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        復(fù)合材料:船舶制造材料的“新寵”

        2017-07-05 14:13:13王進(jìn)
        船舶經(jīng)濟(jì)貿(mào)易 2017年4期
        關(guān)鍵詞:新寵玻璃鋼船用

        本刊記者 王進(jìn)

        復(fù)合材料:船舶制造材料的“新寵”

        本刊記者 王進(jìn)

        復(fù)合材料以其獨特的高性能日益受到造船界的重視,已成為一種重要的船用材料。由于安全性和可靠性都得到了提升,復(fù)合材料在船舶制造中的應(yīng)用越來越普遍。

        在船舶制造過程中,傳統(tǒng)的造船材料是木材、鋼鐵和鋁。目前,大型船舶主要是由鋼材制成,復(fù)合材料通常用在船舶上層建筑和內(nèi)部組件上。中國船舶工業(yè)行業(yè)協(xié)會鄭一銘認(rèn)為,隨著復(fù)合材料設(shè)計和制造技術(shù)的迅速發(fā)展,復(fù)合材料的功能將更好、造價將更低,未來復(fù)合材料在軍民用艦船中的應(yīng)用還將更加廣泛。

        獨特性能受造船界重視

        據(jù)介紹,玻璃纖維增強塑料(GRP)、纖維增強塑料(FRP)等復(fù)合材料首次于20世紀(jì)50年代應(yīng)用于海軍的小型艦船。從那時起,玻璃鋼材料在快艇、游艇、賽艇及諸如拖網(wǎng)漁船的小型商業(yè)船只上逐步得到了應(yīng)用。

        近年來,隨著材料、施工方法以及應(yīng)用上的改進(jìn),復(fù)合材料以其獨特的高性能日益受到造船界的重視,已成為一種重要的船用材料。由于安全性和可靠性都得到了提升,復(fù)合材料在船舶制造中的應(yīng)用越來越普遍。

        目前,艦艇上常用的復(fù)合材料有樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料三種。復(fù)合材料普遍質(zhì)量輕、強度高,其比強度普遍高于傳統(tǒng)的造船材料——船體鋼和鋁合金結(jié)構(gòu)材料,這些性能可有效提高艦船的穩(wěn)定性、航速及運載能力。

        同時,復(fù)合材料能通過增強內(nèi)部構(gòu)件在阻尼振動下的穩(wěn)定性而減少噪音的產(chǎn)生;它還具有無反射特性,可減少雷達(dá)橫截面達(dá)到隱身效果;還能根據(jù)需要改變基體和增強體的選擇以及內(nèi)部纖維的方向來達(dá)到特定的目的,這一特性是其他材料無法企及的。它也具有優(yōu)異的防腐蝕、抗磨損性能。所有這些性能使其成為船用理想材料。

        例如,玻璃鋼復(fù)合材料的比重只有鋼材的1/5—1/6,機械強度為200兆—400兆帕,質(zhì)輕、比強度高,能顯著降低船舶自身重量,而且無磁性,具有介電性和微波穿透性好,耐腐蝕、抗海生物附著,能吸收高能量、沖擊韌性好,導(dǎo)熱系數(shù)低、隔熱性好等優(yōu)點。

        復(fù)合材料的建造工藝也帶來了許多便利。與傳統(tǒng)的鋼質(zhì)材料相比,復(fù)合材料不僅可設(shè)計各種形狀和尺寸,還可整體設(shè)計或分體組裝,可設(shè)計性好;建造的船體無接縫和縫隙,使得產(chǎn)品外形規(guī)整、光順美觀,整體性好;在模具中采用樹脂真空吸附整體成型,成型簡便,可實現(xiàn)批量生產(chǎn);無銹蝕,即使破損也可簡單修補,維修保養(yǎng)方便,全壽命期的經(jīng)濟(jì)性能好。

        研發(fā)應(yīng)用呈加速趨勢

        鑒于復(fù)合材料的巨大優(yōu)勢,國外海軍強國不斷加強船用復(fù)合材料的研制和應(yīng)用,且逐漸由非承力結(jié)構(gòu)向主/次承力結(jié)構(gòu)發(fā)展,從局部使用向大規(guī)模應(yīng)用擴(kuò)展。

        根據(jù)艦船裝備的發(fā)展需要,國外海軍對樹脂基復(fù)合材料的研究呈現(xiàn)加速發(fā)展的趨勢。例如,進(jìn)一步強化基礎(chǔ)研究,為新型功能復(fù)合材料的研發(fā)做準(zhǔn)備并解決在艦艇上應(yīng)用的基礎(chǔ)問題(如老化壽命、毒性等);完善結(jié)構(gòu)復(fù)合材料研究,完善夾芯結(jié)構(gòu)一體化成型技術(shù)研究,使結(jié)構(gòu)復(fù)合材料成本優(yōu)化、重量更輕,以推進(jìn)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料在艦船上的應(yīng)用;加強復(fù)合材料大型結(jié)構(gòu)一體化成型工藝研究,推進(jìn)復(fù)合材料工業(yè)化進(jìn)程;加強燃燒、疲勞、無損檢測、長期環(huán)境等使用性能研究,提高復(fù)合材料應(yīng)用的可靠性;優(yōu)化復(fù)合材料大型結(jié)構(gòu)與艇體連接技術(shù)、大型結(jié)構(gòu)與金屬構(gòu)架一體化成型技術(shù),加速復(fù)合材料在艦艇上的系統(tǒng)應(yīng)用。

        在某些特定應(yīng)用領(lǐng)域,國外海軍也正在積極開展功能復(fù)合材料(吸波、透波、耐溫)、多功能復(fù)合材料以及功能、多功能復(fù)合材料大型結(jié)構(gòu)成型工藝研究,降低艦艇雷達(dá)、紅外散射亮點,擴(kuò)大在耐溫領(lǐng)域的應(yīng)用;積極探索復(fù)合材料應(yīng)用于中型船體自動化排布技術(shù);加強耐壓殼體、耐壓結(jié)構(gòu)用先進(jìn)復(fù)合材料(混雜增強、高性能纖維增強)與成型技術(shù)研究,推進(jìn)復(fù)合材料在深潛器、水中兵器等領(lǐng)域的應(yīng)用。

        與軍用領(lǐng)域相比,復(fù)合材料在民用船舶上的應(yīng)用空間更為廣闊。當(dāng)前,隨著國際社會對于節(jié)能減排的重視以及國際海事組織(IMO)不斷出臺環(huán)保海事新規(guī),全球船舶行業(yè)都在努力實現(xiàn)船舶的低燃油消耗、低排放、低污染。與鋼質(zhì)材料建造的船舶相比,高性能復(fù)合材料建造的比強度高的輕型船舶在節(jié)能環(huán)保方面明顯更具優(yōu)勢,更“綠色”。高性能復(fù)合材料作為船舶減重的最佳選擇,必將更加受到國際海事界的青睞。

        多重利好驅(qū)動國內(nèi)需求

        我國船舶制造對復(fù)合材料的需求增長將更加明顯。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,這首先得益于船舶“輕量化”的發(fā)展趨勢。長期以來,與日本、韓國建造的同噸位船舶相比,我國建造的船舶空船重量較大。造成這一現(xiàn)象的一個重要原因,就是日、韓在船舶上較多地應(yīng)用了高性能復(fù)合材料,而我國在這方面的應(yīng)用相對較少。

        空船重量主要由船體結(jié)構(gòu)重量、舾裝產(chǎn)品重量、輪機電氣設(shè)備重量構(gòu)成,其中,船體結(jié)構(gòu)和舾裝產(chǎn)品占比最大,是船舶輕量化可以取得重要突破的專業(yè)領(lǐng)域,也是復(fù)合材料可以大量使用的領(lǐng)域。如上層建筑、桅桿、螺旋槳、推進(jìn)軸系、煙囪、艙壁、甲板、艙門、設(shè)備底座、管道系統(tǒng)等都可以采用復(fù)合材料來替代傳統(tǒng)的鋼制材料。未來我國船舶工業(yè)造船完工量將繼續(xù)保持世界前列,這將對復(fù)合材料形成剛性需求。

        漁船產(chǎn)業(yè)也對復(fù)合材料需求產(chǎn)生支撐。我國是漁業(yè)大國,擁有近海漁船30萬艘,但普遍質(zhì)量較差,大部分都是木制的漁船,玻璃鋼漁船占比不到10%。但以美國為例,美國的近海漁船全部為玻璃鋼制造,日、俄、英、法、德等國的玻璃鋼漁船也占到其漁船總數(shù)的90%左右。從長期來看,大量傳統(tǒng)木制漁船需要替代更新,對玻璃鋼復(fù)合材料的需求會有一個較長時期的增長。

        同樣值得關(guān)注的是游艇產(chǎn)業(yè)潛力的釋放。隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的飛速發(fā)展,居民收入的不斷增多,以及國家的大力支持,游艇消費在我國的普及程度將會越來越高。國內(nèi)船艇企業(yè)的快速發(fā)展,改變著船艇市場的結(jié)構(gòu),促進(jìn)我國游艇消費回歸理性,趨向中小型、大眾化的產(chǎn)品。因此,玻璃鋼游艇和豪華游艇產(chǎn)業(yè)將會有較大的發(fā)展空間,對復(fù)合材料需求也將大幅增長。

        在公務(wù)艇、特種船領(lǐng)域的應(yīng)用也不容忽視。近年來,我國“一帶一路”、南海開發(fā)等國家戰(zhàn)略的出臺,以及南海維權(quán)、釣魚島維權(quán)等都對海監(jiān)船、漁政船、水翼船、駁船、拖船、挖泥船等船型提出了新的要求。新建的船型將會較多地采用復(fù)合材料來提高船舶的使用效能,以適應(yīng)開展相應(yīng)活動的要求。

        當(dāng)然,我國船用復(fù)合材料研制和應(yīng)用水平相對落后。加大研發(fā)和應(yīng)用復(fù)合材料的力度,對我國船舶裝備的總體性能提高具有重大意義。業(yè)內(nèi)人士建議,未來應(yīng)促進(jìn)我國船用復(fù)合材料向低成本、高性能化、多功能、優(yōu)化連接、長壽命、安全可靠等方面發(fā)展?!?/p>

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