复合材料在海洋船舶中的应用

复合材料在海洋船舶中的应用
摘要：由2种或者2种以上具有不同物理特性和化学特性的物质互相组合而成
的固体材料被统称为复合材料。

复合材料中的各种组成部分在组合后仍然保留其
独立性，但是复合材料的物理和化学性能不是两种或者几种材料性能的简单叠加，而是更优于组成材料的特性。

为了确保组成复合材料的物质特性的连续性，通过
增强材料将其进行粘合、固定，并使材料保持特定的形状。

此外，复合材料存在
分散性，具有分散性的物质可以在复合材料机制的支撑下确保材料的强度和刚度，分散性物质在复合材料中是以独立形态存在的，它可以是纤维或者粒状物。

关键词：复合材料；海洋船舶；应用
1材料现状
船舶运行环境多变，十分恶劣，这就对船舶的材料提出了更高的要求，材料
要有足够的强度、韧性来满足制造条件。

通常专用型材、锻钢材用于常规船舶建造，特别是集装箱船等。

在我国船舶制造业的发展历程中，有部分特种钢材在船
舶的建造中也有所应用，低磁钢以及低合金高强度钢、含稀土耐蚀B级碳素钢、
低温钢等等经由批量生产然后销售到船舶市场中，最大限度的满足船舶行业迅猛
发展的需求。

国外的一些企业会来我国订购船舶，特别是一些巨型油船、超巴拿
马型集装箱船，钢材基本上不使用国内钢材，一般来说是把日本和西欧的进口钢
材用作主材料，这就严重妨碍到了船舶生产的利润。

2当前造船核心工艺技术发展的基本状况分析
首先是综合执行壳舾涂一体化机制。

此模式主要是将船体视为基础，然后将
舾装作为中心，重点环节便是涂装，将舾、壳、涂这三类不同性质的作业手段，
共同建立在空间上分道之中，时间安排上务必井然有序，然后彰显出设计—生产—管理的一体化运行优势。

需要注意的是，使用壳舾涂一体化的模式进行船只建造，此时的造船效率和质量必然双向提升，作业环境得以优化，劳动强度也会顺
势降低，成本减少的同时，企业综合竞争能力倍增。

其次是船体装配以流水线生产模式为主。

在船体装配过程中，通常情况下涵
盖了部件装配内容和分段装配内容以及船体装配内容。

船体装配，实际焊接工作
量相对来说比较大，占整体份额的75%，甚至以上。

应该了解到，当下先进造船
国家内的船厂，船体部件以及相应的曲面分段装配操作，均使用了流水线生产模式，以日本和美国最为典型。

3复合材料在海洋船舶中的应用
3.1树脂基复合材料在船体结构上的应用
有些类型的船舶对船体结构强度和刚度有非常高的要求，而使用纤维增强热
固性塑料便能满足这些要求，常见的是玻璃纤维增强热固性树脂，这种材料的强
度十分大，其强度大约是钢的2倍~3倍，同时还兼具塑料的特性，即介电性和耐蚀性。

另外，很多复合材料都应用了高性能纤维这种原材料，常见的有纶纤维、
碳纤维和超高分子量聚乙烯，这些材料的比强度和比模量较高。

目前常用的基体树脂主要有不饱和聚酯（邻苯型、间苯型和双酚型3种）、
乙烯基酯、环氧树脂和酚醛树脂这几种，其在各种类型的船艇中有着广泛的应用，例如游艇、快艇、高性能赛艇、救生艇和巡逻艇等。

3.2玻璃钢/复合材料在船舶中应用
玻璃钢/复合材料（以下简称FRP/CM）是一种理想的新颖结构/功能材料，这种材料的综合性能较为优秀，是钢、铝这些均质材料无法比拟的。

FRP/CM的优
良性能使其更适合应用在中小型船舶建造上，例如中小型隐身船舶。

此外，这种
材料不仅可以作为结构隐身材料，还是十分优秀的上层建筑材料。

3.3复合材料推进系统
3.3.1复合材料螺旋桨
舰艇的螺旋桨常使用镍铝铜合金材料，其抗腐蚀性和屈服度都十分优秀，但
其缺陷也很明显，例如加工叶片成本过高、声学阻尼性较差、振动噪声大等。

而
复合材料螺旋桨不仅具有维修保养费用低、强高模、耐腐蚀、耐辐射等特点，还
能够推迟螺旋桨的空化起始速度、降低磨损率，极大地了改善螺旋桨的阻尼性能。

3.3.2复合材料推进器
使用复合材料（如CF/环氧树脂）代替钢来制造推进轴，能够大大减轻同尺
寸推进轴的重量，并可减少近1/4的制造成本。

复合材料推进轴在抗腐蚀、抗疲
劳和降低噪音等方面的表现也十分突出。

3.4船舶室内装饰材料
当前船舶的室内装饰中也用到大量的复合板材，例如墙板、屋顶板和车箱体等。

这极大地扩展了复合材料在海洋船舶中的应用。

蜂窝夹心、泡沫夹心复合材
料是复合材料中较具代表性的，这些材料具有保温性能良好、质量优良和刚度强
等优点，适用于一些对刚度、隔热性能要求较高，但是受力不大的部件。

3.5复合材料管道系统
船舶管道系统的常用材料是黄铜，但是随着船舶建造业的发展与扩大，黄铜
管已经不能满足当前船舶的应用要求，而具备的优良性能的复合材料更适合应用
于船舶管道系统。

4船舶设计建造技术的未来展望
4.1船舶设计的未来展望
三维技术是船舶设计的关键，为了推进国内船舶行业的发展，要加大研发给
予三维技术的软件，确保软件功能可以符合一体化与模块化的要求。

保证船舶建
造能够实现“壳、舾、涂一体化”以及“设计、生产、管理一体化”，还要同时保证
数据库的结构设计、船体结构件的逻辑关系等，如果有个别的船体零件需要修改，其他构件要实现自动更新或拆分。

4.2船舶材料的未来展望
集装箱运输技术的发展使得很多船舶运输公司对于杂货运输船只的订购数目
逐渐降低，而清洁能源由于本身的特殊性，在进行运输时，也需要根据其理化性
质进行相应的改变，这大大促进了液汽船舶技术的研究和发展，我国船舶行业在
近些年逐渐朝着多功能化、多样化发展，根据我国目前船只研究和发展的大形势
来看，主要目标仍旧集中于超大型船只、豪华客轮的建造上面，由于这些船只需
要很强的安全性能保证，因此，在船舶建造材料上要选择质量优质、尺寸精准合
适的钢材等。

4.3船舶建造技术
我国想要将船舶建造技术追平世界先进水平，就必须借鉴国外先进的技术，
高效的利用数字化建造的长处，脚踏实地地逐步进行船只建造技术的开发。

通过
对船舶行业的实际发展情况以及相应技术水平的发展情况和船舶行业今后的进步
方向等，逐步确立起一种包括信息编程、数据结构、输出以及读存等在内的数字
化管理体系，使得全网的船舶建造、使用信息能够得到随时的调用和共享，逐渐
建立并完善船舶信息的数据库建设，促进船舶信息的交流和传播足够的条件来保障系统的流畅。

不断地进行沟通协调精确的信息，完成精准、高效、自动化、虚拟化、集成化的船舶建造过程及效果，有效提升船舶制造的效益和效率。

尽管近些年我国船舶技术的研究和发展有了非常长远的进步，在LNG船只的建造上也积累了很多经验和攻克了很多技术难题，但是在高附加值类型的船只建设上我国却仍然有很大的提升空间，真正发现自身与世界先进国家的差距，查明产品设计以及技术应用的原因，不断地提升船舶建造的技术。

我们可以有效地利用目前熟练的技术，比如关于LNG船只的建造方面，总体设计方面应该以船型和船体结构为主，系统方面则将电力、动力的控制和集成作为重点，还要切实掌握实际情况，不断地突破产品的研发，促进我国船舶生产竞争力的提升。

结语：
综上，复合材料在经过50多年的发展和应用后已经初具规模，当前我国已经建成100多艘复合材料船舶，同时拥有近500多家与复合材料船舶相关的制造商。

复合材料在船舶制造业发挥着不可替代的作用，其具备的优点和特性使其应用广泛。

复合材料虽然具备良好的性能，但其制造成本较高，因而制约着它的发展。

因此，加强对复合材料制造技术的研究，制造出成本低廉且质量优异的复合材料是当前需要重点考虑的问题。

参考文献：
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