Quins són els efectes de l'estabilitat química de la fibra de vidre sobre la durabilitat dels vaixells de pesca de fibra de vidre?

En l'aplicació defibra de vidrecompostos reforçats (GFRP), especialment en entorns marins durs, com ara la fabricació de vaixells de pesca GFRP, l'estabilitat química de la fibra de vidre és un factor clau que determina la durabilitat i la seguretat a llarg termini- dels productes. L'estabilitat química es refereix a la capacitat de la fibra de vidre de resistir la corrosió de mitjans com l'aigua, els àcids i els àlcalis. Per als vaixells de pesca que estan submergits o en contacte amb freqüència en llacs, rius o aigua de mar (tots mitjans neutres o dèbilment alcalins), la resistència a la corrosió de l'aigua és especialment crítica, afectant directament la vida útil del casc.

 

Indicadors d'avaluació de l'estabilitat química: el grau de corrosió de les fibres de vidre pels mitjans es mesura normalment amb els indicadors següents

 

1. Taxa de pèrdua de pes: el canvi en la massa de la fibra abans i després de la corrosió.

 

2. Anàlisi d'exsudats: el contingut d'ions de metalls alcalins (com Na⁺, K⁺) o altres components de vidre a la solució corrosiva.

 

3. Taxa de pèrdua de resistència: el grau de disminució de les propietats mecàniques de la fibra (com la resistència a la tracció) després de la corrosió.

 

4. Canvi del diàmetre de la fibra: la quantitat de reducció del diàmetre de la fibra després de la corrosió.

 

Mecanisme d'erosió de l'aigua de la fibra de vidre: l'erosió de l'aigua del vidre (especialment en condicions d'escalfament) és un procés fisicoquímic complex, amb l'intercanvi iònic i la dissolució de la xarxa al seu nucli:

 

1. Intercanvi iònic (de-àlcali):

 

Els ions de metalls alcalins (com Na⁺) a la xarxa de vidre s'intercanvien amb H⁺ a l'aigua:

 

`≡Si-O-Na + H₂O → ≡Si{-OH + Na⁺ + OH⁻`

 

Resultat: H⁺ a l'aigua disminueix, OH⁻ augmenta i la solució es torna alcalina gradualment.

 

2. Desintegració de la xarxa (hidròlisi):

 

L'OH⁻ format és molt agressiu, destruint l'estructura d'oxigen de silici-(≡Si-O-Si≡):

 

`≡Si-O-Si≡ + OH⁻ → ≡Si-OH + ≡Si{-O⁻`

 

El ≡Si-O⁻ recentment generat reacciona encara més amb l'aigua per mantenir l'equilibri de valència:

 

`≡Si-O⁻ + H₂O → ≡Si-OH + OH⁻`

 

Aquest procés es repeteix contínuament, donant lloc a la destrucció i dissolució contínua de la xarxa de vidre (hidròlisi de silicats).

 

3. Formació d'una pel·lícula d'alta-sílice:

 

Amb la dissolució contínua d'ions fàcilment solubles (Na⁺, etc.), es forma gradualment una "capa de lixiviació" porosa i rica en silici (SiO₂) a la superfície del vidre.

La velocitat de dissolució d'aquesta pel·lícula, juntament amb la velocitat de penetració del medi corrosiu a l'interior i la velocitat de difusió dels productes de reacció cap a l'exterior, determinen conjuntament la resistència a l'aigua global del vidre.

 

La resistència a l'aigua superior de la fibra de vidre lliure d'àlcali-(vidre E): les dades experimentals mostren (una mostra de fibra de vidre amb una superfície de 5000 cm² es va bullir en 250 ml d'aigua destil·lada durant 3 hores):

 

1. Classificació de resistència a l'aigua: fibra de vidre lliure d'àlcali-(vidre E) > Fibra de vidre alcalina-mitjana (vidre C) > Fibra de vidre-alcalina alta (vidre A).

 

2. Classificació del grau d'hidròlisi:

 

Vidre E: grau d'hidròlisi de classe I (millor resistència a l'aigua). Pèrdua de pes extremadament baixa i retenció d'alta resistència.

 

Vidre C: grau d'hidròlisi de classe II (resistència a l'aigua moderada).

 

Un vidre: grau d'hidròlisi de classe III (poca resistència a l'aigua).

 

3. Motiu clau: el vidre E-conté un contingut d'òxid de metall alcalí extremadament baix (normalment<0.8%),

 

reduint significativament les fonts d'ions que es poden dissoldre per l'aigua, inhibint eficaçment l'intercanvi iònic i els processos d'hidròlisi de la xarxa posteriors, i millorant-ne significativament l'estabilitat durant el servei a llarg termini-a l'aigua.

 

Requisits bàsics per a la selecció del material dels vaixells de pesca de fibra de vidre: basat en requisits estrictes de vida útil i seguretat: s'ha d'utilitzar fibra de vidre lliure d'àlcali-(vidre E-) com a material de reforç. L'excel·lent resistència a l'aigua del vidre E-resisteix eficaçment a l'erosió causada per-immersió a llarg termini en llacs, rius i aigua de mar, assegurant que les propietats mecàniques del substrat del casc de fibra de vidre (fibra) es mantinguin estables durant dècades, evitant problemes com la disminució de la resistència del casc, la delaminació i la filtració de la fibra causada per l'aigua.

 

Altres aplicacions de fibra d'alt rendiment-a la construcció naval: a més de la fibra de vidre E-, les fibres-d'alt rendiment com la fibra de carboni i l'aramida també s'utilitzen en la construcció naval de-alta gamma:

 

1. Fibra d'aramida (com ara Kevlar):

 

Avantatges: força específica extremadament alta, excel·lent tenacitat i excel·lent resistència a l'impacte i rendiment balístic. Adequat per a components d'embarcacions amb requisits extremadament alts de resistència a la tracció, resistència a l'impacte i lleugeresa (com ara mampares antibales en alguns vaixells de carreres i patrullers).

 

Desavantatges: resistència a la compressió i a la flexió relativament baixa, propensa al micro-pancament; alt cost. No apte per a estructures de casc principal sotmeses a càrregues de compressió/flexió elevades, limitant la seva aplicació (embarcacions petites-d'alt rendiment amb restriccions de pes estrictes).

 

2. Fibra de carboni:

 

Avantatges: resistència específica i mòdul específic (rigidesa) més alts entre les fibres de reforç d'ús habitual, excel·lent resistència a la fatiga i rendiment a altes -temperaturas. Ideal per aconseguir una lleugeresa extrema i una rigidesa ultra-elevada.

 

Inconvenients: Cost molt elevat.

 

Aplicacions

 

S'utilitza principalment en algunes o totes les estructures d'embarcacions d'alt rendiment-com ara velers de curses de primer-nivell, iots i vaixells militars-de gran velocitat amb requisits extremadament exigents de lleugeresa i rigidesa. El seu alt cost limita la seva aplicació a gran-escala en vaixells de pesca normals.

En conclusió, per als vaixells de pesca de fibra de vidre-una àrea d'aplicació a gran-escala sensible a la-fiabilitat a llarg termini i la fiabilitat-alcali-la fibra de vidre (vidre E{-) és un material de reforç del nucli insubstituïble a causa de la seva resistència a l'aigua superior (Classe I), propietats excel·lents d'hidrolisi i un grau mecànic relativament raonable, uns excel·lents propietats d'hidrolisi. Una comprensió profunda dels mecanismes de l'erosió de l'aigua i els avantatges de la resistència a la corrosió del vidre E-és la base científica per garantir la vida útil segura dels vaixells de pesca de fibra de vidre durant dècades i resistir la corrosió ambiental marina. Mentrestant, les fibres-d'alt rendiment, com ara la fibra de carboni i l'aramida, tenen un paper addicional en aplicacions especialitzades de construcció naval que persegueixen el màxim rendiment.