復(fù)合材料在船舶制造中的應(yīng)用研究

鄧?yán)^鵬

摘 要 我國(guó)擁有巨大的海洋面積，海洋資源為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展貢獻(xiàn)了巨大的力量。海洋資源的利用依賴于船舶事業(yè)，而船舶事業(yè)的發(fā)展與船舶材料研究工作關(guān)系密切。本文圍繞復(fù)合材料在船舶制造中的應(yīng)用展開(kāi)討論，分析了海洋船舶制造中的復(fù)合材料應(yīng)用研究現(xiàn)狀、復(fù)合材料在船舶制造中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)和局限，并對(duì)復(fù)合材料在船舶制造中的應(yīng)用進(jìn)行了展望，希望能夠?yàn)榇龠M(jìn)我國(guó)船舶制造事業(yè)發(fā)展、促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)全面發(fā)展貢獻(xiàn)綿薄之力。

關(guān)鍵詞 復(fù)合材料；船舶制造；應(yīng)用

中圖分類號(hào) U6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）06-0020-02

海洋經(jīng)濟(jì)是組成我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要部分，能夠有效地帶動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，重要性不言而喻。海洋事業(yè)的發(fā)展對(duì)船舶事業(yè)有著強(qiáng)的依賴性，船舶制造材料的重要性由此可以窺見(jiàn)一斑。為了保證船舶制造的質(zhì)量，深入地研究船舶制造中的復(fù)合材料應(yīng)用，提高船舶的航速、延長(zhǎng)船舶的使用壽命、增加船舶的使用舒適性已成“當(dāng)務(wù)之急”。

1 海洋船舶制造中的復(fù)合材料應(yīng)用研究現(xiàn)狀

復(fù)合材料在海洋船舶中的應(yīng)用可以追朔至20世紀(jì)40年代，美國(guó)海軍是最早在船舶制造過(guò)程中使用復(fù)合材料的機(jī)構(gòu)，復(fù)合材料作為海洋船舶制造材料由此拉開(kāi)帷幕，其他國(guó)家紛紛效仿，復(fù)合材料在海洋船舶制造中的應(yīng)用研究也不斷深入。早期海洋船舶復(fù)合材料的應(yīng)用主要集中于軍事領(lǐng)域，而隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，復(fù)合材料的應(yīng)用不斷廣泛?，F(xiàn)階段，眾多類型的海洋船舶（游艇、快艇、小型漁船等）都已經(jīng)使用了復(fù)合材料，大型船舶甚至將甲板、船殼、艙壁、上層建筑等都跟更替成了復(fù)合材料。在海洋船舶制造領(lǐng)域的復(fù)合材料研究不斷發(fā)展，雖然發(fā)展時(shí)間并不很長(zhǎng)，但取得的成效卻早已遠(yuǎn)超研究近百年的金屬船舶制造。

毋庸置疑，我國(guó)海洋船舶制造中的復(fù)合材料應(yīng)用獲得了讓世界矚目的成績(jī)。然而受制于客觀條件，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，所謂的成績(jī)微乎其微。其次，由于現(xiàn)階段我國(guó)尚未形成海洋船舶制造復(fù)合材料生產(chǎn)的成熟生產(chǎn)線，很多材料的來(lái)源依靠于國(guó)外進(jìn)口、成本昂貴。此外，我國(guó)在復(fù)合材料生產(chǎn)工藝以及復(fù)合材料應(yīng)用的海洋船舶制造設(shè)計(jì)方面也存在一定問(wèn)題，由于海洋船舶復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)工作缺乏完善性，復(fù)合材料應(yīng)用存在較大的局限，有待相關(guān)者不斷加大研究力度。

2 復(fù)合材料在船舶制造中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)和局限

2.1 復(fù)合材料在船舶制造中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)的船舶制造材料相比，復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)非常顯著，尤其是在制造高質(zhì)量船體方面，復(fù)合材料以其特有的優(yōu)勢(shì)（強(qiáng)度高、質(zhì)量小、耐腐蝕、耐磨損等）受到了船舶制造領(lǐng)域人士的青睞。復(fù)合材料在船舶制造中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已經(jīng)逐步彰顯出取代傳統(tǒng)船舶制造材料的趨勢(shì)。例如，在新的時(shí)代背景之下，船速和船質(zhì)量被提以更高要求，尤其在軍事領(lǐng)域，為了提高船舶的攻擊能力，船的自重被要求盡可能地低，這樣才方便荷載更多的質(zhì)量，損耗更少的燃料。復(fù)合材料的使用恰好能滿足上述要求。據(jù)數(shù)據(jù)資料顯示，同規(guī)模的復(fù)合材料船艦質(zhì)量?jī)H為鋼質(zhì)船艦的一半。當(dāng)然，除了強(qiáng)度高、質(zhì)量小、耐腐蝕、耐磨損等優(yōu)勢(shì)外，復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)還在于無(wú)磁性干擾，在掃雷艇以及獵雷艇應(yīng)用中彰顯了極強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。此外，復(fù)合材料有著良好的沖擊韌性、隔熱性能好，可以保證船體無(wú)縫連接，進(jìn)而在光滑的船體上覆蓋其他色彩。與傳統(tǒng)的船舶材料相比，復(fù)合材料更易于成型加工，船舶制造工序更加簡(jiǎn)便省力，有益于控制制造成本。值得一提的是，基于復(fù)合材料的船舶的保養(yǎng)、維修也相對(duì)簡(jiǎn)單，船舶使用壽命更長(zhǎng)，基于使用時(shí)間的經(jīng)濟(jì)效益因此更為顯著。

2.2 復(fù)合材料在船舶制造中的應(yīng)用局限

船舶中的復(fù)合材料優(yōu)勢(shì)是非常顯著的，然而，在使用的時(shí)候我們也不可以忽視它的局限和缺點(diǎn)。對(duì)于船舶制造應(yīng)用的復(fù)合材料而言，最大的缺點(diǎn)在于變化性。不同的造船廠生產(chǎn)出的具備同樣結(jié)構(gòu)的構(gòu)建往往存在較大差異。例如，為了保證船舶正常行駛，保證船舶的穩(wěn)定性和船舶的行駛速度，需要盡可能地控制復(fù)合材料層的質(zhì)量。然而對(duì)于復(fù)合材料層生產(chǎn)而言，設(shè)計(jì)或是生產(chǎn)過(guò)程的微小變化都可能會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料層質(zhì)量、性能發(fā)生改變。為了控制因質(zhì)量差異而影響船舶的質(zhì)量，需要大力開(kāi)展協(xié)同工作，讓設(shè)計(jì)師與制造者更為緊密地聯(lián)系起來(lái)。然而現(xiàn)階段，我國(guó)的復(fù)合材料生產(chǎn)并未形成產(chǎn)業(yè)化鏈接，而這無(wú)疑給上述工作的落實(shí)增加了難度。其次，由于現(xiàn)階段復(fù)合材料主要應(yīng)用于小型的艦艇或是大型艦艇的非結(jié)構(gòu)、非關(guān)鍵性部件方面，應(yīng)用于船體梁結(jié)構(gòu)方面的構(gòu)想還未能實(shí)現(xiàn)。雖然近年來(lái)復(fù)合材料研究力度不斷加大、制造工藝不斷自動(dòng)化、規(guī)?；?、數(shù)字化、低成本化，但是想要讓復(fù)合材料成為低廉、優(yōu)質(zhì)的船舶制造材料還需要經(jīng)歷一個(gè)較為長(zhǎng)久的時(shí)間。當(dāng)然，除了上述兩點(diǎn)局限以外，海洋這個(gè)相對(duì)而言較為特殊的環(huán)境，也給復(fù)合材料在船舶制造中的應(yīng)用帶來(lái)了局限。眾所周知，海洋內(nèi)生存著數(shù)量眾多的生物，尤其是海洋附著生物可能會(huì)給艦船或是海洋設(shè)施帶來(lái)巨大危害，如大量海洋附著生物會(huì)增加船艦的質(zhì)量，增大船艦航行的阻力，降低船艦行駛的速度、加快船艦機(jī)械的磨損，進(jìn)而影響船艦的使用時(shí)間。也因此，即便復(fù)合材料在船舶制造中克服了自身的種種局限，然而想要避免海洋生物對(duì)艦船的影響，也還有待深入研究。

3 復(fù)合材料在船舶制造中的應(yīng)用展望

船舶制造材料以復(fù)合材料取代傳統(tǒng)材料發(fā)展是船舶制造行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。基于此，船舶制造廠要努力發(fā)揮出聯(lián)系設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的紐帶作用。只有確保我國(guó)船舶制造材料統(tǒng)一、規(guī)范，船舶制造過(guò)程中應(yīng)用的復(fù)合材料質(zhì)量才能夠得以保障。其次，海洋環(huán)境對(duì)船舶性能的影響問(wèn)題應(yīng)得到高度重視，復(fù)合材料研究者應(yīng)深入研究復(fù)合材料，改變復(fù)合材料的性能，盡可能地降低海洋生物附著影響船艦的正常運(yùn)行。復(fù)合材料生產(chǎn)問(wèn)題可以依靠生產(chǎn)工藝以及生產(chǎn)管理水平提高妥善解決，然而海洋生物附著問(wèn)題至今仍讓我國(guó)科研人員頗為頭疼。據(jù)研究結(jié)果顯示，海洋生物對(duì)銅或者銅合金材料常?！熬炊h(yuǎn)之”，也因此，海洋中的銅或者銅合金材料很少會(huì)被損壞。那么是否可以利用銅或者銅合金材料在船艦表層與海水接觸面上增加一層含銅的“材料層”，讓“材料層”與海水反應(yīng)，并在船艦表層形成一層“保護(hù)膜”，排斥或是殺死企圖附著于船艦的海洋生物，答案是肯定的。然而在大量的實(shí)踐之后，上述方式卻被證實(shí)效果不佳，加之保護(hù)膜形成會(huì)產(chǎn)生銅離子，進(jìn)而對(duì)海水形成污染?；诖耍_(kāi)發(fā)防污銅將會(huì)是我國(guó)隨后階段船舶制造中應(yīng)用復(fù)合材料研究中的一個(gè)重點(diǎn)，相關(guān)人士需予以重視。

4 結(jié)論

綜上所述，隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，新的材料不斷涌現(xiàn)，而這無(wú)疑為我國(guó)海洋船舶事業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。復(fù)合材料的出現(xiàn)為海洋船舶制造提供了全面替代金屬材料的思路。相關(guān)人士應(yīng)深入地研究船舶制造中的復(fù)合材料應(yīng)用問(wèn)題，及時(shí)研究出能夠減少船舶質(zhì)量、強(qiáng)化船舶抗腐蝕能力的新材料。雖然現(xiàn)階段我國(guó)的船舶制造復(fù)合材料研究還遠(yuǎn)不及發(fā)達(dá)國(guó)家，但是相信通過(guò)相關(guān)者們的不懈努力，我國(guó)船舶制造領(lǐng)域所研究的、性能良好的復(fù)合材料一定能夠躋身世界舞臺(tái)。

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