domanda di fibra di carbonio nel settore dell'energia eolica potrebbe superare le 93,000 tonnellate e la fibra di carbonio termoplastica potrebbe svolgere un ruolo supplementare nel soddisfare questa domanda. La rigidità dei materiali compositi termoplastici in fibra di carbonio è da 2 a 3 volte quella dei compositi in fibra di vetro, mentre la loro densità e massa sono generalmente comparabili, rendendoli adatti alla produzione di sezioni centrali di turbine.
5.Applicazione nella riparazione e nel rinforzo delle strutture marine: Le strutture marine operano in ambienti marini complessi e difficili, continuamente sottoposti a carichi operativi e stress ambientali. Nel corso della loro vita utile, è inevitabile che si verifichino difetti strutturali, come crepe da fatica e problemi di corrosione. I compositi termoplastici in fibra di carbonio, con la loro bassa densità, elevata robustezza, resistenza alla corrosione, facilità di costruzione, prestazioni favorevoli alla fatica e impatto non distruttivo sull'integrità strutturale, sono stati ampiamente applicati nella riparazione e nel rinforzo delle strutture marine.
Le risorse nascoste negli oceani sono vaste e le attuali capacità tecnologiche umane non sono ancora sufficienti per un’esplorazione approfondita ed estesa. Prima mancavano materiali e tecnologia, ora disponiamo di materiali ad alte prestazioni come la fibra di carbonio, nonché di tecniche in grado di resistere alle immense pressioni che si trovano sott’acqua. Con il continuo progresso delle tecnologie e dei materiali, è probabile che l'aspirazione di "raggiungere la luna nel cielo e catturare le tartarughe dalle profondità dell'oceano" diventi realtà.
