复合材料在船舶制造中的应用研究

邓继鹏

摘 要 我国拥有巨大的海洋面积，海洋资源为我国社会经济的发展贡献了巨大的力量。海洋资源的利用依赖于船舶事业，而船舶事业的发展与船舶材料研究工作关系密切。本文围绕复合材料在船舶制造中的应用展开讨论，分析了海洋船舶制造中的复合材料应用研究现状、复合材料在船舶制造中应用的优势和局限，并对复合材料在船舶制造中的应用进行了展望，希望能够为促进我国船舶制造事业发展、促进我国经济全面发展贡献绵薄之力。

关键词 复合材料；船舶制造；应用

中图分类号 U6 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）06-0020-02

海洋经济是组成我国国民经济的重要部分，能够有效地带动社会经济的发展，重要性不言而喻。海洋事业的发展对船舶事业有着强的依赖性，船舶制造材料的重要性由此可以窥见一斑。为了保证船舶制造的质量，深入地研究船舶制造中的复合材料应用，提高船舶的航速、延长船舶的使用寿命、增加船舶的使用舒适性已成“当务之急”。

1 海洋船舶制造中的复合材料应用研究现状

复合材料在海洋船舶中的应用可以追朔至20世纪40年代，美国海军是最早在船舶制造过程中使用复合材料的机构，复合材料作为海洋船舶制造材料由此拉开帷幕，其他国家纷纷效仿，复合材料在海洋船舶制造中的应用研究也不断深入。早期海洋船舶复合材料的应用主要集中于军事领域，而随着时代的不断发展，复合材料的应用不断广泛。现阶段，众多类型的海洋船舶（游艇、快艇、小型渔船等）都已经使用了复合材料，大型船舶甚至将甲板、船壳、舱壁、上层建筑等都跟更替成了复合材料。在海洋船舶制造领域的复合材料研究不断发展，虽然发展时间并不很长，但取得的成效却早已远超研究近百年的金属船舶制造。

毋庸置疑，我国海洋船舶制造中的复合材料应用获得了让世界瞩目的成绩。然而受制于客观条件，与发达国家相比，所谓的成绩微乎其微。其次，由于现阶段我国尚未形成海洋船舶制造复合材料生产的成熟生产线，很多材料的来源依靠于国外进口、成本昂贵。此外，我国在复合材料生产工艺以及复合材料应用的海洋船舶制造设计方面也存在一定问题，由于海洋船舶复合材料无损检测工作缺乏完善性，复合材料应用存在较大的局限，有待相关者不断加大研究力度。

2 复合材料在船舶制造中应用的优势和局限

2.1 复合材料在船舶制造中的应用优势

与传统的船舶制造材料相比，复合材料的优势非常显著，尤其是在制造高质量船体方面，复合材料以其特有的优势（强度高、质量小、耐腐蚀、耐磨损等）受到了船舶制造领域人士的青睐。复合材料在船舶制造中的应用越来越广泛，已经逐步彰显出取代传统船舶制造材料的趋势。例如，在新的时代背景之下，船速和船质量被提以更高要求，尤其在军事领域，为了提高船舶的攻击能力，船的自重被要求尽可能地低，这样才方便荷载更多的质量，损耗更少的燃料。复合材料的使用恰好能满足上述要求。据数据资料显示，同规模的复合材料船舰质量仅为钢质船舰的一半。当然，除了强度高、质量小、耐腐蚀、耐磨损等优势外，复合材料的优势还在于无磁性干扰，在扫雷艇以及猎雷艇应用中彰显了极强的优势。此外，复合材料有着良好的冲击韧性、隔热性能好，可以保证船体无缝连接，进而在光滑的船体上覆盖其他色彩。与传统的船舶材料相比，复合材料更易于成型加工，船舶制造工序更加简便省力，有益于控制制造成本。值得一提的是，基于复合材料的船舶的保养、维修也相对简单，船舶使用寿命更长，基于使用时间的经济效益因此更为显著。

2.2 复合材料在船舶制造中的应用局限

船舶中的复合材料优势是非常显著的，然而，在使用的时候我们也不可以忽视它的局限和缺点。对于船舶制造应用的复合材料而言，最大的缺点在于变化性。不同的造船厂生产出的具备同样结构的构建往往存在较大差异。例如，为了保证船舶正常行驶，保证船舶的稳定性和船舶的行驶速度，需要尽可能地控制复合材料层的质量。然而对于复合材料层生产而言，设计或是生产过程的微小变化都可能会导致复合材料层质量、性能发生改变。为了控制因质量差异而影响船舶的质量，需要大力开展协同工作，让设计师与制造者更为紧密地联系起来。然而现阶段，我国的复合材料生产并未形成产业化链接，而这无疑给上述工作的落实增加了难度。其次，由于现阶段复合材料主要应用于小型的舰艇或是大型舰艇的非结构、非关键性部件方面，应用于船体梁结构方面的构想还未能实现。虽然近年来复合材料研究力度不断加大、制造工藝不断自动化、规模化、数字化、低成本化，但是想要让复合材料成为低廉、优质的船舶制造材料还需要经历一个较为长久的时间。当然，除了上述两点局限以外，海洋这个相对而言较为特殊的环境，也给复合材料在船舶制造中的应用带来了局限。众所周知，海洋内生存着数量众多的生物，尤其是海洋附着生物可能会给舰船或是海洋设施带来巨大危害，如大量海洋附着生物会增加船舰的质量，增大船舰航行的阻力，降低船舰行驶的速度、加快船舰机械的磨损，进而影响船舰的使用时间。也因此，即便复合材料在船舶制造中克服了自身的种种局限，然而想要避免海洋生物对舰船的影响，也还有待深入研究。

3 复合材料在船舶制造中的应用展望

船舶制造材料以复合材料取代传统材料发展是船舶制造行业发展的必然趋势。基于此，船舶制造厂要努力发挥出联系设计与生产的纽带作用。只有确保我国船舶制造材料统一、规范，船舶制造过程中应用的复合材料质量才能够得以保障。其次，海洋环境对船舶性能的影响问题应得到高度重视，复合材料研究者应深入研究复合材料，改变复合材料的性能，尽可能地降低海洋生物附着影响船舰的正常运行。复合材料生产问题可以依靠生产工艺以及生产管理水平提高妥善解决，然而海洋生物附着问题至今仍让我国科研人员颇为头疼。据研究结果显示，海洋生物对铜或者铜合金材料常常“敬而远之”，也因此，海洋中的铜或者铜合金材料很少会被损坏。那么是否可以利用铜或者铜合金材料在船舰表层与海水接触面上增加一层含铜的“材料层”，让“材料层”与海水反应，并在船舰表层形成一层“保护膜”，排斥或是杀死企图附着于船舰的海洋生物，答案是肯定的。然而在大量的实践之后，上述方式却被证实效果不佳，加之保护膜形成会产生铜离子，进而对海水形成污染。基于此，开发防污铜将会是我国随后阶段船舶制造中应用复合材料研究中的一个重点，相关人士需予以重视。

4 结论

综上所述，随着时代的不断发展，新的材料不断涌现，而这无疑为我国海洋船舶事业的发展创造了良好的条件。复合材料的出现为海洋船舶制造提供了全面替代金属材料的思路。相关人士应深入地研究船舶制造中的复合材料应用问题，及时研究出能够减少船舶质量、强化船舶抗腐蚀能力的新材料。虽然现阶段我国的船舶制造复合材料研究还远不及发达国家，但是相信通过相关者们的不懈努力，我国船舶制造领域所研究的、性能良好的复合材料一定能够跻身世界舞台。

参考文献

[1]王成营，罗辉.石墨烯纳米材料在船舶制造中的应用[J].上海船舶运输科学研究所学报，2014（4）：53-55.

[2]唐振研.新技术在当前船舶中使用现状[J].中国水运，2015（8）：60-61.

[3]丁家兴.船舶建造工艺的发展现状及改进方案[J].科技创新与生产力，2013（11）：77-78，81.