பசுமை உள்கட்டமைப்பிற்கான பசால்ட் ஃபைபர் மற்றும் இலகுரக விமானப் போக்குவரத்துக்கான கார்பன் ஃபைபர்: தொழில்துறை நிலப்பரப்பை மாற்றியமைக்கும் உயர் செயல்திறன் ஃபைபர்கள்

பசால்ட் ஃபைபர்: இயற்கை வானிலை எதிர்ப்பு "வலுவான அடித்தளம் மற்றும் உயர் செயல்திறனுடன்" உள்கட்டமைப்பை மேம்படுத்துகிறது.

பசால்ட் ஃபைபர்இயற்கையிலிருந்து தயாரிக்கப்படுகிறது பசால்ட் பாறை 1450-1500°C அதிக வெப்பநிலையில் உருகி இழைகளாக இழுக்கப்படுகிறது. இது மூன்று பண்புகளின் கலவையைக் கொண்டுள்ளது:அமிலம் மற்றும் கார எதிர்ப்பு, வயதான எதிர்ப்பு, மற்றும் அதிக வலிமை. அதன் செயல்திறன் உள்கட்டமைப்பின் முக்கிய தேவைகளான "நீண்ட ஆயுள், குறைந்த பராமரிப்பு மற்றும் பசுமை செயல்பாடு" ஆகியவற்றிற்கு மிகவும் பொருத்தமானது. பால வலுவூட்டல், சாலை பொறியியல் மற்றும் கடல்சார் உள்கட்டமைப்பு போன்ற சூழ்நிலைகளில் இது பெரிய அளவிலான முன்னேற்றங்களை அடைந்துள்ளது.

1. முக்கிய பண்புகள்: உள்கட்டமைப்பிற்கான "இயற்கை பொருத்தம்"

உள்கட்டமைப்பில் பயன்படுத்தப்படும் பாரம்பரிய இழைகளுடன் ஒப்பிடும்போது (எ.கா., கண்ணாடி இழை, எஃகு ரீபார்), பாசால்ட் இழைஇன் தனித்துவமான நன்மைகள் மூன்று பகுதிகளில் தெளிவாகத் தெரிகிறது:

• தீவிர சுற்றுச்சூழல் சகிப்புத்தன்மை: இது -269°C முதல் 700°C வரை நீண்ட கால சேவை வெப்பநிலை வரம்பைக் கொண்டுள்ளது மற்றும் 1200°C உடனடி வெப்பநிலையைத் தாங்கும். 2-12 pH கொண்ட அமில மற்றும் கார சூழல்களில், அதன் வலிமை தக்கவைப்பு விகிதம் 90% ஐ விட அதிகமாக உள்ளது, இது கண்ணாடி இழையை விட கணிசமாக சிறந்தது (இது pH 4-9 சூழல்களில் அதன் வலிமையில் 30% இழக்கிறது).

• சமச்சீர் இயந்திர பண்புகள்: இதன் இழுவிசை வலிமை 3500-4800 MPa (சாதாரண எஃகு ரீபார் விட 3-4 மடங்கு) அடையும், மேலும் அதன் மீள் தன்மை மாடுலஸ் 80-110 GPa ஆகும். இதன் அடர்த்தி 2.6-2.8 g/cm³ மட்டுமே, இது எஃகு சுமார் 1/3, வலிமையுடன் இலகுரகத்தன்மையையும் இணைக்கிறது.

• பசுமை வாழ்க்கைச் சுழற்சி: மூலப்பொருள் இயற்கையான பாறை, உற்பத்தி செயல்முறை நச்சு சேர்க்கைகளைப் பயன்படுத்துவதில்லை, மேலும் அது அகற்றப்பட்ட பிறகு இயற்கையாகவே சிதைந்துவிடும். அதன் முழு வாழ்க்கைச் சுழற்சி கார்பன் தடம் கண்ணாடி இழையை விட 40% குறைவாக உள்ளது, இது உள்கட்டமைப்பிற்கான "இரட்டை கார்பன்" தேவைகளுடன் ஒத்துப்போகிறது.

2. உள்கட்டமைப்பு முன்னேற்றங்கள்: "வலுவூட்டல் மற்றும் பழுதுபார்ப்பு" முதல் "புதிய கட்டுமான மேம்பாடுகள்" வரை

பசால்ட் ஃபைபர் புதிய கட்டுமானத் திட்டங்களில் பாரம்பரிய உள்கட்டமைப்பு வலுவூட்டலில் இருந்து கட்டமைப்பு மேம்பாடு வரை விரிவடைந்து, முழுமையான பயன்பாட்டுச் சங்கிலியை உருவாக்கியுள்ளது:

• பால வலுவூட்டல்: சேவை ஆயுளை நீட்டித்து பராமரிப்பு செலவுகளைக் குறைக்கிறது.

  பாரம்பரிய பால வலுவூட்டல் எஃகு தகடு பிணைப்பு (அரிப்புக்கு ஆளாகும்) அல்லது சாதாரண FRP (மோசமான வானிலை எதிர்ப்பு) ஆகியவற்றை நம்பியுள்ளது. பசால்ட் ஃபைபர்-வலுவூட்டப்பட்ட பாலிமர் (BFRP) கலவை பொருட்கள் "அரிப்பு-போதுமான சுமை தாங்கும்" சிக்கலை இரண்டு தீர்வுகளுடன் தீர்க்கின்றன: "எஃகு ரீபாரை மாற்றும் BFRP ரீபார்" மற்றும் "BFRP துணி ஒட்டும் வலுவூட்டல்." எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு குறுக்கு நதி பாலம் அதன் டெக் நடைபாதை அடுக்கில் பாரம்பரிய எஃகு ரீபாரை மாற்ற BFRP ரீபாரைப் பயன்படுத்தியது. இது எடையை 40% குறைத்தது மட்டுமல்லாமல், ஆற்று உப்பினால் ஏற்படும் எஃகு ரீபார் துருப்பிடிப்பதைத் தடுத்தது, பாலத்தின் சேவை ஆயுளை 50 ஆண்டுகளில் இருந்து 100 ஆண்டுகளாக நீட்டித்தது மற்றும் வருடாந்திர பராமரிப்பு செலவுகளை 60% குறைத்தது. மற்றொரு பழைய கான்கிரீட் பாலம் 2 மிமீ தடிமன் கொண்ட BFRP துணியை பிணைப்பதன் மூலம் வலுப்படுத்தப்பட்டது, இது அதன் வளைக்கும் திறனை 35% அதிகரித்தது மற்றும் வலுவூட்டல் காலத்தை 15 முதல் 7 நாட்களாகக் குறைத்தது, போக்குவரத்து இடையூறுகளைக் குறைத்தது.

• சாலைப் பொறியியல்: விரிசல் எதிர்ப்பை மேம்படுத்துகிறது மற்றும் அதிக சுமை தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்கிறது.

  நெடுஞ்சாலைகள் மற்றும் கனரக சாலைகளின் அடிப்படை அடுக்கில் பசால்ட் ஃபைபரைச் (எடையில் 0.3%-0.5%) சேர்ப்பது, ஃபைபரின் "பால விளைவு" மூலம் விரிசல் பரவுவதைத் தடுக்கலாம். இது சாலை மேற்பரப்பின் விரிசல் எதிர்ப்பை 25% ஆகவும், அதன் ரட்டிங் எதிர்ப்பை 30% ஆகவும் மேம்படுத்துகிறது. இந்த தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்திய பிறகு, ஷாங்க்சி மாகாணத்தில் ஒரு நிலக்கரி போக்குவரத்து பாதை அதன் சாலை சேவை ஆயுளை 5 முதல் 8 ஆண்டுகள் வரை நீட்டித்தது, இதனால் வருடாந்திர பராமரிப்பு முதலீடு 2 மில்லியன் யுவானுக்கு மேல் குறைந்தது. கூடுதலாக, ஊடுருவக்கூடிய நடைபாதைகளை வலுப்படுத்த பசால்ட் ஃபைபர் பயன்படுத்தப்படுகிறது. -30°C முதல் 60°C வரையிலான வெப்பநிலை மாற்றங்களின் கீழ் ஊடுருவக்கூடிய அமைப்பு உடையக்கூடியதாக மாறாமல் இருப்பதை அதன் வானிலை எதிர்ப்பு உறுதி செய்கிறது, மேலும் அதன் ஊடுருவக்கூடிய விகிதம் நீண்ட காலத்திற்கு 80% க்கும் அதிகமாக உள்ளது, இது "ஸ்பாஞ்ச் நகரங்களை" உருவாக்க பங்களிக்கிறது.

• கடல்சார் உள்கட்டமைப்பு: உப்புத் தெளிப்பு அரிப்பை எதிர்க்கிறது மற்றும் கட்டுமானச் செலவுகளைக் குறைக்கிறது.

  கடல் முனையங்கள், குறுக்கு கடல் சுரங்கங்கள் மற்றும் பிற கட்டமைப்புகள் நீண்ட காலமாக அதிக உப்பு தெளிப்பு மற்றும் அலை அரிப்புக்கு ஆளாகின்றன. பாரம்பரிய எஃகு கட்டமைப்புகளுக்கு அடிக்கடி துரு அகற்றுதல் மற்றும் வண்ணம் தீட்டுதல் தேவைப்படுகிறது (ஆண்டு பராமரிப்பு செலவு 10 யுவான்/சதுர மீட்டருக்கு மேல்). இருப்பினும், பாசால்ட் ஃபைபர் கலப்பு சுயவிவரங்கள் (BFRP குழாய்கள் மற்றும் குவியல்கள் போன்றவை) உப்பு தெளிப்பு சூழலில் 1000 மணிநேரங்களுக்குப் பிறகு 95% வலிமை தக்கவைப்பு விகிதத்தைக் கொண்டுள்ளன மற்றும் அரிப்பு எதிர்ப்பு பராமரிப்பு தேவையில்லை. ஷென்செனில் உள்ள ஒரு கடல் பண்ணை கப்பல்துறை எஃகு குவியல்களுக்கு பதிலாக BFRP குவியல்களைப் பயன்படுத்தியது. ஒரு குவியலுக்கான செலவு 15% அதிகமாக இருந்தாலும், மொத்த வாழ்க்கைச் சுழற்சி செலவு (50 ஆண்டுகளுக்கும் மேலாக) 40% குறைக்கப்பட்டது, அதே நேரத்தில் எஃகு குவியல் அரிப்பால் ஏற்படும் கடல் மாசுபாட்டையும் தடுக்கிறது.

3. பல தொழில் விரிவாக்கம்: உள்கட்டமைப்பிலிருந்து புதிய ஆற்றல் மற்றும் பாதுகாப்புத் துறைகள் வரை

பசால்ட் ஃபைபரின் செயல்திறன் நன்மைகள் புதிய ஆற்றல் மற்றும் உயர்நிலை பாதுகாப்பு துறைகளிலும் ஊடுருவி, "ஒரு பொருள், பல பயன்பாடுகள்" பயன்பாட்டு நிலப்பரப்பை உருவாக்குகின்றன:

• புதிய ஆற்றல்: காற்றாலை விசையாழி கத்திகள் பாசால்ட் மற்றும் கண்ணாடி இழைகளின் கலப்பின வலுவூட்டலைப் பயன்படுத்துகின்றன, இது முழு கார்பன் ஃபைபர் கரைசலுடன் ஒப்பிடும்போது செலவுகளை 50% குறைக்கிறது. இது மணல் அரிப்புக்கு எதிர்ப்பை 40% மேம்படுத்துகிறது, இது வடமேற்கு சீனா மற்றும் மத்திய ஆசியாவில் அதிக மணல் சூழல்களுக்கு ஏற்றதாக அமைகிறது. கூடுதலாக, ஃபோட்டோவோல்டாயிக் மவுண்ட்களுக்கான BFRP சுயவிவரங்கள் எடையை 60% குறைக்கின்றன, மேலும் அவற்றின் அரிப்பு எதிர்ப்பு மவுண்டின் ஆயுட்காலத்தை 10 முதல் 25 ஆண்டுகள் வரை நீட்டிக்கிறது, இது சூரிய பண்ணைகளின் செயல்பாடு மற்றும் பராமரிப்பு செலவுகளைக் குறைக்கிறது.

• பாதுகாப்பு உபகரணங்கள்: பசால்ட் ஃபைபரால் செய்யப்பட்ட தீ போர்வைகள் 1200°C வெப்பநிலையைத் தாங்கும் மற்றும் நச்சு வாயுக்களை வெளியிடாமல் கட்டிட தீயில் தீ பரவுவதைத் திறம்படத் தடுக்கும். பசால்ட் ஃபைபர் துணியால் செய்யப்பட்ட குண்டு துளைக்காத உள்ளாடைகள் 200 கிராம்/மீ² மேற்பரப்பு அடர்த்தியை மட்டுமே கொண்டுள்ளன மற்றும் அராமிட் குண்டு துளைக்காத உள்ளாடைகளை விட 20% எடை குறைவாக இருக்கும் NIJ IIIA இன் குண்டு துளைக்காத மதிப்பீட்டை அடைகின்றன.

கார்பன் ஃபைபர்: இலகுரக நன்மைகள் விமானப் பயணத்தின் "செயல்திறன் மற்றும் கார்பன் குறைப்பு"க்கு வழிவகுக்கும்.

"எஃகை விட 6 மடங்கு குறிப்பிட்ட வலிமை மற்றும் 1/4 எஃகு அடர்த்தி மட்டுமே கொண்ட" கார்பன் ஃபைபர், "எடை குறைப்பு, ஆற்றல் திறன் மற்றும் உமிழ்வு குறைப்பு" ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான மோதலைத் தீர்ப்பதற்கான விண்வெளித் துறையில் ஒரு முக்கிய பொருளாக மாறியுள்ளது. விமான கட்டமைப்பு கூறுகள் முதல் இயந்திர பாகங்கள் வரை அதன் பயன்பாடுகள் தொடர்ந்து ஆழமடைந்து வருகின்றன, அதே நேரத்தில் புதிய ஆற்றல் வாகனங்கள் மற்றும் உயர்நிலை உபகரணங்களாகவும் விரிவடைந்து, பல தொழில்களின் இலகுரக மேம்படுத்தலை இயக்குகின்றன.

1. முக்கிய பண்புகள்: விமானப் போக்குவரத்துக்கான "மைய குறைந்த கார்பன் பொருள்"

"இலகுரக, அதிக நம்பகத்தன்மை மற்றும் சோர்வு எதிர்ப்பு" ஆகியவற்றிற்கான விமானப் போக்குவரத்துத் துறையின் தேவை, கார்பன் ஃபைபரின் பண்புகளுடன் சரியாகப் பொருந்துகிறது:

• மிகவும் எடை குறைந்தவை: T800-தர கார்பன் ஃபைபர் 1.7 g/cm³ அடர்த்தியைக் கொண்டுள்ளது, இது 60% அலுமினிய கலவையால் (2.8 g/cm³) மட்டுமே ஆனது. விமான கட்டமைப்பு கூறுகளுக்கு இதைப் பயன்படுத்துவதால் 30%-50% எடை குறைப்பை அடைய முடியும், இது எரிபொருள் பயன்பாட்டை நேரடியாகக் குறைக்கிறது (விமானத் தரவுகளின்படி, எடை குறைப்பின் ஒவ்வொரு 1% க்கும், ஆண்டு எரிபொருள் நுகர்வு 0.7%-1% குறைகிறது).

• அதிக சோர்வு எதிர்ப்பு: கார்பன் ஃபைபர் கலவைகளின் சோர்வு ஆயுள் 10⁷ சுழற்சிகளை எட்டும், இது அலுமினிய உலோகக் கலவைகளை விட 3-5 மடங்கு அதிகம். இது விமான கட்டமைப்பு கூறுகளுக்கான பராமரிப்பு மற்றும் மாற்றீட்டின் அதிர்வெண்ணைக் குறைத்து முழு விமானத்தின் சேவை ஆயுளையும் நீட்டிக்கிறது.

• வலுவான வடிவமைப்பு: ஃபைபர் லே-அப் கோணங்களை (0°/±45°/90°) சரிசெய்வதன் மூலம், ஃபியூஸ்லேஜ்கள் மற்றும் இறக்கைகள் போன்ற சிக்கலான சுமை தாங்கும் கட்டமைப்புகளின் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்ய கூறுகளின் இயந்திர பண்புகளைத் தனிப்பயனாக்கி மேம்படுத்தலாம்.

2. விமானப் பயணத் திருப்புமுனைகள்: "கட்டமைப்பு கூறுகள்" முதல் "இயந்திர பாகங்கள்" வரை

விமானப் பயணத்தில் கார்பன் ஃபைபரின் பயன்பாடு, சுமை தாங்காத கூறுகளிலிருந்து (உள்துறை பேனல்கள் போன்றவை) முக்கிய சுமை தாங்கும் கூறுகளாக மேம்படுத்தப்பட்டுள்ளது, மேலும் உயர் வெப்பநிலை இயந்திர பாகங்களுக்கும் கூட விரிவடைந்து, விமான செயல்திறன் மேம்பாடுகளின் முக்கிய இயக்கியாக மாறியுள்ளது:

• விமான கட்டமைப்பு கூறுகள்: எடை மற்றும் எரிபொருள் பயன்பாட்டைக் குறைக்கிறது, விமான வரம்பை நீட்டிக்கிறது.

  போயிங் 787 ட்ரீம்லைனர் விமானத்தின் உடற்பகுதி மற்றும் இறக்கைகள் போன்ற முக்கிய சுமை தாங்கும் கட்டமைப்புகளுக்கு கார்பன் ஃபைபர் கலப்பு பொருட்களைப் பயன்படுத்துகிறது, விமானத்தின் எடையில் 50% கலவைகள் ஆகும். இதன் விளைவாக 15% மொத்த எடை குறைப்பு (சுமார் 2.3 டன்), எரிபொருள் செயல்திறனில் 20% முன்னேற்றம் மற்றும் பாரம்பரிய 12,000 கிமீ முதல் 15,000 கிமீ வரை நீட்டிக்கப்பட்ட வரம்பு ஏற்படுகிறது. ஏர்பஸ் A350 XWB இன் கார்பன் ஃபைபர் இறக்கை "ஒரு-துண்டு மோல்டிங்" செயல்முறையைப் பயன்படுத்துகிறது, இது பாரம்பரிய அலுமினிய அலாய் இறக்கைகளுக்கான பாகங்களின் எண்ணிக்கையை 1,500 இலிருந்து 800 ஆகக் குறைக்கிறது. இது எடையை 40% குறைப்பது மட்டுமல்லாமல் அசெம்பிளி பிழைகளையும் குறைத்து, விமான நிலைத்தன்மையை மேம்படுத்துகிறது.

  உள்நாட்டு பெரிய விமானத் துறையில், C919 இன் அடுத்தடுத்த மேம்படுத்தப்பட்ட பதிப்பு, கார்பன் ஃபைபர் கலப்புப் பொருட்களின் பயன்பாட்டை 12% இலிருந்து 25% ஆக அதிகரிக்க திட்டமிட்டுள்ளது, பிரதான இறக்கை கற்றை மற்றும் வால் போன்ற கூறுகளில் கவனம் செலுத்துகிறது. இது உள்நாட்டு விமானப் போக்குவரத்துத் துறையின் குறைந்த கார்பன் தேவைகளுக்கு ஏற்ப, விமானத்தின் எடையை 8% குறைக்கும் மற்றும் ஒரு விமானத்திற்கு ஆண்டு எரிபொருள் பயன்பாட்டை 600 டன் குறைக்கும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.

• எஞ்சின் பாகங்கள்: உயர் வெப்பநிலை மேம்பாடுகள், செயல்திறன் தடைகளை உடைத்தல்.

  பாரம்பரிய விமான இயந்திர கூறுகள் உயர் வெப்பநிலை உலோகக் கலவைகளை (நிக்கல் அடிப்படையிலான உலோகக் கலவைகள் போன்றவை) நம்பியுள்ளன, அவை கனமானவை மற்றும் வரையறுக்கப்பட்ட வெப்பநிலை எதிர்ப்பைக் கொண்டுள்ளன (சுமார் 1100°C). இருப்பினும், கார்பன் ஃபைபர்-வலுவூட்டப்பட்ட பீங்கான் மேட்ரிக்ஸ் கலவைகள் (C/C-SiC) 1600°C வெப்பநிலையைத் தாங்கும் அதே வேளையில் எடையை 40% குறைக்கும். GE ஏவியேஷனின் GE9X இயந்திரம் கார்பன் ஃபைபர் கலவை விசிறி கத்திகளைப் பயன்படுத்துகிறது, இது அலுமினிய அலாய்க்கு ஒரு பிளேடிற்கான எடையை 3.5 கிலோவிலிருந்து 2.1 கிலோவாகக் குறைக்கிறது. விசிறி விட்டம் 3.4 மீட்டரை எட்டுகிறது, இது உந்துதல்-எடை விகிதத்தை 15% மேம்படுத்துகிறது. பிராட் & விட்னியின் PW1100G இயந்திரம் கார்பன் ஃபைபர் கலவை விசிறி உறையைப் பயன்படுத்துகிறது, எடையை 30% குறைக்கிறது, அதே நேரத்தில் தாக்க எதிர்ப்பை 25% அதிகரிக்கிறது, இது வெளிநாட்டு பொருள் உட்கொள்வதால் ஏற்படும் சேத அபாயத்தைக் குறைக்கிறது.

3. பல-தொழில் விரிவாக்கம்: விமானப் போக்குவரத்து முதல் ஆட்டோமொபைல்கள் மற்றும் உயர்நிலை உபகரணங்களில் இலகுரக புரட்சி வரை.

கார்பன் ஃபைபரின் இலகுரக நன்மைகள் பல தொழில்களில் பரவி, புதிய ஆற்றல் வாகனங்கள் மற்றும் உயர்நிலை உபகரணங்களில் செயல்திறன் மேம்பாடுகளை இயக்குகின்றன:

• புதிய ஆற்றல் வாகனங்கள்: டெஸ்லா சைபர்ட்ரக்கின் கார்பன் ஃபைபர் மோனோகோக் உடல் எடையை 30% குறைத்து, 480 கிமீ முதல் 650 கிமீ வரை நீட்டிக்கிறது. NIO ET7 இன் கார்பன் ஃபைபர் கூரை மற்றும் அண்டர்பாடி ஷீல்டுகள் வாகனத்தின் எடையை 50 கிலோ குறைக்கின்றன, பிரேக்கிங் தூரத்தை 0.5 மீட்டர் குறைக்கின்றன, மேலும் உடலின் முறுக்கு விறைப்பை (50,000 N·m/° வரை) அதிகரிக்கின்றன, கையாளுதல் செயல்திறனை மேம்படுத்துகின்றன.

• உயர்நிலை உபகரணங்கள்: கார்பன் ஃபைபர் கலவைகளால் ஆன தொழில்துறை ரோபோ ஆயுதங்கள் எடையை 60% குறைக்கின்றன மற்றும் இயக்க மந்தநிலையை 50% குறைக்கின்றன, ±0.1 மிமீ முதல் ±0.05 மிமீ வரை நிலைப்படுத்தல் துல்லியத்தை மேம்படுத்துகின்றன. இது 3C மின்னணுவியல் மற்றும் வாகன கூறுகளின் உயர்-துல்லியமான அசெம்பிளி தேவைகளை பூர்த்தி செய்கிறது. ட்ரோன் ஃபியூஸ்லேஜ்களுக்கு கார்பன் ஃபைபர் கலவைகளைப் பயன்படுத்துவது விமான நேரத்தை 1 மணிநேரத்திலிருந்து 2.5 மணிநேரமாக நீட்டிக்கிறது, இது நீண்ட கால ஆய்வுகள் மற்றும் தளவாட விநியோகத்தின் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்யும்.