易复材 易复材 7月3日

一，综述

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、以及射线透过性好等特点，备受造船界的重视，近年来，先进复合材料和轻量化结构技术已成为减轻船体重量的关键技术，在救生艇、细长艇、高速执法艇、充气艇等等一些需要提高速度的舰船上得以应用，取得了良好的效果，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，无论是军事还是救援、执法方面的船只，都对船速提出了新的要求，而降低舰船的重量，是使高速舰船得以实现的最有效的办法。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，在提高航速的同时提高了船只的机动灵活性。

    玻璃钢材料船艇可设计性好，即使只用相同的基体树脂和纤维，通过对纤维含量、纤维长短纤维铺层方向和铺层顺序的设计也能得到不同性能的各向异性材料。在船舶加工工艺上，玻璃钢材料制成的材料和结构具有更好的整体性，成型加工容易，同时减少机械加工过程和组装过程所需的工作时间，生产周期比钢船能短，特别是对于小型船舶可以采用灌注成型的方法，这样易于大量生产，降低成本。

图1 玻璃钢船艇（大连恒达玻璃钢船艇有限公司）

1.1 国内发展现状

    我国复合材料船艇工业起步于1958年，迄今已建造了一百多种型号的复合材料舰船。1974年制造最大的玻璃钢扫雷艇，总长39m。到1981年，已大批量生产出多款豪华游艇。上世纪90年代初期研制了长11m的碳-玻璃混杂纤维先进复合材料四人皮艇和112-D小型先进复合材料高速全垫升气垫船。1992年制造出可以承载100位游客的高速船。1995年制造了高速双体气垫船。1999年制造出长度为33 m的大型玻璃钢渔船和用竹纤维增强聚酯复合材料登陆舟，该舟采用RTM工艺成型，并在抗洪救灾中发挥了很好的作用。2005-2006年制造了克利伯环球帆船大赛比赛所用的全部帆船。2006年制造了首只全封闭自扶正高速救助艇。2008年制造了首只太阳能复合材料游艇。太阳鸟游艇公司为2010年上海世博会制造了36m双体豪华观光船，载员310人。此外,我国还生产了大量的复合材料工作艇和全封闭式耐火救生艇。

图2 海龙SD1688型高速自扶正巡逻救助艇

图3太阳鸟游艇公司为上海世博会制造的36m双体豪华观光船

1.2 国外发展现状

    复合材料船舶的技术研究开发的业绩已经远远超过了金属船舶百年的发展历程，迄今仍保持着强劲的发展势头。

最近，英国罗斯柴尔德的“Plastiki”的塑料瓶船，符合了材料可生物降解和可循环利用的发展方向，引起了不小轰动。其船身框架采用一种自我强化型可回收聚酯塑料，具有玻璃纤维的许多特性，但重量只有玻璃纤维的一半。把它们粘在一起的环氧胶则用腰果和糖制作而成。并且船上安装定制的太阳能板和风力涡轮，可为多部手提电脑、全球定位系统和卫星电话提供动力。显然，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。

    早在上世纪40年代，美国海军就运用复合材料来建造小型舰艇，从此掀开了船舶建造新的篇章，其在上世纪50年代中期就规定16m以下的船艇须用复合材料制造。随着材料科学的发展、施工方法和应用形式的改进，1994年美国利用复合材料建成长达68.3米的“复仇者”级扫雷艇。1996年建造的深潜探海艇，其外壳采用的就是石墨纤维增强的复合材料，艇的下潜深度可达6096m。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，在艇长24.4m，宽12.2m的情况下，吃水仅0.9m，排水为67t，使快艇能够轻易获得较高航速。美国洛杉矶级核潜艇也采用新型的复合材料制造声纳导流罩，其长7.6m，最大直径8.1m，且性能优良。美国海军还将军事装备舰船向传统的气垫船发展。常规气垫船采用类似飞机上的铝质硬式壳体为基础材料，而美国全地形海陆两栖气垫船公司（ATLAS气垫船）开发出一种名为AH-100-P的全复合材料的气垫船，设计可容纳150名乘员。

图4 “复仇者”级扫雷艇（图片来自互联网）

图5AH-100-P的全复合材料的气垫船（图片来自互联网）

    早在1962年，英国就有了相关的玻璃钢船的技术规范。1971年，英国建造了当时世界上第一艘玻璃钢猎雷艇“Wilton”号。作为最早的将玻璃钢技术用于国防科技方面的国家之一，其复合材料反鱼雷艇、巡逻艇、海岸警卫艇等技术在世界上都属一流。

图6英国MTB鱼雷艇（图片来自互联网）

    作为亚洲复合材料舰船制造大国，早在1953年日本就开始建造玻璃钢船，到了上世纪70年代日本的渔船开始广泛的使用玻璃钢，自此之后，日本每年都会制造上万艘玻璃钢渔船并且技术越来越完善。如今日本的玻璃钢产量先已跃居世界第2位，仅海洋机动渔船的玻璃钢用量就占76.3%。同时在碳纤维等高性能复合材料的研制以及生产中，日本在国际上也占据着重要的地位，其高性能船舶、比赛用艇及豪华游艇现以广泛的采用高性能碳纤维复合材料。