加大复合材料的应用是船舰轻量化的“先锋”

2016-07-19 13:00:10 作者：本网整理来源：凤凰财经分享至：

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“与钢质材料建造的比强度低的重型船舶相比，玻璃钢复合材料等高性能材料建造的比强度高的轻型船舶，在节能环保方面明显更具优势。”在2013年（第二届）国际交通运输装备轻量化峰会上，中国船舶工业协会船艇分会秘书长黄振纲等业内专家呼吁，我国复合材料界和船艇界应该携起手来，加大复合材料在船艇应用领域的基础技术研究投入力度，建立产、学、研紧密结合的机制，促进复合材料船艇基础研究和应用技术开发之间的有机衔接；同时，加强复合材料船艇的材料、结构及设计的研究和人员队伍的培养，从而全面提高我国玻璃钢及其复合材料船艇研发制造能力。

据了解，近年来，在美国、英国、法国、意大利、日本等造船强国，玻璃钢复合材料在船舶上的应用取得了长足进展，被广泛用于船舶结构制造。目前从数量上看，应用最多的是游艇、渔船、救生艇、高速艇、工作艇以及反水雷舰艇等。国外还将复合材料用于船舶上很多部件的制造，包括上层建筑、桅杆、螺旋桨推进系统、烟囱、舰舱壁等。仅以渔船为例，美国的近海渔船全部为玻璃钢制造。日本、俄国、英国等国的玻璃钢渔船占到其渔船总数约90%。提高船舶的节能环保性能，减轻船舶本身的重量、实现船舶轻量化已经成为国际海事界的共识。黄振纲表示，玻璃钢复合材料的比重只有钢材的1/5~1/6，机械强度为200兆~400兆帕，质轻、强度高，能显著降低船舶自身重量，而且无磁性，具有介电性和微波穿性好，耐腐蚀、抗海生物附着、能吸收高能量、冲击韧性好，导热系数低、隔热性好等优点。当前，随着国际社会对节能减排的提倡，以及国际海事组织（IMO）不断出台环保海事新规，全球船舶行业都在努力实现船舶的低燃油消耗、低排放、低污染，其中玻璃钢及其高性能复合材料以其优异性能得到了广泛应用。

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上海船舶工艺研究所研究员徐学光等专家在发言中指出，在我国，从1979年起，玻璃钢复合材料被用来制造压舱水管、排水管系、输油管系等船舶管路，得到船东、船检和有关当局的普遍接受，使玻璃钢船管得到越来越广泛的应用，装船量快速增长；以后，玻璃钢复合材料大量被用于制造救生艇、渔船、巡逻艇、帆船等小型船舶，还被用于雷达天线罩、上层建筑等船舶舾装部分领域。目前，全国大大小小玻璃钢船企达到300多家，年均玻璃钢使用量为40多万吨，替代钢材约250万吨。

然而，与国外相比，我国在复合材料的船舶研究和应用方面还存在相当大的差距，在船舶复合材料研究方面基础比较薄弱，相关的经验和数据十分匮乏，能够进行复合材料船艇“选材、选型、设计、制造”一体化的专业人才严重缺乏，在复合材料船艇的建造工艺和复杂构件的一次成型技术等方面也相对落后，长期以来成为困惑玻璃钢船体设计的软肋。与日本、韩国建造的同吨位船舶相比，我国建造的船舶空船重量较大。专家分析，造成这一现象的一个主要原因，就是日、韩在船舶上较多地应用了复合材料。对大型运输船来讲，空船重量主要由船体结构重量、舾装产品重量、轮机电气设备重量构成，其中，船体结构和舾装产品占比例最大，也是船舶轻量化可以取得重要突破的专业领域，也是复合材料可以大量使用的领域。但现状是国内用于大船配套的玻璃钢舾装件制造企业廖廖无几。

玻璃钢游艇

哈尔滨工业大学复材与结构研究所所长边文凤指出，从复合材料设计理论和经验来看，船体结构轻量化的实现途径主要有3种，包括设计科学的构造形式，采用更轻、强度更高的材料，以及使用先进的制造技术。而玻璃钢复合材料无论是在材料本身还是在其设计和建造应用方面都具有突出的优势，是船体结构材料的最佳选择。与传统的钢质材料相比，玻璃钢复合材料不仅可设计各种形状和尺寸，还可整体设计呈分体组装，可设计性好；建造的船体无接缝和缝隙，使得产品外形规整、光顺美观，整体性好；在模具中采用树脂真空吸附整体成型，成型简便，可实现批量生产；无锈蚀，即使破损也可简单修补，维修保养方便，全寿命期的经济性能好。

业内专家通过峰会发出呼吁，推进船艇轻量化，我国船舶工业在玻璃钢及其复合材料研究和应用方面的观念、技术需要进一步更新。船企应树立创新观念，研发复合材料舾装产品；突破船舶大型结构件应用复合材料制造的难题；加强船舶配套企业和造船厂的互动合作，提高复合材料管材装船率；组织培养具备复合材料工艺及安装技术的复合型造船工人队伍；加强船舶减重宣传，与船东紧密合作，最大限度提高复合材料产品的装船率。

玻璃钢复合材料

玻璃钢（FRP）亦称作GFRP，即纤维强化塑料，一般指用玻璃纤维增强不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂基体。以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料，称谓为玻璃纤维增强塑料，或称谓玻璃钢，注意与钢化玻璃区别开来。由于所使用的树脂品种不同，因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢之称。质轻而硬，不导电，性能稳定。机械强度高，回收利用少，耐腐蚀。可以代替钢材制造机器零件和汽车、船舶外壳等。

玻璃钢学名玻璃纤维增强塑料，俗称FRP（Fiber Reinforced Plastics），即纤维增强复合塑料。根据采用的纤维不同分为玻璃纤维增强复合塑料（GFRP），碳纤维增强复合塑料（CFRP），硼纤维增强复合塑料等。它是以玻璃纤维及其制品（玻璃布、带、毡、纱等）作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种复合材料。纤维增强复合材料是由增强纤维和基体组成。纤维（或晶须）的直径很小，一般在10μm以下，缺陷较少又较小，断裂应变约为千分之三十以内，是脆性材料，易损伤、断裂和受到腐蚀。基体相对于纤维来说，强度、模量都要低很多，但可以经受住大的应变，往往具有粘弹性和弹塑性，是韧性材料。

性能

优点

据统计，玻璃钢的特点主要有以下几个方面：

轻质高强

相对密度在1.5~2.0之间，只有碳钢的1/4~1/5，可是拉伸强度却接近，甚至超过碳素钢，而比强度可以与高级合金钢相比。因此，在航空、火箭、宇宙飞行器、高压容器以及在其他需要减轻自重的制品应用中，都具有卓越成效。某些环氧FRP的拉伸、弯曲和压缩强度均能达到400Mpa以上。