زنجیرهای کامپوزیتی
زنجیرهای گرد صنعتی سنتی عمدتاً از فولاد آلیاژی فلزی ساخته میشوند که دارای سه عیب اصلی هستند.
اول اینکه استحکام ویژهی آنها نسبت به مواد کربنفایبر نسبتاً پایین است. این بدان معناست که با افزایش طول زنجیر، وزن خود زنجیر بهسرعت افزایش مییابد. در هر زنجیر گرد با قطر مشخص سیم، هنگامی که طول زنجیر از حد مجاز (معمولاً ۲۲۰۰ متر) فراتر رود، نیروی کششی (یعنی وزن کل زنجیر) که به اولین حلقه وارد میشود، از حد بار گسیختگی همان حلقه بیشتر خواهد شد و در نتیجه زنجیر بهدلیل وزن خود دچار پارگی میشود.
عیب دوم فلز، مقاومت ضعیف آن در برابر شرایط جوی و خوردگی ناشی از نمک است. پس از اعمال رنگ ضدخوردگی بیاثر روی سطح بیرونی زنجیر گرد، طول عمر آن میتواند به ۶ تا ۸ سال برسد. اگر هیچگونه عملیات ضدخوردگی انجام نشود، عمر مفید تنها ۲ تا ۴ سال خواهد بود. بهطور کلی، زنجیرهای گرد فلزی برای استفاده در مهندسی دریایی یا صنایع معدنی مرطوب چندان مناسب نیستند.
همچنین، زمانی که بارهای سنگین و تنشهای پرتکرار به زنجیر گرد وارد میشوند، فلز بهراحتی دچار خزش شده و تغییر شکل و ناپایداری رخ میدهد. ویژگیهایی همچون سبکی، استحکام بالا، مقاومت ذاتی در برابر خوردگی، مقاومت بالا در برابر آسیب، مقاومت خستگی زیاد و تحمل آسیب ناشی از ضربه در فیبرکربن میتواند این نواقص فلزات را جبران کند.
نوآوری شرکت Guanglian Aviation شامل استفاده از فیبرکربن و کولار (Kevlar) است که تحت دما و فشار بالا پخت میشوند. این زنجیرهای گرد دارای وزن سبک، استحکام بالا و مقاومت ضدخوردگی ذاتی هستند. نسخهی کامپوزیتی میتواند در همان وزن، تا پنج برابر طول بیشتر از زنجیر فلزی برسد؛ یا در طول یکسان، وزن را چهار تا پنج برابر کاهش دهد. چشماندازهای کاربردی آن بهویژه در زنجیرهای لنگر کشتیها بسیار گسترده است.
چالشهای اضافی که شرکت بر آنها غلبه کرده شامل موارد زیر است:
- دشواری در شکلدهی حلقههای مکمل با تداخل دقیق
- دستیابی به استحکام کششی بالاتر از فلزات همسایز
- راهاندازی خط تولید مکانیزه و خودکار در مقیاس انبوه
- کنترل هزینههای مواد تقویتشده با فیبر
زنجیر گرد فیبرکربن شرکت، توسط یک سازمان معتبر شخص ثالث آزمایش شده و با استانداردهای بینالمللی (ISO 20438) در قطر سیم یکسان نسبت به زنجیر فلزی همحجم مطابقت دارد. طبق گزارش آزمایشهای مقایسهای مشخص شد که بار گسیختگی این زنجیرهای کامپوزیتی ۱٫۷۵ برابر فلزات است؛ آنها میتوانند تا ۱۵ سال در برابر خوردگی ناشی از نمک در آب دریا مقاومت کنند؛ و مقاومت خستگی پرتکرار آنها ۶۰٬۰۰۰ برابر فلزات (با بسامد ۴۰۰ سیکل در دقیقه) است.
پس از غلبه بر فناوریهای کلیدی مرتبط با این محصول، شرکت Guanglian Aviation Industry Co. Ltd. کاربرد صنعتی آن را آغاز کرده و همزمان خطوط تولید مکانیزه را برای حفظ یکنواختی محصول و افزایش ظرفیت تولید توسعه داده است. حوزههای برنامهریزیشده برای کاربرد صنعتی شامل موارد زیر است:
- زنجیرهای لنگر فوقطولانی بیش از ۲۰۰۰ متر: زنجیر لنگر ناوهای هواپیمابر هستهای کلاس Nimitz در ایالات متحده بیش از ۱۵۰۰ متر طول دارند، در حالیکه ناوهای هواپیمابر دیگر حدود ۴۷۰ متر هستند. افزایش طول زنجیر لنگر باعث افزایش محدودهی پهلوگیری و کاهش زمان مهار کشتی میشود و در نتیجه مصرف انرژی سیستمهای موقعیتیابی پویا (DPS) کاهش مییابد.
- زنجیرهای مهار برای سکوهای نیمهغوطهور شناور: در حال حاضر، راهکارهای مورد استفاده در دکلهای حفاری شناور، نیروگاههای بادی فراساحلی و آبزیپروری اعماق دریا معمولاً ترکیبی از زنجیر فولادی و طناب پلیاستر است. اما نیاز به کاهش هزینههای مهار وجود دارد.
- در نوار نقالههای زنجیری، به دلیل استحکام ویژهی پایین فلز، زمانی که طول نوار بیش از ۳۸۰ متر شود، ظرفیت حمل مؤثر به کمتر از ۵۰٪ کاهش مییابد، زیرا وزن خود زنجیر فشرده زیاد میشود. در حالیکه زنجیرهای فشردهی فیبرکربن با توجه به استحکام ویژهی بالا میتوانند در همان وزن کل، طولی ۴٫۵ برابر بیشتر داشته باشند و در عین حال در برابر خوردگی و خستگی مقاوم باشند. همچنین، در طول یکسان، میتوانند وزن خود را تا سهچهارم کاهش دهند و بهطور چشمگیری ظرفیت حمل مؤثر را افزایش دهند.
- علاوه بر این، دمای پخت فیبرکربن (۱۸۰ درجه سانتیگراد) بسیار کمتر از دمای پخت فلز (۱۲۰۰ درجه سانتیگراد) است. این ویژگی امکان جاسازی تراشهها در فرآیند شکلدهی فیبرکربن را فراهم میکند تا پیش از شکست، هشدارهای لازم در مورد وضعیت زنجیر فشرده ارائه شود.
