复合材料在舰船建造中的应用

于霖 王天潇

摘   要：国外复合材料在舰船建造中的应用起步较早，不论是复合材料制造还是成型工艺均发展的较为成熟，现阶段已广泛应用于各式各样舰船、船体等结构的建造。相比较而言，我国舰船建造复合材料应用依旧存在发展阶段，复合材料生产、成型工艺还有待进一步发展。本文首先介绍了复合材料的含义及舰船用复合材料分类，然后分析了复合材料在舰船建造中的应用研究现状，最后探讨了复合材料在舰船建造中的应用进展，以期为促进我国舰船建造事业的有序健康发展提供一些帮助。

关键词：复合材料  舰船  建造

中图分类号：U674                                   文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2019）09（b）-0080-02

相较于金属材料，复合材料有着特有的优点，诸如质量轻、比强度大、比模量高、耐腐蚀、结构可设计性强等，因此在舰船建造中，为了增强舰船综合性能，可选取复合材料对相同非金属结构部位的钢材予以取代，这样一方面可降低舰船结构重量，提升舰船综合性能指标，另一方面可对复合材料结构开展设计，以此充分发挥结构的力学性能。复合材料种类繁多，适用范围广泛，在舰船建造中，可用于制造船体结构、推进器、上层建筑等[1]。

1  复合材料概述

1.1 复合材料

复合材料，是指由两种或超过两种物理和化学性质不同的物质组成的一种多相固体材料。即便复合材料各组分材料依旧保持有各自的独立性，然而复合材料的性能并不等同于组分材料性能的叠加，并且其性能远超过各组分材料的性能。一般情况下，在复合材料中存在一相属于连续相，称作基体，作用于维持、固定增强材料成相应形状;另一相属于分散相，称作增强体，在复合材料中增强材料不构成连续相，其依赖基体提供强度、刚度。分散相以独立形态分布于整个连续相中，既可是增强纤维，也可是颗粒状弥散的物料。

1.2 舰船用复合材料分类

现阶段，舰船用复合材料，特别是应用于船体结构的复合材料，大多为聚合物基复合材料，依据机构不同，可划分为纤维增强复合材料、夹层结构复合材料，这其中又包括树脂、增强材料、芯层材料三方面重要复合物。舰船用复合材料依据承载部位不同，可划分为非承力结构、次承力结构、主承力结构等;依据功能不同，可划分为结构、防护、阻尼、声学等相关材料。对于舰船用复合材料的应用优势而言，主要表现为：其一，强度高、质量轻，可显著提升船体的储备浮力;其二，结构功能一体化，在保证舰船结构承载的前提下可实现多样性能设计，诸如防护、声学、减振、雷达等;其三，耐腐蚀，可满足高盐、高湿、紫外等恶劣海洋环境要求;其四，良好的隔热性、冲击韧性，可实现船体无缝连接，进一步在光滑船体上覆盖其他色彩[2]。

2  复合材料在舰船建造中的应用研究现状

复合材料在舰船建造中的应用可追溯至20世纪40年代，美国是率先将复合材料应用于舰船建造的国家，由此也开启了复合材料用以舰船建造材料的篇章，随后其他众多国家纷纷加入到复合材料应用行列中，复合材料在舰船建造中的应用研究得以变得越来越广泛深入。起初，复合材料在舰船建造中的应用普遍集中于军事领域，而伴随社会的不断进步，复合材料应用范围不断扩大。如今，诸如小型渔船、快艇等各式各样类型的舰船建造均引入了复合材料，一些大型舰船更将复合材料用作船壳、甲板、上层建筑等建造的重要材料。在舰船建造中复合材料的应用研究不断展开，即便研究发展时间并不长，然而所收获的应用研究成效已超过近百年的金属舰船制造。近年来，我国舰船建造中复合材料的应用研究成效有目共睹，然而在一系列客观因素的影响下，其发展水平相较于发达国家仍旧存在不小的差距。同时，因为当前我国还没有建立起舰船建造复合材料生产应用的完善产业链，使得很大一部分复合材料有赖于国外进口，成本十分昂贵。除此之外，我国在复合材料的生产工艺及复合材料应用的舰船建造设计上还存在一系列问题，因为舰船复合材料无损检测工作依旧不够完善，复合材料应用还存在一定的局限性，由此要求相关人员要加大研究力度。

3  复合材料在舰船建造中的应用进展

3.1 树脂基复合材料在船体结构上的应用

船体结构建造通常对强度、刚度等方面提出了较为严格的要求，采用的材料多以纤维增强热固性塑料为主，且主要包括玻璃纤维增强热固性树脂，其比强度约可达到钢材的2～3倍，并且还可实现塑料的耐蚀性、介电性能。而对于更多采用了先进的高性能纤维，诸如碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯等纤维及其织物的复合材料，可实现更可观 的比强度、比模量。而在于基体树脂方面，现阶段常用的包括有环氧树脂、乙烯基酯、不饱和聚酯等，可满足多种不同舰船的多样需求[3]。纤维增强树脂基复合材料在船体上的应用主要适用于快艇、游艇、客船、渔船、救生艇等舰船种类。除此之外，在舰船建造中纤维增强树脂基符合材料还可应用于舰船上层建筑、二级结构中。

3.2 玻璃钢/复合材料在舰船建造中的应用

玻璃钢/复合材料作为一种新型功能材料，其可实现传统均质材料所不可比拟的优质综合性能。历经长期的专门研究，玻璃钢/复合材料得以在全球众多国家地区取得了长足发展，并在建筑、军事、舰船、航天等领域得到广泛推广。近些年，在众多发达国家的推动下，玻璃钢/复合材料在舰船建造中的应用收获了飞速发展，并逐渐形成了有别于传统木质、钢质等舰船的独特设计、建造及质量控制技术。现阶段，玻璃钢/复合材料不仅主要作用于建造猎扫雷舰艇，也是中小型舰船上层建筑建造的最理想材料选择，还是中小型隐身舰船极具潜力的结构隐身材料，还是中小型高速高性能舰船建造的最适用材料。

3.3 复合材料在舰船推进器上的应用

首先，复合材料在舰船螺旋桨上的应用。前苏联于20世纪60年代便将1个直径为2m的复合材料螺旋桨装置用于一艘渔船上，70年代又将一个直径为6m的复合材料螺旋桨装置于一艘大型商业舰船上。英國有公司如今成功完成了全球最大的复合材料螺旋桨的海上测试，该复合材料螺旋桨直径达到2.9m，相较于传统镍铝铜合金材料螺旋桨其重量显著更轻。其次，复合材料在舰船推进轴系上的应用。瑞典有公司于20世纪80年代末展开对复合材料推进轴的研究，并研究评估了数以千计的材料复合及表面处理方法，以期得到推进轴的最理想性能，如今全球众多国家的游艇、商船、军舰等均采用由其生产的复合材料推进轴，传输功率为12MW，可承载转矩为200kN·m[4]。

4  结语

历经数十年的发展，我国已建成了100余种复合材料舰船，产品包括有游艇、渔船、赛艇、渔船、巡逻艇等多种品种。复合材料有着传统材料所不可比拟的优势，但其在舰船建造中的应用成效还有待进一步提高。因此，相关人员必须要加大研究力度，提高对复合材料优势特点及舰船用复合材料分类的明确认识，加强对复合材料在舰船建造中应用研究现状的深入分析，不断推进复合材料在舰船建造中的科学合理应用，积极促进我国舰船建造事业的有序健康发展。

参考文献

[1] 王凯歌，张新宇.浅析复合材料在舰船建造中的应用前景[J].门窗，2014，27（10）：140.

[2] 贺远松，罗凯，曹明法.玄武岩纤维复合材料在船艇中的应用技术研究[J].船舶，2014，12（4）：49-54.

[3] FIORE V， BELLA G D， VALENZA A. Glass–basalt/epoxy Hybrid Composites for Marine Applications[J].Materials & Design，2010，32（4）：2091-2099.

[4] 康逢辉，吴医博，杨瑞瑞，等.阻尼复合材料在舰船筏架中的应用研究[J].舰船科学技术，2018，40（7）：58-62.