Композитные кабели, сделанные с использованием углеродных, арамидных или полибензоксазоловых (polybenzoxazole (PBO) - класс полимерных) волокон, таких как Zylon (Toyobo, Osaka, Japan), типично позволяют сохранить от 60 до 75 процентов веса по сравнению с стальным такелажем, который они заменяют, без потери прочности. Прочность на разрыв композитного такелажа значительно более высокая, чем у нержавеющей стали Nitronic 50, даже рассматривая последние разработки для стального такелажа. В то время как модуль эластичности (удлинение) волокон различный, возможность удлинения большая, чем такая же как у стали, может быть учтена с увеличением сечения композитного такелажа.
Компания Southern Spars (Auckland, New Zealand) производит свои углепластиковые кабели Element C6 для нового и модифицируемого такелажа в своем подразделении Rhode Island Composite Rigging в США (North Kingston, R.I.). Основанный на технологии, изначально разработанной компанией Air Logistics Corp. (AirLog, Pasadena, Calif.), кабель Element C6 состоит из связок стержней диаметром 1 мм. Стержни отдельно делаются пултрузией, используя углеродное волокно 12K T-800 среднего модуля от Toray Carbon Fibers America и эпоксидную смолу AirLog's ALC 320-3. Каждый стержень обладает пределом прочности на разрыв около 227 кг, и кабели могут быть подогнаны под специальные требования к их характеристикам. «Стержни почти на 50% прочнее, чем нержавеющая сталь Nitronic 50, при части плотности», - говорит вице-президент Southern Spars Скотт Вогел (Scott Vogel). Тридцать четыре стержня связаны в кабель диаметром 6.35 мм. Этот кабель имеет прочность на разрыв 5715 кг и предельную нагрузочную способность в 2551 МПа. Связки заключены в защитную оболочку из углеродной или арамидной оплетки от A&P Technology (Cincinnati, Ohio).
Air Log столкнулась с значительной трудностью, связанной с наличием ударных нагрузок на уже высоко напряженный такелаж при большом ветре или неспокойном море. Запатентованный усеченный конический дизайн вбирает преимущества клиновой механики, чтобы увеличить конечную удерживающую силу, так как ветер создает растягивающие напряжения на такелаж – предотвращая то, что ранее было повторяющейся проблемой с композитным такелажем - выскакивание оконечных фитингов и слабая эффективность. Концы кабельных стержней скреплены адгезивом друг с другом и к внутренности полой, конической формы оконченной вставки, сделанной из углеродного/эпоксидного препрега, с его широким концом на конце кабеля. Внутренняя геометрия титанового оконечного фитинга соответствует наружной геометрии вставки. Как только нагрузка на кабель возрастает, также увеличивается компрессионная нагрузка наконечника вставки, сжимая стержни более крепко, но распределяя компрессионную силу одинаково по всей длине связки стержней, чтобы избежать повреждения.
Element C6 вел себя без происшествий на шести гоночных яхтах, включая 27.4-метровый гоночный шлюп Genuine Risk (оснащенный в апреле 2004 года). Последняя переделка на гоночной яхте Wally 94 Y3K (апрель 2005 года), недавнем победителе в регате Palma Regatta on the Mediterranean в мае 2005 года.
В другом месте была создана компания Custom Composite Rigging LLC (CCR, Plantation, Fla.) для продажи углепластикового такелажа, запатентованного кораблестроителем Георгом Томасом (Georg Thomas) для рынка морских яхт. Такелаж от CCR состоит из плотной сборки параллельных гексагональных натяжных стержней. Стержни производятся пултрузией в соответствии с спецификацией CCR несколькими производителями, используя высококачественное углеродное волокно и эпоксидную смолу, с содержанием волокна от 60 до 70 процентов. Типичная сборка включает в себя центральный стержень диаметром от 3 до 7 мм, окруженный шестью стержнями такого же размера. Эпоксидный адгезив используется для связи внешних стержней к поверхности центрального стержня. Эта сборка стержней затем протягивается пултрузией как единое целое через шестигранную фильеру, где добавочное углеродное волокно и эпоксидная смола заполняют пространство между внешними стержнями, чтобы создать единый шестигранный кабель. Однонаправленное углеродное волокно или PBO волокно затем ламинируется вокруг сформированного кабеля.
Если заказчику нужна более высокая прочность на кручение и защита против истирания, тогда вокруг кабеля может быть намотана оплетка из углеродного или арамидного волокна от A&P Technology и пропитана с использованием прорезиненной эпоксидной смолы, говорит Томас.
Концевые зажимы являются хвостовиками из нержавеющей стали или титана, пассивированными (химически обработаны или покрыты) для предотвращения коррозии между металлом и углепластиком. Втулка хвостовика и кабель имеют добавочный двойной конус по длине - патентованная особенность, созданная для устранения концентраций напряжений в сочленении, передающем нагрузку.
Томас говорит, что в настоящее время находятся в эксплуатации около 20 кабелей от CCR на яхте Hall Spars' yacht Samba и собственном катамаране Томаса.
ПЛАНИРУЯ УПОРНО ПРОДОЛЖАТЬ
В то время как написанное выше показывает многообещающие кабельные решения, которые для большинства частей готовы к коммерциализации на соответствующих рынках, большой интерес в технологиях до сих пор было трудно конвертировать в выгодные продажи. Каждая технология сталкивается с препятствиями, вызванными не вопросами технической жизнеспособности, а больше доступностью волокна, недостатком стандартов и измерительных/проверочных методик и/или традиционной приверженностью потребителя к проверенному, нежели к чему-то новому.
Но с использованием изделий в полевых условиях – некоторых уже более десятилетия – кабельные разработчики сейчас имеют способы продемонстрировать их долговечность, стойкость к коррозии и проистекающие отсюда сниженные требования к обслуживанию, которые они уверенно преодолеют, в конечном счете, отбросив беспокойство о качестве и первичных затратах. В мире кабелей высокого напряжения, успех композитов более не является предметом дебатов, это всего лишь вопрос времени.
Автор: Donna K. Dawson, Senior Writer
www.newchemistry.ru
