淺談海洋船舶中復(fù)合材料的應(yīng)用要點

畢婷婷

摘 要：我國海疆廣闊，做好船舶材料研究工作具有重要意義。作為當(dāng)代中學(xué)生，應(yīng)該明白船舶材料研究的重要性，海洋船舶長時間浸泡在海水中，容易出現(xiàn)腐蝕、斷裂等情況。作者在查閱相關(guān)資料的時候發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代復(fù)合材料在海洋船舶制造中有著無可替代的優(yōu)勢，保證船舶質(zhì)量與航行壽命。文章中作者主要分析復(fù)合材料的特點，并傳輸復(fù)合材料在海洋船舶應(yīng)用中的要點。

關(guān)鍵詞：海洋船舶；復(fù)合材料；應(yīng)用要點

引言

海洋經(jīng)濟(jì)作為國民經(jīng)濟(jì)的主要組成部分，有力帶動了社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。當(dāng)代中學(xué)生應(yīng)該意識到海洋研究的重要性，而海洋船舶材料研究同樣重要，只有材料質(zhì)量過關(guān)，才能保證海洋船舶達(dá)到預(yù)期設(shè)計目的。船舶設(shè)計中采用復(fù)合材料，可以達(dá)成提高航速、使用壽命及舒適性的設(shè)計目標(biāo)，因此成為現(xiàn)代造船業(yè)的主要材料。作為中學(xué)生的我們，應(yīng)該意識到復(fù)合材料在海洋船舶中的應(yīng)用優(yōu)勢，為以后學(xué)習(xí)打下堅實基礎(chǔ)。

1 海洋船舶復(fù)合材料研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)40年代美國海軍船舶建設(shè)中首次使用復(fù)合材料，這將造船業(yè)帶入新的階段，全球其他國家也開始研制各種應(yīng)用于船舶建設(shè)的復(fù)合材料?，F(xiàn)階段復(fù)合材料在快艇、游艇及小型商業(yè)漁船等有著廣泛應(yīng)用。受到成本因素的限制，早期復(fù)合材料主要應(yīng)用在軍事掃雷艇上，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，在大型船舶上開始增加復(fù)合材料的使用面積，包括甲板、倉壁、船殼及上層建筑等。自從復(fù)合材料船舶誕生以來，技術(shù)研究開發(fā)業(yè)績超過已有百年的金屬船舶，在這方面美英日等發(fā)達(dá)國家依舊保持著技術(shù)優(yōu)勢。

我國雖然取得了不小成就，但與發(fā)達(dá)國家相比存在著不足?，F(xiàn)階段我國在船舶復(fù)合材料制備生產(chǎn)商依舊沒有形成一條成熟的生產(chǎn)線，材料主要依靠國外進(jìn)口，而且成本高昂。除此之外，企業(yè)生產(chǎn)制造中也存在一些問題：沒有完善的復(fù)合材料船體設(shè)計規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)、長期海洋環(huán)境性能制造主句不足、大型船舶復(fù)合材料無損檢測與評價方法不完善等。這些都造成我國海洋工程領(lǐng)域中復(fù)合材料應(yīng)用不足，還需要進(jìn)行長時間的研究與積累。

2 海洋船舶復(fù)合材料應(yīng)用優(yōu)勢

作為新型功能結(jié)構(gòu)材料，復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、低重量、耐腐蝕、耐磨及耐疲勞等特點受到造船界的重視，特別是在高質(zhì)量船體結(jié)構(gòu)制造方面存在鮮明優(yōu)勢。因此發(fā)展速度較快，已經(jīng)顯示出取代金屬造船的趨勢，接下來筆者將復(fù)合材料應(yīng)用優(yōu)勢歸納總結(jié)如下。

伴隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，各行各業(yè)對船速與質(zhì)量提出更高要求，特別在軍事方面，為提高船舶攻擊強(qiáng)度，需要降低船艇自重，這樣當(dāng)動力相同時可以獲得更高的有效載荷，降低燃料損耗及成本，促進(jìn)航速與機(jī)動靈活性的提高。今年來減輕船體重量的主要技術(shù)就是先進(jìn)復(fù)合材料與輕量化結(jié)構(gòu)技術(shù)。相關(guān)實踐表明，同型號同規(guī)模的鋼制艦船重量為復(fù)合材料艦船的一倍，這就充分表明復(fù)合材料適合于應(yīng)用有著高速度與自重的賽艇、高性能船舶等。復(fù)合材料的應(yīng)用優(yōu)勢還體現(xiàn)在復(fù)合材料不存在磁性干擾，是掃雷艇與獵雷艇的最合適結(jié)構(gòu)功能材料。

軍用艦艇對材料介電性與微波穿透性有著較高要求，而復(fù)合材料正好符合此點，除此之外復(fù)合材料耐腐蝕、抗海洋生物附著，更加適合在海洋環(huán)境中應(yīng)用。復(fù)合材料可以吸收高能量、良好的沖擊韌性，因此不會輕易因為碰撞與擠壓等出現(xiàn)損壞；材料導(dǎo)熱系數(shù)低且隔熱性能好，適合建設(shè)耐火救生船、冷藏船及漁船等。最后復(fù)合材料還可以讓船體光滑自帶各類色彩，對有著嚴(yán)格外觀要求的游艇來說最適合不過。復(fù)合材料可以根據(jù)不同部位的要求，選擇合適的材料優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)。船舶采用復(fù)合材料可以確保船體無接縫與縫隙，提高船體性能避免出現(xiàn)滲漏情況。復(fù)合材料容易成型，相比于金屬與木質(zhì)船更加省工，可以進(jìn)行大批量生產(chǎn)，同時復(fù)合材料船舶本身有著較大的成本降低優(yōu)勢。復(fù)合材料船舶維修保養(yǎng)相對簡單，維修費(fèi)用較少，具有鮮明的全壽命期經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

3 海洋船舶復(fù)合材料發(fā)展趨勢

船舶建造中應(yīng)用復(fù)合材料具有鮮明優(yōu)勢，但其本身也存在一定的不足，影響船舶使用壽命?，F(xiàn)階段相對較小的船艇或大型艦艇非結(jié)構(gòu)與非關(guān)鍵性部件已經(jīng)成熟采用大部分符合材料技術(shù)。而在大型艦艇應(yīng)用的主要問題則是船體梁的剛度過小，因此在大型艦艇上應(yīng)用受到一定程度的限制。現(xiàn)階段船用復(fù)合材料技術(shù)正向著低成本、整體化及自動化方向發(fā)展，先進(jìn)復(fù)合材料低成本、整體化的研究方向滿足艦船輕量化的需求，也是現(xiàn)代化復(fù)合材料研究的關(guān)鍵技術(shù)，相信未來復(fù)合材料技術(shù)將應(yīng)用在更加專業(yè)的領(lǐng)域。制造艦船過程中，先進(jìn)的復(fù)合材料滿足艦船輕量化需求，促進(jìn)海軍軍事力量的提升，具有重要現(xiàn)實意義。

先進(jìn)艦船性能受到復(fù)雜海洋環(huán)境的影響，最顯著的問題就是船舶底部海洋生物的附著。人們將生長在船底與海中設(shè)施表面的動植物及微生物統(tǒng)稱為海洋附著生物，這些生物給艦船及其他海洋設(shè)施帶來多方面的危害。

比如船舶船底大量附著生物會造成艦船航行阻力增加，減低航速，增加能耗，加快機(jī)械磨損，影響艦船的使用壽命與經(jīng)濟(jì)性能。我國南海海域海水溫度偏高，其中海洋生物繁殖速度快，通常艦船只要在碼頭停留時間超過一周，螺旋槳表面就會被海生物覆蓋，情況嚴(yán)重時艦船無法正常啟動，必須排潛水員刮除才可啟動，這種情況會延誤戰(zhàn)機(jī)。如何解決海洋生物污損問題是各海洋國家需要長期研究與解決的現(xiàn)實問題。

我國復(fù)合材料研究方向主要是向著高效、環(huán)保性的防污方法發(fā)展，相關(guān)實踐表明，海洋生物很少污損銅和銅合金材料，比如銅錫合金及銅鎳合金等材料在海水中產(chǎn)生均勻緩慢的電化學(xué)腐蝕，會在銅合金表面形成一層含有毒液的“薄層”，里面的有毒物質(zhì)可以排斥或殺死企圖附著在表面的海洋生物。但其防污效果依舊不是很理想，開發(fā)防污銅也是重要的研究方向。

4 結(jié)束語

總而言之，復(fù)合材料在海洋船舶中有著極好的應(yīng)用前景，相信在不久的將來會全面替代傳統(tǒng)金屬材料。而對材料學(xué)感興趣的中學(xué)生們，應(yīng)該利用課余時間有意識的加強(qiáng)自己材料學(xué)知識的積累，不斷培養(yǎng)知識廣度與深度，為以后的專業(yè)學(xué)習(xí)打下堅實的理論基礎(chǔ)。

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