船舶复合材料的演变发展历程及应用

    1、上世纪40年代中，美国海军首次将复合材料用于船舶建造，从此掀起了船舶建造新的篇章，全世界各国相继开始研制各种各样的复合材料船舶。复合材料在快艇、游艇、赛艇以及诸如拖网渔船等小型商业渔船上的使用逐渐得到了普遍认可。

 

　　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X射线透过性好等特点，备受造船界的重视，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，无论是用于军事，还是救援、执法方面的船只，都对船速提出了新的要求，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，也提高了船只的机动灵活性。近年来，先进复合材料和轻量化结构技术已发展成为减轻船体重量的关键技术。

 

    2、各国复合材料船舶应用

　　美国是最早的复合材料舰船制造者，目前其复合材料造船量稳居世界首位。1996年美国制造的探海艇，是石墨纤维增强环氧树脂单壳结构，可下潜6096m的深度。美国建造大型复合材料舰船方面的能力在80年代后期开始批量化生产沿海猎雷舰的MHC 工程中得到了显示。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，使快艇能够轻易获得较高航速。

 

　　日本在60年代初成为美国游艇承包建造基地，为后来建造复合材料渔船和大型艇奠定了基础。到了1993年，日本复合材料渔船的数量就已经超过32万艘，复合材料游艇则超过了20万艘。

 

　　英国不仅是大型复合材料反水雷舰艇的先驱国家，它在复合材料高速艇的研制技术方面也属世界一流水平，建造过不少军用高速艇。在上世纪90年代，英国开始利用一流的复合材料轻量化技术，研制高速轻型气垫船和HM-2型气挚渡船。制造的“施培正”号凯芙拉巡逻艇，艇壳比玻璃钢减重20%，比铝合金减重近5t。目前英国20m以下的船舶有80%都是复合材料制造的。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。近年英国罗斯柴尔德的Plastiki 塑料瓶船，符合材料可生物降解和可循环利用的发展方向，就引起了不小的轰动。英国VT Halmatic 舰船制造商利用真空袋固化工艺制造了简单的热塑性塑料底船DUC也证明了这一点。采用玻纤/聚丙烯材料制造，完美实现了轻量化。此船已被英国军队采用，作为Mk6军事突击艇，试验登陆沙滩时非常坚韧。

 

　　意大利的复合材料游艇工业不仅发展较早，而且技术非常先进，是欧洲制造35m以上大型豪华游艇的中心之一。意海军对复合材料反水雷舰艇的开发研究非常重视，1967年就开始研究新颖的硬壳式猎雷舰，并成功研制出多型Lerici猎雷舰。瑞典也非常重视复合材料在舰船中的应用。应该指出的是，瑞典的夹层结构复合材料技术堪称世界一流，用于建造了不少高速军用艇和巡逻艇，如TV171 和CG27型海岸巡逻艇。值得一提的是，瑞典在1991年研制成世界第一艘复合材料隐形试验艇“Smyge”号，该艇集先进复合材料技术、夹层结构技术、隐身技术及双体气垫技术于一体，实属舰船中的高科技产品。

 

　　中国自1958 年开始试制，拉开了复合材料造船的序幕，迄今也已经制造了数以万计的各种复合材料船艇。有总长近39m的扫雷艇; 渔船则是以80年代中后期批量建造的长度接近20m 的远洋捕捞渔船为代表; 92年以来，广东地区还掀起了研制复合材料高速客船的热潮，先后研制出各种单体高速船、高速双体气垫船、机动帆艇等。2008年，深圳海斯比设计建造的SD1388全复合材料高速艇成功下水，这艘具备完整自主知识产权的船艇最高时速达70节，将碳纤、芳纶等航天理念成功诠释到了船艇上，打破了欧美极少数几家公司的技术垄断，被媒体观众形象地誉为“海上奔驰”。海斯比开发的HP1500超高速巡逻艇，已经成为我国边防、海关等海上执法单位的定型装备，为打击走私、保护国家海域边防安全，安保国家盛事做出了卓越贡献，堪称国内高速高性能复合材料船艇批量建造的典范。

 

　　用于船体的复合材料主要有碳纤维，芳纶纤维和玻璃纤维。复合材料船体的典型结构形式主要有五种: 单板加肋结构、夹层结构、硬壳式结构、波形结构及其混杂结构。