Materiały kompozytowe są wykorzystywane komercyjnie od ponad 50 lat. Na początkowych etapach komercjalizacji są one wykorzystywane wyłącznie w zaawansowanych zastosowaniach, takich jak przemysł lotniczy i obronny. Wraz z postępem technologicznym, materiały kompozytowe zaczynają być komercjalizowane w różnych branżach, takich jak przemysł sportowy, lotnictwo cywilne, motoryzacja, przemysł morski, inżynieria lądowa i wodna oraz budownictwo. Jak dotąd, koszty materiałów kompozytowych (zarówno surowców, jak i produkcji) znacznie spadły w porównaniu z poprzednimi latami, co pozwala na ich szerokie zastosowanie w coraz większej liczbie branż.
Materiał kompozytowy to mieszanina włókien i żywicy w określonych proporcjach. Podczas gdy matryca żywiczna określa ostateczny kształt kompozytu, włókna działają jak wzmocnienie, wzmacniając element kompozytowy. Stosunek żywicy do włókien zmienia się w zależności od wytrzymałości i sztywności elementu wymaganej przez producenta sprzętu Tier 1 lub OEM (Original Equipment Manufacturer).
Główna struktura nośna wymaga większego udziału włókien w porównaniu z matrycą żywiczną, podczas gdy struktura wtórna wymaga tylko jednej czwartej włókien w matrycy żywicznej. Dotyczy to większości gałęzi przemysłu, a stosunek żywicy do włókien zależy od metody produkcji.
Przemysł jachtów morskich stał się główną siłą napędową globalnego zużycia materiałów kompozytowych, w tym materiałów z rdzeniem piankowym. Jednak doświadczył on również recesji, w wyniku której budowa statków spowolniła, a zapasy wzrosły. Ten spadek popytu może wynikać z ostrożności konsumentów, spadku siły nabywczej oraz realokacji ograniczonych zasobów do bardziej rentownych i podstawowych obszarów działalności. Stocznie również dostosowują swoje produkty i strategie biznesowe, aby ograniczyć straty. W tym okresie wiele małych stoczni zostało zmuszonych do wycofania się z rynku lub przejęcia z powodu utraty kapitału obrotowego, uniemożliwiając im normalne funkcjonowanie. Produkcja dużych jachtów (powyżej 35 stóp) ucierpiała, podczas gdy mniejsze łodzie (poniżej 24 stóp) stały się głównym przedmiotem produkcji.
Dlaczego materiały kompozytowe?
Materiały kompozytowe oferują wiele zalet w porównaniu z metalem i innymi tradycyjnymi materiałami, takimi jak drewno, w budowie łodzi. W porównaniu z metalami, takimi jak stal czy aluminium, materiały kompozytowe mogą zmniejszyć całkowitą masę części o 30–40%. Całkowita redukcja masy niesie ze sobą szereg korzyści wtórnych, takich jak niższe koszty eksploatacji, niższa emisja gazów cieplarnianych i większa oszczędność paliwa. Zastosowanie materiałów kompozytowych pozwala również na dalszą redukcję masy poprzez eliminację elementów złącznych poprzez integrację komponentów.
Kompozyty oferują również konstruktorom łodzi większą swobodę projektowania, umożliwiając tworzenie elementów o złożonych kształtach. Ponadto, komponenty kompozytowe charakteryzują się znacznie niższymi kosztami cyklu życia w porównaniu z materiałami konkurencyjnymi, ze względu na niższe koszty konserwacji oraz niższe koszty instalacji i montażu, wynikające z odporności na korozję i trwałości. Nic dziwnego, że kompozyty zyskują coraz większą popularność wśród producentów łodzi i dostawców Tier 1.
Kompozyt morski
Mimo wad materiałów kompozytowych wiele stoczni i dostawców Tier 1 jest nadal przekonanych, że w jachtach morskich będzie wykorzystywanych więcej materiałów kompozytowych.
Podczas gdy w przypadku większych łodzi spodziewane jest wykorzystanie bardziej zaawansowanych materiałów kompozytowych, takich jak tworzywa sztuczne wzmacniane włóknem węglowym (CFRP), to mniejsze łodzie będą głównym motorem napędowym ogólnego popytu na materiały kompozytowe do zastosowań morskich. Na przykład w wielu nowych jachtach i katamaranach do produkcji kadłubów, stępek, pokładów, pawęży, olinowania, grodzi, podłużnic i masztów stosuje się zaawansowane materiały kompozytowe, takie jak włókno węglowe/epoksyd i pianka poliuretanowa. Jednak te superjachty i katamarany stanowią jedynie niewielką część całkowitego popytu na łodzie.
Mimo wad materiałów kompozytowych wiele stoczni i dostawców Tier 1 jest nadal przekonanych, że w jachtach morskich będzie wykorzystywanych więcej materiałów kompozytowych.
Podczas gdy w przypadku większych łodzi spodziewane jest wykorzystanie bardziej zaawansowanych materiałów kompozytowych, takich jak tworzywa sztuczne wzmacniane włóknem węglowym (CFRP), to mniejsze łodzie będą głównym motorem napędowym ogólnego popytu na materiały kompozytowe do zastosowań morskich. Na przykład w wielu nowych jachtach i katamaranach do produkcji kadłubów, stępek, pokładów, pawęży, olinowania, grodzi, podłużnic i masztów stosuje się zaawansowane materiały kompozytowe, takie jak włókno węglowe/epoksyd i pianka poliuretanowa. Jednak te superjachty i katamarany stanowią jedynie niewielką część całkowitego popytu na łodzie.
Całkowity popyt na łodzie obejmuje łodzie motorowe (z silnikiem stacjonarnym, zaburtowym i z napędem rufowym), łodzie odrzutowe, prywatne jednostki pływające i żaglówki (jachty).
Ceny kompozytów będą rosły, ponieważ ceny włókien szklanych, tworzyw termoutwardzalnych i żywic termoplastycznych będą rosły wraz z cenami ropy naftowej i innymi kosztami produkcji. Oczekuje się jednak, że ceny włókien węglowych spadną w najbliższej przyszłości ze względu na wzrost mocy produkcyjnych i rozwój alternatywnych prekursorów. Jednak ogólny wpływ tego zjawiska na ceny kompozytów morskich nie będzie duży, ponieważ tworzywa sztuczne wzmocnione włóknem węglowym stanowią jedynie niewielką część popytu na kompozyty morskie.
Z drugiej strony, włókna szklane nadal stanowią główny materiał włóknisty w kompozytach morskich, a nienasycone poliestry i estry winylowe to główne materiały polimerowe. Polichlorek winylu (PCW) nadal będzie miał znaczący udział w rynku rdzeni piankowych.
Według statystyk, materiały kompozytowe wzmocnione włóknem szklanym (GFRP) stanowią ponad 80% całkowitego zapotrzebowania na materiały kompozytowe do zastosowań morskich, podczas gdy materiały z rdzeniem piankowym stanowią 15%. Pozostałą część stanowią tworzywa sztuczne wzmocnione włóknem węglowym, które są wykorzystywane głównie w dużych łodziach oraz w niszowych zastosowaniach wymagających odporności na uderzenia.
Rosnący rynek kompozytów morskich również obserwuje trend w kierunku nowych materiałów i technologii. Dostawcy kompozytów morskich rozpoczęli poszukiwania innowacji, wprowadzając nowe biożywice, włókna naturalne, poliestry niskoemisyjne, prepregi niskociśnieniowe, rdzenie i tkaniny z włókna szklanego. Chodzi o zwiększenie możliwości recyklingu i odnawialności, redukcję zawartości styrenu oraz poprawę przetwarzalności i jakości powierzchni.
Czas publikacji: 05-05-2022
