用于船舶建造的复合材料

【编者按】近数十年复合材料在船舶制造中的应用越来越普遍。随着材料、施工方法以及应用上的改进，船只的安全性和可靠性都得到了增强，从而保证了乘客和船务人员的安全。

从石器时代开始，人类为了探索江河湖海，从筏子开始，一步步的发展船舶，最早的是筏子和独木舟，后来发展到用木板和梁材组合的结构。18世纪随着冶金工业、机械制造业的发展，开始出现铁质和铁木混合结构的船舶。19世纪后半叶，进一步开始采用低碳钢来造船，钢材便成为造船的主要材料，20世纪后半叶随着科技的进一步发展，越来越多的新材料使用在船体制造上，可以想象随着科技的不断进步，可以用来制作船体的材料将会越来越多，性能也不断提升。

上世纪40年代中，美国海军首次将复合材料用于船舶建造，从此掀起了船舶建造新的篇章，全世界各国相继开始研制各种各样的复合材料船舶。复合材料在快艇、游艇、赛艇以及诸如拖网渔船等小型商业渔船上的使用逐渐得到了普遍认可。

复合材料作为新型功能结构材料，具有重量轻、比强度和比刚度高、阻尼性能好、耐疲劳、耐蠕变性能、耐化学腐蚀、耐磨性能好、热膨胀系数低、以及X射线透过性好等特点，备受造船界的重视，尤其是在制造高质量的船体结构方面有着巨大的优势。随着社会发展，无论是用于军事，还是救援、执法方面的船只，都对船速提出了新的要求，特别是在武装攻击中，必须降低船艇的重量，以便在相同动力获得更高的有效载荷，并节约燃料、降低成本，在提高航速的同时，也提高了船只的机动灵活性。近年来，先进复合材料和轻量化结构技术已发展成为减轻船体重量的关键技术。

各国复合材料船舶应用

美国是最早的复合材料舰船制造者，目前其复合材料造船量稳居世界首位。1996年美国制造的探海艇，是石墨纤维增强环氧树脂单壳结构，可下潜6096m的深度。美国建造大型复合材料舰船方面的能力在80年代后期开始批量化生产沿海猎雷舰的MHC 工程中得到了显示。2006年制造的代号M80的“短剑”( Stiletto) 是最新型高速隐形试验快艇，是碳纤维一次成型的最大船体，由于工艺无焊接、无铆接，大幅度实现了船只的整体轻量化，使快艇能够轻易获得较高航速。

日本在60年代初成为美国游艇承包建造基地，为后来建造复合材料渔船和大型艇奠定了基础。到了1993年，日本复合材料渔船的数量就已经超过32万艘，复合材料游艇则超过了20万艘。

英国不仅是大型复合材料反水雷舰艇的先驱国家，它在复合材料高速艇的研制技术方面也属世界一流水平，建造过不少军用高速艇。在上世纪90年代，英国开始利用一流的复合材料轻量化技术，研制高速轻型气垫船和HM-2型气挚渡船。制造的“施培正”号凯芙拉巡逻艇，艇壳比玻璃钢减重20%，比铝合金减重近5t。目前英国20m以下的船舶有80%都是复合材料制造的。热塑性复合材料坚韧、可回收，并可缩短生产周期的优点，使热塑性复合材料成为船用复合材料轻量化的发展方向之一。近年英国罗斯柴尔德的Plastiki 塑料瓶船，符合材料可生物降解和可循环利用的发展方向，就引起了不小的轰动。英国VT Halmatic 舰船制造商利用真空袋固化工艺制造了简单的热塑性塑料底船DUC也证明了这一点。采用玻纤/聚丙烯材料制造，完美实现了轻量化。此船已被英国军队采用，作为Mk6军事突击艇，试验登陆沙滩时非常坚韧。

意大利的复合材料游艇工业不仅发展较早，而且技术非常先进，是欧洲制造35m以上大型豪华游艇的中心之一。意海军对复合材料反水雷舰艇的开发研究非常重视，1967年就开始研究新颖的硬壳式猎雷舰，并成功研制出多型Lerici猎雷舰。瑞典也非常重视复合材料在舰船中的应用。应该指出的是，瑞典的夹层结构复合材料技术堪称世界一流，用于建造了不少高速军用艇和巡逻艇，如TV171 和CG27型海岸巡逻艇。值得一提的是，瑞典在1991年研制成世界第一艘复合材料隐形试验艇“Smyge”号，该艇集先进复合材料技术、夹层结构技术、隐身技术及双体气垫技术于一体，实属舰船中的高科技产品。

中国自1958 年开始试制，拉开了复合材料造船的序幕，迄今也已经制造了数以万计的各种复合材料船艇。有总长近39m的扫雷艇; 渔船则是以80年代中后期批量建造的长度接近20m 的远洋捕捞渔船为代表；92年以来，广东地区还掀起了研制复合材料高速客船的热潮，先后研制出各种单体高速船、高速双体气垫船、机动帆艇等。

用于船体的复合材料主要有碳纤维、芳纶纤维和玻璃纤维。复合材料船体的典型结构形式主要有五种：单板加肋结构、夹层结构、硬壳式结构、波形结构及其混杂结构。

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