超越海洋的碳纤维应用

作者：Amanda Jacob    来源：Ringer

欢迎访问e展厅 展厅 7 船舶/港口设备/海洋工程展厅 游艇, 橡皮艇, 港口起重机, ... 未来纤维公司（Future Fibres）的碳纤维索具、桅杆和吊杆因重量轻而在赛艇和超级游艇领域闻名，该公司正欲通过产品的多样化来进入其他市场。Amanda Jacob 参观了该公司在西班牙巴伦西亚的总部。 Future Fibres 公司扎根于其复合材料索具业务。在1996 至1997年间， 该公司的创立者TomHutchinson 倡导了索具用连续缠绕单向纤维复合绳索的开发。一直以来，Future Fibres 公司投身于这项技术的研发工作，它们相信，这项技术是所有复合材料绳索的生产技术中能够提供最佳的纤维排列和负载分配的技术，因而能在给定拉伸情况下带来最佳的绳索强度和重量特性。 今天，该公司绳索的产品范围涵盖了侧桅索、转帆索、前桅卷帆索、固定前桅支索、后支索和套索等。除了标准尺寸，Future Fibres 公司还能制造任何给定等效拉伸、工作负载和工作直径的绳索。 最佳索具 Future Fibres 公司研发了一种定制的CNC 缠绕技术。在一定受控张力下，来自独立大型纤维线轴的单股纤维围绕着设置在规定距离间（即绳索的长度）的两个终端端头进行连续缠绕，直至达到所需的纤维量。这项技术制造出了一个简单的纤维线圈，它天生安全而强韧。 而后，该纤维线圈束采用纤维带加强，最小化了直径，并提供了外部保护。考虑到耐磨性，还增加了一层编织覆盖层。随后，两终端周围的纤维线圈被包裹于树脂内部，从而将纤维密封起来，免受其他因素的影响，这也在绳索终端与干燥的纤维绳索芯之间创造了一个柔性过渡。 这项技术的主要优势是无需采用任何终端连接或机械连接来转移从绳索到甲板/ 桅杆的负载。 这种绳索能够用作“软套环（softloop）”，而金属线轴则通常用来增加使用寿命和连接的简易性。 Future Fibre 公司致力于“为恰当的应用提供合适的纤维”。该公司指出，“合适”的纤维取决于绳索的应用（侧支索、前桅支索、转帆索、后支索），以及帆船比赛项目的类型（普通比赛、超级游艇对抗赛、超级游艇远洋赛等）。该公司的纤维产品涵盖了以下范围： ◆ PBO [ 聚（对亚苯基-2,6- 苯并二恶唑）] 纤维，具有极高的机械特性，兼具出色的柔韧性； ◆迪尼玛®（Dyneema®），一种高性能聚乙烯（HPPE）纤维，能制造比PBO 更重、直径更大，却具有同样拉伸强度的绳索； ◆凯芙拉®（Kevlar®）芳纶纤维，PBO 的前驱体，两者具有很多相似性能，但后者无法在强度、模量及重量上与之相较； ◆碳纤维。 Future Fibres 公司结实可靠的碳纤维索具比PBO 更具重量和直径上的优势， 它以ThermoSet Carbon（TSC） 的商品名销售。这是该公司12 年来的研发成果，他们借助最新的环氧树脂技术优化了纤维性能。为了生产这种绳索，将碳纤维束预浸料缠绕在钛金属线轴上（与前述传统干燥纤维的结构一样），而后封带加强、固化并制得成品。最后得到一种结实、具有圆形截面的碳纤维棒。而后只需为 UV 防护进行上色 / 喷漆处理即可。 碳纤维索具的不利之处是其弹性欠佳，这限制了它在某些绳索类型上的应用。有鉴于此，Future Fibres 公司打算制造一种弹性碳纤维绳索，名为FlexC ™。该技术采用一种定制的碳纤维，采用一种专门设计的环氧树脂基浸渍，这实现了对产品质量和后处理的完全控制。浸渍过的纤维束经过缠绕和加强，并且为防止磨损外覆一层编织层。 Future FIibres 宣称，其FlexC 绳索将碳纤维的所有优点（刚度、强度和出色的耐疲劳度）与弹性、抗冲击性，以及一般干燥纤维绳索的操作优势相结合。FlexC 产品与许多研发伙伴（包括Open 60/Volvo 70 项目）一起进行了大量测试，在投放市场前历经了40 多万海里的航行试验。 Future Fibres 的PBO 和碳纤维技术拥有其引以为傲的现场50 米测试平台以及德国劳埃德船级社（GL）认证。 大型项目 基于Future Fibres 在复合材料索具市场上的专门技术，该公司在2010 年创建了一个船桅部门，旨在制造高性能碳纤维桅杆、吊杆、横支杆以及定制部件。该公司在这项业务上的伙伴是模具专家Persico SpA，总部位于意大利。 这些都是大型项目。在FutureFibres 位于巴伦西亚15,000 平方米的工厂设施中，有10,000 平方米的面积被用于桅杆业务。其设备数量可观，包括：一台50 米x1.5 米的热压罐；60平方米的温度控制层压喷涂间；70 平方米的组装和装备区； 以及一间机加工车间。 桅杆圆管及横支杆采用预浸料生产，预浸料采用手工铺放在铝质阴模中。制品在热压罐中以3-6 巴的压力和100-120℃的温度固化。高精密的模具显著减少了后处理的工作量，减少并优化了圆管重量。 在《增强塑料》杂志（ReinforcedPlastic）参观期间，该工厂正在进行一根76 米长的桅杆，以及多根长度超过25 米的卷帆杆的生产。 该76 米长的桅杆经过了18 个月的设计、开发和建造，于2013 年的9 月最后完成，是为一艘Perini Navi 集团60米长的单桅帆船生产的。Future Fibres公司还将为这艘船只提供卷帆杆以及专门定制的整套复合材料索具。 这艘编号为C.2218 的船只（预计于2014 年交付）专注于实现最高等级的性能，也意味着Future Fibres 公司能够利用其在大奖赛舞台上获得的研发成果。利用其铣削成型的铝质模具，Future Fibres 公司制造了一种拥有近乎完美的外观和透明的光亮表面的桅杆圆管。填充物最高能增加桅杆3% 的重量，它的弃用进一步减少了不必要的重量。Future Fibres 公司40 平方米的洁净室/无尘烘箱的采用意味着23.4 米长的卷帆杆能够采用碳纤维预浸料来制造，代替了标准的湿法层压，这提高了结构性能，并再度减少了重量。 Future Fibres 公司相信，船桅和索具行业存在着很多机会，能够获得显著提升。其一是设计软件。很多目前正在使用的产品是由铝制桅杆的设计演变而来，市场并未料想到桅杆圆管现在由复合材料层压制成的实际情况。 FutureFibres 公司采用专为复合材料结构的使用而设计的Catia-Abaqus 软件平台，这种软件在航空领域久经考验，是空客和波音公司的核心设计软件。该公司还自行研发了自己的定制化软件MasterMindPro，用以优化桅杆的设计。这令设计者得以实时地管理多个铺层及修补方案，优化圆管的设计。 超越海洋 Future Fibres 公司一直保持增长，现在已经拥有100 多名员工。该公司正计划通过其在极端海洋环境下的复合材料设计背景向其他市场扩张，以期获得进一步增长。近年来，来自其他行业，比如赛车运动以及航空航天的专业人员的加入将帮助它实现这一增长目标。Luca Mezzo 曾就职于航空领域的专业化企业Safran 公司，他的新职位是该公司的技术总监。为了将日常研发（产品增强性质）与真正的技术创新相分离，该公司最近在英国建立了一个创新中心。 “在Future Fibres 公司，我们不断对复合材料部件的瑕疵和损伤可能对结构带来的影响增进理解，并且关注新材料在性能和功能上的研发。”Mezzo 说道，“在一个与我们目前在集成传感器上的工作相关的领域中，我们看到了这种发展。我们采用纳米管复合材料作为导电织物，来监控我们零部件产品的健康状态，现在我们正在对其进行测试，而后将以我们的发现在修复或替换时做出决策。” Future Fibres 认为，能够从其复合材料技术上获益的应用包括： ◆汽车：该公司曾为F1 赛车的车轮生产了碳纤维安全轮索，现正与英国公司RPx Automotive 共同合作，为后者的新款赛车RP-one 制造碳纤维复合材料舱室； ◆土木工程：Future Fibres 为西班牙一座长216 米、宽3 米的人行天桥供应了结实可靠的碳纤维绳索，这些绳索为这座人行桥提供主要负载，减少了安装时间和制造成本； ◆起重技术：用轻质复合材料绳索替代起重机和其他起重设备中的金属绳索，能够获得很多好处，包括70-90%的减重、增加抗疲劳强度、延长绳索寿命并减少维护； ◆石油和天然气：深海石油和天然气储备的开采也需要轻质绳索技术。 新的方向 “从目前专门从事大型的、一次性定制化项目向大批量生产的转变，是Future Fibres 公司目前所面临的问题。”Tom Hutchinson 解释道，“量化市场需要公司具有为全世界交付高品质、标准化产品的生产能力。我们非常努力地在我们的制造流程中实现最高效率，这将成为我们未来在该领域内获得成功的关键因素。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (7/2/2014)