碳纖維復合材料應用于海洋領域，促進我國海洋能源開發(fā)

近年來，碳纖維復合材料在海洋領域的應用越來越廣泛，海洋環(huán)境下的腐蝕，高壓，水底暗流流動帶來的強剪切作用對材料的耐腐蝕性，強度和疲勞性能提出了嚴格的要求。碳纖維復合材料自身有著優(yōu)良的耐皮性能、抗蝕性能，在海洋領域的開發(fā)拓展中占有優(yōu)勢，現如今，碳纖維復合材料在海洋領域發(fā)揮著越來越大的作用。

一、碳纖維復合材料在海底油氣田建造中的應用

碳纖維復合材料可以用作油田鉆井平臺中的生產井管、抽油桿、儲藏槽、海底輸油管、甲板等部件。其制造工藝分為拉擠成型工藝和濕法纏繞工藝。拉擠成型法一般用在普通管材和連接管上。纏繞法一般用作儲槽和壓力容器的表面，也可用在各向異性的柔性管道之中，碳纖維復合材料可以特定的角度纏繞排列在鎧裝層之中。

一個1500m水深的鉆井平臺，其鋼制系纜的質量就達6500t左右，而碳纖維復合材料密度是普通鋼材的1/4，若使用碳纖維復合材料取代部分鋼材將顯著減少鉆井平臺的載重負荷，一定程度上可以節(jié)省平臺的建造成本。抽油桿在作業(yè)中要進行往復運動，由于管外海水壓力與管內壓力不平衡極易引起材料的疲勞斷裂，而用碳纖維復合材料即可解決這一問題，由于海水環(huán)境耐腐蝕，碳纖維復合材料在海水中使用壽命比鋼材要長，并且可以獲得更深的使用深度。

碳纖維復合材料的連續(xù)抽油桿是一種類似膠片的帶狀結構，柔韌性很好。20世紀90年代由美國生產并應用。它是以碳纖維為增強纖維，不飽和樹脂為基體材料，高溫下交聯固化后通過拉擠成型工藝生產制得。2001～2003年我國在純梁油田中使用碳纖維抽油桿和普通鋼制抽油桿做了試點，使用碳纖維抽油桿能明顯提高出油量，減少電機的載荷，相比之下更節(jié)能。而且碳纖維復合材料抽油桿比鋼制抽油桿更耐疲勞，抗腐蝕性能更好，更適合應用在海底油田的開發(fā)中。

二、碳纖維復合材料在海上風電方面的應用

我國海岸線約1800km，島嶼6000多個，東南沿海及島嶼地區(qū)風力資源豐富且易于開發(fā)，海上風電資源豐富，是未來發(fā)展的重要領域，也是風電技術最先進、要求最高的領域，近年來我國有關部門一直大力促進海上風電能源的開發(fā)。風力發(fā)電葉片90%以上重量由復合材料組成，海上風力大，發(fā)電功率大，勢必要求更大的葉片和更優(yōu)良的比強度和耐久度。而碳纖維復合材料比強度和比剛度都很高，能夠滿足開發(fā)大型化、輕量化、高性能、低成本的發(fā)電葉片的要求，與玻璃纖維復合材料相比，碳纖維復合材料更適合應用于海洋領域。

碳纖維復合材料在海洋風力發(fā)電中具有顯著的優(yōu)勢。碳纖維復合材料葉片質量低，剛度大，模量是玻璃纖維制品的3～8倍；海洋環(huán)境下濕度大，氣候多變，且風機24h工作。葉片耐疲勞性較好，能較好地抵御惡劣的天氣；改善了葉片的空氣動力學性能，減少對塔和輪軸的負載，從而使風機的輸出功率更平滑更均衡，提高能量效率；利用碳纖維的導電性能，通過特殊的結構設計，可有效地避免雷擊對葉片造成的損傷；降低風力機葉片的制造和運輸成本；具有振動阻尼特性等。

三、碳纖維復合材料在海洋工程上的應用

碳纖維復合材料因其輕質高強耐腐的特性被應用于海洋工程建筑，以筋索材及結構件的形式替代傳統(tǒng)鋼筋建材，解決海水侵蝕鋼筋、運輸路途遙遠運輸成本高的問題。國外已應用于海上島礁建筑、碼頭、浮動平臺、燈塔塔架等。碳纖維復合材料用作工程上修復始于20世紀80年代，日本三菱化學公司率先對碳纖維復合材料的力學性能和在工程加固方面的應用做了研究。最初的研究熱點在于使用碳纖維復合材料對鋼筋混凝土梁進行加固，后來發(fā)展到對各種土木工程的加固和補強上。

碳纖維復合材料優(yōu)異的性能使得它在海洋應用領域中有著廣闊的應用前景，總體來說，相對于航空航天等領域的成熟應用，碳纖維在海洋領域中的應用相對起步較晚，同時，碳纖維的成本偏高也是制約其規(guī)模化應用的一個重要因素。隨著海上軍事的發(fā)展和海洋資源的開發(fā)，大力推進碳纖維在海洋領域的應用是發(fā)展的必然趨勢，另一方面海洋領域對碳纖維復合材料需求的不斷增大，也將從應用牽引方面促進碳纖維產業(yè)鏈的健康發(fā)展。