复合材料：船舶制造材料的“新宠”

本刊记者 王进

复合材料：船舶制造材料的“新宠”

本刊记者 王进

复合材料以其独特的高性能日益受到造船界的重视，已成为一种重要的船用材料。由于安全性和可靠性都得到了提升，复合材料在船舶制造中的应用越来越普遍。

在船舶制造过程中，传统的造船材料是木材、钢铁和铝。目前，大型船舶主要是由钢材制成，复合材料通常用在船舶上层建筑和内部组件上。中国船舶工业行业协会郑一铭认为，随着复合材料设计和制造技术的迅速发展，复合材料的功能将更好、造价将更低，未来复合材料在军民用舰船中的应用还将更加广泛。

独特性能受造船界重视

据介绍，玻璃纤维增强塑料（GRP）、纤维增强塑料（FRP）等复合材料首次于20世纪50年代应用于海军的小型舰船。从那时起，玻璃钢材料在快艇、游艇、赛艇及诸如拖网渔船的小型商业船只上逐步得到了应用。

近年来，随着材料、施工方法以及应用上的改进，复合材料以其独特的高性能日益受到造船界的重视，已成为一种重要的船用材料。由于安全性和可靠性都得到了提升，复合材料在船舶制造中的应用越来越普遍。

目前，舰艇上常用的复合材料有树脂基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料三种。复合材料普遍质量轻、强度高，其比强度普遍高于传统的造船材料——船体钢和铝合金结构材料，这些性能可有效提高舰船的稳定性、航速及运载能力。

同时，复合材料能通过增强内部构件在阻尼振动下的稳定性而减少噪音的产生；它还具有无反射特性，可减少雷达横截面达到隐身效果；还能根据需要改变基体和增强体的选择以及内部纤维的方向来达到特定的目的，这一特性是其他材料无法企及的。它也具有优异的防腐蚀、抗磨损性能。所有这些性能使其成为船用理想材料。

例如，玻璃钢复合材料的比重只有钢材的1/5—1/6，机械强度为200兆—400兆帕，质轻、比强度高，能显著降低船舶自身重量，而且无磁性，具有介电性和微波穿透性好，耐腐蚀、抗海生物附着，能吸收高能量、冲击韧性好，导热系数低、隔热性好等优点。

复合材料的建造工艺也带来了许多便利。与传统的钢质材料相比，复合材料不仅可设计各种形状和尺寸，还可整体设计或分体组装，可设计性好；建造的船体无接缝和缝隙，使得产品外形规整、光顺美观，整体性好；在模具中采用树脂真空吸附整体成型，成型简便，可实现批量生产；无锈蚀，即使破损也可简单修补，维修保养方便，全寿命期的经济性能好。

研发应用呈加速趋势

鉴于复合材料的巨大优势，国外海军强国不断加强船用复合材料的研制和应用，且逐渐由非承力结构向主/次承力结构发展，从局部使用向大规模应用扩展。

根据舰船装备的发展需要，国外海军对树脂基复合材料的研究呈现加速发展的趋势。例如，进一步强化基础研究，为新型功能复合材料的研发做准备并解决在舰艇上应用的基础问题（如老化寿命、毒性等）；完善结构复合材料研究，完善夹芯结构一体化成型技术研究，使结构复合材料成本优化、重量更轻，以推进结构复合材料在舰船上的应用；加强复合材料大型结构一体化成型工艺研究，推进复合材料工业化进程；加强燃烧、疲劳、无损检测、长期环境等使用性能研究，提高复合材料应用的可靠性；优化复合材料大型结构与艇体连接技术、大型结构与金属构架一体化成型技术，加速复合材料在舰艇上的系统应用。

在某些特定应用领域，国外海军也正在积极开展功能复合材料（吸波、透波、耐温）、多功能复合材料以及功能、多功能复合材料大型结构成型工艺研究，降低舰艇雷达、红外散射亮点，扩大在耐温领域的应用；积极探索复合材料应用于中型船体自动化排布技术；加强耐压壳体、耐压结构用先进复合材料（混杂增强、高性能纤维增强）与成型技术研究，推进复合材料在深潜器、水中兵器等领域的应用。

与军用领域相比，复合材料在民用船舶上的应用空间更为广阔。当前，随着国际社会对于节能减排的重视以及国际海事组织（IMO）不断出台环保海事新规，全球船舶行业都在努力实现船舶的低燃油消耗、低排放、低污染。与钢质材料建造的船舶相比，高性能复合材料建造的比强度高的轻型船舶在节能环保方面明显更具优势，更“绿色”。高性能复合材料作为船舶减重的最佳选择，必将更加受到国际海事界的青睐。

多重利好驱动国内需求

我国船舶制造对复合材料的需求增长将更加明显。业内人士认为，这首先得益于船舶“轻量化”的发展趋势。长期以来，与日本、韩国建造的同吨位船舶相比，我国建造的船舶空船重量较大。造成这一现象的一个重要原因，就是日、韩在船舶上较多地应用了高性能复合材料，而我国在这方面的应用相对较少。

空船重量主要由船体结构重量、舾装产品重量、轮机电气设备重量构成，其中，船体结构和舾装产品占比最大，是船舶轻量化可以取得重要突破的专业领域，也是复合材料可以大量使用的领域。如上层建筑、桅杆、螺旋桨、推进轴系、烟囱、舱壁、甲板、舱门、设备底座、管道系统等都可以采用复合材料来替代传统的钢制材料。未来我国船舶工业造船完工量将继续保持世界前列，这将对复合材料形成刚性需求。

渔船产业也对复合材料需求产生支撑。我国是渔业大国，拥有近海渔船30万艘，但普遍质量较差，大部分都是木制的渔船，玻璃钢渔船占比不到10%。但以美国为例，美国的近海渔船全部为玻璃钢制造，日、俄、英、法、德等国的玻璃钢渔船也占到其渔船总数的90%左右。从长期来看，大量传统木制渔船需要替代更新，对玻璃钢复合材料的需求会有一个较长时期的增长。

同样值得关注的是游艇产业潜力的释放。随着我国经济社会的飞速发展，居民收入的不断增多，以及国家的大力支持，游艇消费在我国的普及程度将会越来越高。国内船艇企业的快速发展，改变着船艇市场的结构，促进我国游艇消费回归理性，趋向中小型、大众化的产品。因此，玻璃钢游艇和豪华游艇产业将会有较大的发展空间，对复合材料需求也将大幅增长。

在公务艇、特种船领域的应用也不容忽视。近年来，我国“一带一路”、南海开发等国家战略的出台，以及南海维权、钓鱼岛维权等都对海监船、渔政船、水翼船、驳船、拖船、挖泥船等船型提出了新的要求。新建的船型将会较多地采用复合材料来提高船舶的使用效能，以适应开展相应活动的要求。

当然，我国船用复合材料研制和应用水平相对落后。加大研发和应用复合材料的力度，对我国船舶装备的总体性能提高具有重大意义。业内人士建议，未来应促进我国船用复合材料向低成本、高性能化、多功能、优化连接、长寿命、安全可靠等方面发展。★