龍國燁，陳超核

（華南理工大學(xué)，廣州 510641）

1 引言

隨著人們生活質(zhì)量和追求的不斷提高，造船與旅游行業(yè)迅速發(fā)展，船員和旅客對居住環(huán)境的要求也越來越高。陸上建筑物的裝修風(fēng)格和材料逐漸被船上采用，甚至一些船內(nèi)裝修比陸上的建筑物更豪華，船舶內(nèi)裝質(zhì)量的提升對整體舒適性的提升起著至關(guān)重要的作用。然而，目前國內(nèi)船舶行業(yè)整體的內(nèi)裝質(zhì)量以及重視程度遠(yuǎn)落后于一些先進(jìn)的發(fā)達(dá)國家，難以滿足發(fā)展需求，迫切需要提高國內(nèi)整體的船舶內(nèi)裝水平和質(zhì)量，內(nèi)裝材料的選用是影響船舶內(nèi)裝質(zhì)量至關(guān)重要的因素。

新型船用內(nèi)裝材料不但要求具有良好的隔熱保溫性能，還要求有輕質(zhì)、耐火、隔聲及裝飾效果良好等功能，開發(fā)性能優(yōu)秀的新型船舶內(nèi)裝材料具有重大意義。發(fā)泡陶瓷是兼具以上優(yōu)秀性能的新興材料，目前已廣泛應(yīng)用于陸上建筑等各個領(lǐng)域。

2 發(fā)泡陶瓷材料概述

發(fā)泡陶瓷材料一般是指高溫發(fā)泡陶瓷材料，其通常由陶瓷碎片、大理石以及花崗巖廢料、黏土尾料、粉砂等建筑廢料組成，在約1 200 ℃的高溫隧道窯中鍛造而成。發(fā)泡陶瓷是具有高孔隙率和三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的無機(jī)多孔陶瓷體，孔徑一般可達(dá)微米甚至納米，孔隙率為20%～95%，外形猶如鋼化泡沫[1]。發(fā)泡陶瓷的表面和內(nèi)部都具有無數(shù)的連通孔，屬于非柔順性多孔結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的吸聲能力。

發(fā)泡陶瓷的造孔方法很多，不同的造孔方法會影響其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而影響其性能和特性。

發(fā)泡陶瓷具有孔隙率高、導(dǎo)熱系數(shù)低、耐震性、耐高溫性、耐腐蝕性、耐候性、抗老化性、不燃性、隔音性等眾多優(yōu)良性能，在航空、電氣、電子、環(huán)保、建筑等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。表1 為某建筑用發(fā)泡陶瓷隔板主要技術(shù)性能。

表1 某建筑用發(fā)泡陶瓷隔板主要技術(shù)性能

3 船舶內(nèi)裝材料分類及使用可行性分析

根據(jù)《國際海上人命安全公約》（SOLAS）以及各國船級社的規(guī)范要求，船用內(nèi)裝材料按照用途分類，可大致劃分為：絕緣材料、裝飾材料、家具材料；按照燃燒性能分類，可大致劃分為：可燃性材料、不可燃性材料[4]。

3.1 根據(jù)用途分類

（1）絕緣材料主要有耐振、隔音、隔熱等作用，按用途可分為兩類：用于船舶艙壁保溫的絕緣材料、用于甲板敷料的絕緣材料。艙壁保溫絕緣材料目前主要有巖棉、玻璃棉、陶瓷棉和各類泡沫制成品等；甲板絕緣材料目前主要有甲板基層敷料、復(fù)合耐火甲板敷料、耐火浮動甲板敷料。

（2）裝飾材料中，復(fù)合巖棉板是目前船舶內(nèi)裝使用最廣泛的裝飾板。它可根據(jù)需求制成各種結(jié)構(gòu)的板架，分為圍壁襯板、電纜專用板、高隔音板、獨(dú)立安裝的圍壁板、天花板等。

（3）船用家具材料跟陸用家具材料在選用和安裝特點(diǎn)上，船用家具要求更高。

3.2 根據(jù)燃燒性能分類

船用內(nèi)裝材料根據(jù)燃燒性能可劃分為兩類：可燃性材料、不可燃性材料。

船舶耐火分隔，必須采用不可燃性材料。對于船用材料是否滿足不燃性、耐火性、低播焰性和煙毒性等的檢驗標(biāo)準(zhǔn)，是根據(jù)《國際耐火試驗程序應(yīng)用規(guī)則》來判定的[6]。根據(jù)該規(guī)則的規(guī)定，在耐火分隔試驗中，材料被加熱到750 ℃時其既不燃燒也不會釋放足以引起自燃的可燃蒸發(fā)性氣體，即為不可燃性材料。由玻璃、混凝土、陶瓷、普通金屬和合金制備而成的材料，可認(rèn)定為是不可燃性的，可以實裝在船上而無需進(jìn)行額外的耐火試驗。

材料表面起火時能有效限制火勢蔓延，即認(rèn)為該材料具有低播焰性。材料是否滿足低播焰性的要求必須通過表面可燃性試驗來檢驗。

要求材料在溫度升高時不會產(chǎn)生過量煙氣和有毒產(chǎn)物或不致造成毒性危害時，該材料應(yīng)通過煙氣和毒性試驗。若某種材料通過了表面可燃性試驗，但在試驗中材料的熱量總釋放值和熱釋放速率的峰值不滿足規(guī)定時，該材料需要額外進(jìn)行規(guī)則中規(guī)定的煙氣密度和毒性試驗。

此外，根據(jù)材料的特性和使用范圍不同，船用防火材料還應(yīng)進(jìn)行防火門控制裝置試驗、垂直垂掛紡織品和薄膜的試驗、軟墊家具和床上用品試驗等。

3.3 發(fā)泡陶瓷材料應(yīng)用于船上的可行性分析

根據(jù)發(fā)泡陶瓷在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用及其技術(shù)性能，結(jié)合船用內(nèi)裝材料的分類和特點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)泡沫陶瓷可制備成各種不同的產(chǎn)品應(yīng)用于船舶各個部位的內(nèi)裝上。以下介紹發(fā)泡陶瓷材料在船舶內(nèi)裝上的兩種主要用途，并進(jìn)行可行性分析。

3.3.1 用于船內(nèi)耐火分隔

在建筑領(lǐng)域中，用發(fā)泡陶瓷制作的用作承重墻體的保溫墻體板，具有較高的強(qiáng)度、較低的容重和優(yōu)秀的保溫隔熱隔音等性能。據(jù)此，發(fā)泡陶瓷板材可借鑒應(yīng)用于船內(nèi)各處所的耐火分隔結(jié)構(gòu)或鋪設(shè)在鋼制圍板周圍作為耐火分隔結(jié)構(gòu)。由于發(fā)泡陶瓷具有不燃性，因此不需要經(jīng)過不燃性試驗即可實船安裝。

對于發(fā)泡陶瓷而言，不同的制成品耐火等級和適用范圍會不一樣，其隔熱、隔聲和強(qiáng)度等性能也會隨之變化，例如：達(dá)到B～15 級的不燃板材，可以作為獨(dú)立的艙室分隔板；只達(dá)到B～0 級的不燃板材，只能用于耐火分隔的襯板或天花板。因此，發(fā)泡陶瓷的制成品不僅可用作隔熱材料，還能用作襯板和天花板等。

根據(jù)船體防火分隔典型耐火結(jié)構(gòu)形式以及實際上常用的耐火分隔結(jié)構(gòu)形式，發(fā)泡陶瓷可用于以下幾種耐火分隔結(jié)構(gòu)形式：

（1）是鋼質(zhì)艙壁＋隔熱材料＋空氣層＋襯板構(gòu)成的A 級艙壁，這種結(jié)構(gòu)形式適用于走廊和儲物間的艙壁等；（2）是襯板＋空氣層＋鋼質(zhì)艙壁＋襯板構(gòu)成的A 級艙壁，這種結(jié)構(gòu)形式其兩側(cè)任何一面均可向火，適用于作為主豎區(qū)限界面的艙壁等，其兩側(cè)為起居處所；（3）是鋼質(zhì)甲板＋空氣層＋天花板構(gòu)成的A 級甲板，適用于甲板下部為起居處所的區(qū)域等。這三種結(jié)構(gòu)形式，如圖1 所示。

目前，船舶內(nèi)裝隔熱材料通常為巖棉、陶瓷棉和超細(xì)玻璃棉，不燃板材主要以硅酸鈣板和復(fù)合巖棉板為主。發(fā)泡陶瓷不僅滿足規(guī)定的耐火分隔要求及單位面積容重較輕的性能特點(diǎn)，相較于現(xiàn)有的耐火分隔材料，其抗壓強(qiáng)度較高、抗腐蝕、在暴曬和冷熱巨變等環(huán)境下不易變形、不開裂、性能穩(wěn)定，還具有良好的吸音、隔音等效果。此外，相比于傳統(tǒng)的耐火材料，發(fā)泡陶瓷材料安裝簡便、可現(xiàn)場切割拼裝、不會產(chǎn)生有害粉塵、使用壽命長，并可大大降低日常維修成本。

3.3.2 用于船內(nèi)裝飾板

發(fā)泡陶瓷有較強(qiáng)的可塑性，可加工成不同的形狀，而且可跟各種材料和表面敷料粘合成復(fù)合板材。這種材料既滿足了船上的輕質(zhì)防火等要求，也可根據(jù)各部位的不同審美風(fēng)格而更換不同的表面飾面材料，可用于起居處所的艙壁、襯板和天花板等表面外露的部位。

本文根據(jù)《國際耐火試驗程序應(yīng)用規(guī)則》的要求，制備了6 塊外形尺寸為：長795 mm×寬150 mm×厚20.5 mm 的樣品送至遠(yuǎn)東防火中心進(jìn)行表面可燃性試驗。試樣的熄滅時臨界熱流、持續(xù)燃燒熱量、熱釋放總量、熱釋放速率峰值的平均值等均滿足艙壁/天花板/襯板表面材料的要求。

試驗結(jié)果表明，該試樣符合SOLAS 公約第II-2 章要求的具有低播焰性的表面材料，且該試樣同時滿足總熱釋放值的平均值不大于0.2 MJ 和熱釋放率峰值不大于4 kW，不需要進(jìn)行額外的煙氣密度和毒性試驗。因此，該復(fù)合發(fā)泡陶瓷板滿足SOLAS 公約中的相關(guān)規(guī)定，可應(yīng)用在船上的相關(guān)部位。

目前船舶使用最廣泛的內(nèi)裝裝飾板是復(fù)合巖棉板。復(fù)合發(fā)泡陶瓷板材與復(fù)合巖棉板類似，通過與不同材料的復(fù)合，能滿足不同處所的需求，而且復(fù)合發(fā)泡陶瓷材料在各項性能和施工工藝上更加優(yōu)異，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）復(fù)合巖棉板以巖棉為基材，其強(qiáng)度較低，為了保證強(qiáng)度一般會與容重較大的材料復(fù)合來提高板材的強(qiáng)度。而發(fā)泡陶瓷基材則有較高的強(qiáng)度，在選擇復(fù)合材料時可選用容重較小但強(qiáng)度不高的材料進(jìn)行復(fù)合，從而保證了復(fù)合材料質(zhì)輕的特點(diǎn)，對船舶的重量控制具有重要的意義；（2）由于發(fā)泡陶瓷的切割開槽非常方便，在施工過程中無論安裝、切割還是拼接都大大提高了效率和安全性，同時也降低了安裝成本；（3）復(fù)合巖棉板中的礦物棉材質(zhì)在加工和切割等過程中會產(chǎn)生對環(huán)境和人體有害的粉塵，相比之下發(fā)泡陶瓷在切割和加工過程中不會產(chǎn)生有害的粉塵；（4）發(fā)泡陶瓷的可塑性很強(qiáng)，其制成品不限于平面板材的復(fù)合材料，還可根據(jù)需求制備成各種形狀的復(fù)合材料，大大提升裝飾美感等等。

4 幾種常用材料與發(fā)泡陶瓷的性能比較

目前大型船舶上應(yīng)用的內(nèi)裝材料，主要分為有機(jī)材料和無機(jī)材料兩類：有機(jī)材料包括各類軟木板和有機(jī)泡沫等；無機(jī)材料包玻璃棉、巖棉和陶瓷棉等[7]。

（1）巖棉材料

巖棉制品質(zhì)量較輕、隔聲性能較好、有良好的耐熱和保溫性能、價格比較低廉，但巖棉制品的纖維較粗、材質(zhì)較脆、耐熱性能較差；由于巖棉具有良好的不燃性，可直接用作船內(nèi)不燃材料。但其導(dǎo)熱系數(shù)隨著溫度升高而升高，不宜應(yīng)用在經(jīng)常暴露于高溫的環(huán)境中，主要應(yīng)用于船舶裝飾材料或與鋼制圍板或其他材料復(fù)合成各級耐火分隔結(jié)構(gòu)。

（2）陶瓷棉材料

陶瓷棉制品的耐火性較好、能在高溫下使用（最高使用溫度950℃～1 000 ℃）、高溫下的熱導(dǎo)率較小、容重較小，因此大量應(yīng)用在船內(nèi)各種高溫環(huán)境中，例如：船用鍋爐、排氣管以及管系的保溫隔熱材料等，近幾年來也被大量應(yīng)用于艙壁的保溫隔熱材料中。

（3）玻璃棉一般是指以石英砂加廢玻璃為主要材料制成的無堿超細(xì)玻璃棉

其容重很小、在低溫環(huán)境下保溫隔熱效果非常好、但它的使用溫度較低（通常在500 ℃～600 ℃），通常應(yīng)用于常溫和低溫環(huán)境下，且只能用作C 類分隔材料。

（4）其它各種有機(jī)泡沫

這類材料耐熱和保溫性能都比較良好，而且具有質(zhì)輕、降噪等特性。這類材料一般為難燃材料（燃點(diǎn)500 ℃～800 ℃），且大部分在燃燒時會釋放低毒性氣體，不宜在高溫環(huán)境下使用，且和玻璃棉一樣僅作為C 級材料使用[8]。

表2 為發(fā)泡陶瓷材料與其他常用材料的主要技術(shù)性能對比。

表2 各種常用內(nèi)裝材料主要技術(shù)性能對比

結(jié)合表2 和各種材料的技術(shù)特性和工藝流程，發(fā)泡陶瓷和其他材料相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）原料來源廣泛

除了必須的陶瓷原料以外，頁巖、板巖、煤矸石等多種建筑尾礦和垃圾均可作為發(fā)泡陶瓷的原料，這些原料不僅價格低廉，而且綠色環(huán)保；

（2）不燃性較好

泡沫陶瓷具有較好的不燃性能，其使用溫度可達(dá)1 000 ℃，且不產(chǎn)生有毒有害氣體，屬于綠色環(huán)保產(chǎn)品；

（3）隔熱性能較好

具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，隔熱性能長期穩(wěn)定；

（4）質(zhì)輕且強(qiáng)度較高

發(fā)泡陶瓷容重較小，而且具有較強(qiáng)的抗壓強(qiáng)度，是一種理想的具有自承重的保溫隔熱材料；

（5）耐腐蝕性能良好

具有極強(qiáng)的抗酸堿能力，能延長其使用壽命；

（6）性能穩(wěn)定，不易老化

使用壽命較長，經(jīng)濟(jì)性較好；

（7）可塑性較強(qiáng)，裝飾效果好

與其他材料復(fù)合而成的復(fù)合材料，尤其適用于客船內(nèi)的文化藝術(shù)裝飾；

（8）具有較強(qiáng)的吸聲能力，隔聲性能良好。

5 結(jié)論

發(fā)泡陶瓷具有諸多優(yōu)點(diǎn)，符合當(dāng)前綠色、環(huán)保、無污染和綠色造船的要求，其用于船舶內(nèi)裝材料，不僅使裝飾、隔熱、防火融為一體，而且能大幅降低維修成本；發(fā)泡陶瓷質(zhì)量較輕，可減輕船舶重量，符合船舶重量控制的要求。綜上所述，發(fā)泡陶瓷應(yīng)用于船舶內(nèi)裝上具有廣闊的發(fā)展前景。