我們賴以生存的地球，其中大概有70%的區(qū)域被水資源覆蓋，包括海洋、海灣、湖泊和其他水體。有研究認為我們就是從海洋中走出來的，同時海洋中還蘊含著無法想象的巨量資源。想要開發(fā)開采海洋中的這些資源，不僅需要先進的技術和設備，同時還需要耐水耐腐蝕性能較強的各種材料。
 
熱塑性碳纖維海洋應用的優(yōu)勢與方向
 
    傳統(tǒng)金屬材料，如鋼鐵、鋁合金等，長久應用于海洋環(huán)境中，會面臨被海水腐蝕生銹的問題，同時金屬材料密度較高，面臨加工難度較大和運輸成本較高的問題，另外后期維護更換時的難度也不小。將玻璃纖維和碳纖維復合材料引入海洋工程應用，是具有前瞻性和實用性的舉措。
 
    目前使用的熱固性碳纖維材料在海洋管纜、錨泊系統(tǒng)、風機葉片、耐壓艙以及裝備修復等領域應用越來越廣泛。隨著碳纖維技術的進步，熱塑性碳纖維已經(jīng)從概念變成了現(xiàn)實，綜合性能較熱固性碳纖維更全面，未來在海洋應用領域?qū)懈玫陌l(fā)揮。
 
熱塑性碳纖維海洋應用的優(yōu)勢與方向
 
    熱塑性碳纖維海洋應用具備的優(yōu)勢簡述
 
    1、機械性能：機械性能包含抗拉強度、拉伸模量、彎曲強度、剪切強度等各項參數(shù)，是用于展示材料綜合性能的各個維度數(shù)據(jù)。拿CF/PEEK來舉例，它的拉伸強度可達1900MPa，拉伸模量可達110GPa，彎曲強度可達125MPa，壓縮強度可達1000MPa，剪切強度可達75MPa，綜合性能較其他復合材料更為優(yōu)秀。
 
    2、耐腐蝕性：碳纖維可以在50%的鹽酸、硫酸和磷酸中正常工作，自身不會發(fā)生形變或損壞。熱塑性碳纖維復合材料的樹脂基體部分的耐腐蝕性會因為樹脂類型而出現(xiàn)較大區(qū)別，其中聚醚醚酮樹脂的耐腐蝕性較好。另外通過合理的加工工藝，可以一定程度提高熱塑性碳纖維的耐腐蝕性。通過表面處理，可提高復合材料的界面粘結強度，可降低孔隙率和結構缺陷，使得腐蝕介質(zhì)不易滲透、擴散。
 
    3、防水防潮性：熱塑性樹脂基體通常具有較低的吸濕性，這一特性有助于防止因暴露于濕氣而引起的機械性能下降。熱塑性碳纖維復合材料的制造過程通常涉及壓縮成型或注塑等方法，與熱固性復合材料相比，它們可以提供更一致和均勻的材料性能，包括防水防潮性。
 
熱塑性碳纖維海洋應用的優(yōu)勢與方向
 
    熱塑性碳纖維海洋應用的5個方向
 
    1、熱塑性碳纖維在海洋管纜的應用：海洋石油、天然氣等資源深水及超深水的一般開發(fā)模式是上部浮式裝置+底部水下生產(chǎn)系統(tǒng)，連接浮式裝置與水下生產(chǎn)系統(tǒng)的管纜包括生產(chǎn)立管、臍帶纜等。生產(chǎn)立管、臍帶纜等在位運行時主要承受風、浪、流的作用，設計時需要考慮其抗拉、抗彎、抗扭、疲勞等力學性能。
 
    另外海洋中水合物及礦產(chǎn)資源開采軟管、LNG低溫軟管、C02注入軟管、油氣卸載漂浮軟管等，對剛度、耐腐及輕量化也具有很高的需求，熱塑性碳纖維在這些軟管中的應用同樣具有廣闊的前景。
 
    2、熱塑性碳纖維在系泊系統(tǒng)中的應用：在深海油田開采中，受風、浪、流的影響，開采平臺在海面上容易變得不穩(wěn)定，而系泊系統(tǒng)的主要作用就是將開采平臺在對應位置進行固定。傳統(tǒng)的系泊系統(tǒng)基本為鋼制結構，鋼材料在海水中易腐蝕，平均使用壽命短，且后期維護成本較高。
 
    熱塑性碳纖維復合材料力學性能優(yōu)異，耐腐蝕性好，利用復合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼制系泊，可有效減輕系纜自身重量并有效減緩海水腐蝕，延長使用壽命。另外。當平臺工作水深超過1600m時，熱塑性碳纖維復合材料系纜總成本較鋼制系纜更低。
 
熱塑性碳纖維海洋應用的優(yōu)勢與方向
 
    3、熱塑性碳纖維在耐壓艙中的應用：耐壓艙是深潛器、滑翔機等水下設備的核心部件，其主要設計目標是既要有足夠的結構力學性能,還要有盡可能小的容重比。將熱塑性碳纖維應用于耐壓艙，可使整體結構具有工作深度大、重量輕、容重比小等優(yōu)點。
 
    4、熱塑性碳纖維在海洋清潔能源結構與裝備中的應用：我國兩面臨海，海上風資源較為豐富，風力發(fā)電屬于潔凈環(huán)保的新能源產(chǎn)業(yè)，我國在此領域上有極大的應用需求，其中風電葉片的制作就離不開碳纖維復合材料。預計到2025年，風電領域上對碳纖維的需求可達9.3萬噸以上，未來熱塑性碳纖維或?qū)Υ诉M行一定的補充。熱塑性碳纖維復合材料的剛度是玻璃纖維復合材料的2~3倍，密度和質(zhì)量兩者相仿，一般可應用于風機中梁的制造。
 
    5、熱塑性碳纖維在海洋結構修復補強作業(yè)中的應用：海洋結構物在復雜惡劣的海洋環(huán)境下工作，長期受工作載荷和環(huán)境載荷的作用，在其服役期間不可避免地會出現(xiàn)結構缺陷，比如疲勞裂紋、腐蝕缺陷等。熱塑性碳纖維復合材料憑借其密度小、強度高、耐腐蝕、施工方便、疲勞性能良好及不影響結構完整性等優(yōu)點，己被廣泛應用到海洋結構物的修復補強作業(yè)。
 
    海洋中蘊藏的資源無邊無際，目前人類的科技水平還不足以對此進行全面和深入的探索。以前缺少材料和技術，如今有了諸如碳纖維這樣的高性能材料，也有了足以承受海底恐怖水壓的技術，相信隨著各項技術和材料的升級和進步，“上九天攬月，下五洋捉鱉”都會成為現(xiàn)實。