Millist mõju avaldab klaaskiust keemiline stabiilsus klaaskiust kalalaevade vastupidavusele?

Rakendusesklaaskiudtugevdatud komposiidid (GFRP), eriti karmides merekeskkondades, nagu GFRP kalalaevade tootmine, on klaaskiu keemiline stabiilsus võtmetegur, mis määrab toodete pikaajalise vastupidavuse ja ohutuse. Keemiline stabiilsus viitab klaaskiu võimele seista vastu korrosioonile sellistest vahenditest nagu vesi, happed ja leelised. Kalalaevade puhul, mis on sageli kastetud järvedesse, jõgedesse või merevette või nendega kokkupuutes (kõik neutraalsed või nõrgalt aluselised keskkonnad), on vastupidavus veekorrosioonile eriti kriitiline, mõjutades otseselt laevakere kasutusiga.

 

Keemilise stabiilsuse hindamisnäitajad: Klaaskiudude korrosiooni astet keskkonnas mõõdetakse tavaliselt järgmiste näitajatega

 

1. Kaalukaotuse kiirus: kiu massi muutus enne ja pärast korrosiooni.

 

2. Eksudaadianalüüs: leelismetalliioonide (nagu Na⁺, K⁺) või muude klaasikomponentide sisaldus söövitavas lahuses.

 

3. Tugevuse kadumise määr: kiudude mehaaniliste omaduste (nt tõmbetugevuse) vähenemise määr pärast korrosiooni.

 

4. Kiu läbimõõdu muutus: kiu läbimõõdu vähenemise määr pärast korrosiooni.

 

Klaaskiu veeerosiooni mehhanism: Klaasi veeerosioon (eriti kuumutatud tingimustes) on keeruline füüsikalis-keemiline protsess, mille keskmes on ioonivahetus ja võrgu lahustumine:

 

1. Ioonivahetus (de-leelised):

 

Leelismetalliioonid (nagu Na⁺) klaasivõrgus vahetuvad H⁺-ga vees:

 

`≡Si-O-Na + H₂O → ≡Si-OH + Na⁺ + OH⁻`

 

Tulemus: H⁺ vees väheneb, OH⁻ suureneb ja lahus muutub järk-järgult aluseliseks.

 

2. Võrgu lagunemine (hüdrolüüs):

 

Moodustunud OH⁻ on väga agressiivne, hävitades räni-hapniku karkassi (≡Si-O-Si≡):

 

`≡Si-O-Si≡ + OH⁻ → ≡Si-OH + ≡Si-O⁻`

 

Äsja genereeritud ≡Si-O⁻ reageerib valentstasakaalu säilitamiseks veel veega:

 

`≡Si-O⁻ + H₂O → ≡Si-OH + OH⁻`

 

See protsess kordub pidevalt, mis viib klaasivõrgu pideva hävimiseni ja lahustumiseni (silikaadi hüdrolüüs).

 

3. Kõrge -ränidioksiidkile moodustumine:

 

Kergesti lahustuvate ioonide (Na⁺ jne) pideva lahustumisega tekib klaasi pinnale järk-järgult poorne räni-rikas (SiO₂) "leostumiskiht".

Selle kile lahustumiskiirus koos söövitava keskkonna sisemusse tungimise kiirusega ja reaktsiooniproduktide väljapoole difusiooni kiirusega määravad ühiselt klaasi üldise veekindluse.

 

Leelisevaba klaaskiu (E-klaas) suurepärane veekindlus: katseandmed näitavad (5000 cm² pindalaga klaaskiu proovi keedeti 250 ml destilleeritud vees 3 tundi):

 

1. Veekindluse edetabel: leelise-vaba klaaskiud (E-klaas) > keskmine-leeliseline klaaskiud (C-klaas) > kõrge-leelisesisaldusega klaaskiud (A-klaas).

 

2. Hüdrolüüsi klassi klassifikatsioon:

 

E klaas: I klassi hüdrolüüsiklass (parim veekindlus). Äärmiselt madal kaalulangus ja kõrge tugevuse säilitamine.

 

C klaas: II klassi hüdrolüüsiklass (mõõdukas veekindlus).

 

A klaas: III klassi hüdrolüüsiklass (halb veekindlus).

 

3. Peamine põhjus: E-klaasil on äärmiselt madal leelismetallioksiidi sisaldus (tavaliselt<0.8%),

 

vähendab oluliselt vees lahustuvate ioonide allikaid, inhibeerib tõhusalt ioonivahetust ja sellele järgnevaid võrgu hüdrolüüsiprotsesse ning parandab oluliselt selle stabiilsust pikaajalisel vees{0}}kasutamisel.

 

Klaaskiust kalapaadi materjali valiku põhinõuded: kasutusea ja ohutuse rangete nõuete alusel: tugevdusmaterjalina tuleb kasutada leelisevaba -klaaskiudu (E-klaas). E-klaasi suurepärane veekindlus peab tõhusalt vastu erosioonile, mis on põhjustatud pikaajalisest-kastmisest järvedesse, jõgedesse ja merevette, tagades, et klaaskiust kere substraadi (kiu) mehaanilised omadused püsivad aastakümneteks stabiilsed, vältides selliseid probleeme nagu kere tugevuse vähenemine, kihistumine ja vee imbumine kiudude kahjustamisest.

 

Muud suure jõudlusega{0}}kiudude rakendused laevaehituses: lisaks E-klaaskiule kasutatakse tipptasemel-laevaehituses ka suure -jõudlusega kiude, nagu süsinikkiud ja aramiid:

 

1. Aramiidkiud (nt kevlar):

 

Eelised: Äärmiselt kõrge eritugevus, suurepärane sitkus ning suurepärane löögikindlus ja ballistiline jõudlus. Sobib paadikomponentidele, millel on äärmiselt kõrged nõuded tõmbetugevuse, löögikindluse ja kerguse osas (näiteks kuulikindlad vaheseinad mõnel võidusõidupaadil ja patrull-kaatril).

 

Puudused: suhteliselt madal surve- ja paindetugevus, kalduvus mikro{0}}paindumisele; kõrge hind. Ei sobi peamiste kerekonstruktsioonide jaoks, mis on allutatud suurele surve-/paindekoormusele, piirates selle kasutamist (kõrge jõudlusega väikepaadid, millel on ranged kaalupiirangud).

 

2. Süsinikkiud:

 

Eelised: kõrgeim eritugevus ja erimoodul (jäikus) tavaliselt kasutatavate armeerimiskiudude hulgas, suurepärane väsimuskindlus ja kõrgel temperatuuril{0}}tulevus. Ideaalne äärmise kergekaalu ja üli-kõrge jäikuse saavutamiseks.

 

Puudused: väga kõrge hind.

 

Rakendused

 

Kasutatakse peamiselt mõnes või kõigis suure jõudlusega{0}}laevade konstruktsioonides, nagu näiteks tipptasemel-võidusõidupurjekad, jahid ja sõjalised kiir-kiirpaadid, millel on ülimalt nõudlikud kerguse ja jäikuse nõuded. Selle kõrge hind piirab selle laiaulatuslikku-rakendust tavalistel kalalaevadel.

Kokkuvõtteks võib öelda, et -klaaskiust-kalalaevade jaoks on laiaulatuslik kasutusala, mis on tundlik pikaajalise-töökindluse ja kulu-leelise-vaba klaaskiud (E-klaas), tänu oma suurepärasele veekindlusele (I klassi hüdrolüüsiomadused ja suhteliselt laiaulatuslikud mehaanilised omadused, kuluklass) asendamatu südamiku tugevdav materjal. Veeerosiooni mehhanismide ja E{7}}glassi korrosioonikindluse eeliste põhjalik mõistmine on teaduslik alus klaaskiust kalalaevade aastakümneteks ohutu kasutusea tagamiseks ja merekeskkonna korrosioonile vastupidavuse tagamiseks. Samal ajal mängivad suure jõudlusega{9}}kiud, nagu süsinikkiud ja aramiid, täiendavat rolli spetsiaalsetes laevaehitusrakendustes, mis taotlevad ülimat jõudlust.