玻璃钢舰船轻量化

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1、复合材料轻量化技术在舰船制造领域的应用摘要舰船轻量化符合先进复合材料低成本、整体化的发展方向，成为的现代复合材料研究的关键技术之一。复合材料轻量化技术有利于舰船提高航速和灵活性，降低运营成本。本文从增强材料、基体树脂、夹层材料、船体结构、结构部件以及复合材料成型工艺6个方面阐述了复合材料轻量化技术在国内外舰船制造领域的应用情况。在舰船的制造中采用先进的复合材料轻量化制造技术，对满足舰船轻量化需求，提高军事水平，展现综合国力，有着重要的社会和经济意义。关键词复合材料；轻量化；舰船；应用1引言复合材料作为新型功能、

2、结构材料，其具有重量轻、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、尺寸稳定性好、以及X射线透过性好等特点。在如今不断扩大的舰船应用领域，具有良好的应用前景。在舰船中，无论是用于军事，还是救援、执法方面的船只，都对船速提出更高要求，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，以在相同动力获得更高的有效载荷，并可以节约燃料，降低成本，在提高航速的同时，也提高了船只的机动灵活性。曾以结构质量闻名的英国皇家海军就曾提出2.5

3、吨的舰船至少减轻200公斤重量的要求。为减轻船体重量，结构上他们一般用重载型GRP制造，有时也使用芳纶或碳纤维的层压板。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。2现代舰船常用的复合材料轻量化技术概览从各国复合材料舰船轻量化的应用中，愈来愈能感受到轻量化在舰船制造中的重要作用，先进国家为显现综合国力，也在不断深入的进行此项研究。复合材料舰船同钢制舰船重量上，减轻近50%，这意味着舰船可装载更多的装

4、备，航速、续航力也可提高，因此复合材料的应用成为首选材料。复合材料是两种或两种以上不同性能、不同形态的组分材料，通过复合手段组合而成的一种多项材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。纤维增强树脂基复合材料，技术成熟，被广泛应用于舰船中，主要是通过以下几方面实现轻量化要求。2.1增强材料 早期舰船使用的增强材料为玻璃纤维，已经使舰船达到了一定的轻量化，可对于轻质高强的要求，多采用碳纤维和芳纶纤维。美国是最早的复合材料舰船制造者。在1946年制造了长8.53m的世界第一艘聚酯玻璃钢交

5、通艇。90年代初制造的巡逻艇，长14.3m，船速60km，用凯芙拉增强聚酯树脂单壳结构。1996年制造的探海艇，是石墨纤维增强环氧树脂单壳结构，船体轻量化后，可下潜6096m的深度。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

6、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。英国在上世纪90年代，就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型气垫渡船。制造的“亚宾吉-21”号碳—玻璃纤维混杂摩托艇，减重30%，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5吨。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

7、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。最近，英国VTHalmatic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平底船DUC证明了之一点。采用玻纤/聚丙烯材料制造，具有优良的抗冲击性能、防水、耐磨、低保养、维修简单等性能，因其材料

8、不必上漆，舰船不包括船尾马达重量为135公斤，实现轻量化。此船已被英国军队采用，作为Mk6军事突击艇（ArmyAssaultBoat），试验登陆沙滩时非常坚韧。碳纤维有高强度和高模量两类，具有高刚度、高屈服强度、高弯曲强度的特性，一般用于高性能、高速度船舶的制造。日本碳纤维销售世界各地，主要用于高速快艇、高性能赛艇、豪华游艇等船艇制造。芳纶纤维高比强、高韧性、抗冲击、可防弹的特性，用于