刘铭虎　丁浩　李健

摘 要：船舶运行在复杂的水文环境中，船舶的船体表面很容易受到水文环境的腐蚀，因此，船体表面材料应当具备良好的防腐蚀性能。复合材料是人们利用先进的科技，将不同性质的材料优化组合而得到的新材料，具有单一材料所不具备的优越综合性能。复合材料层运用到船体表面防护中，可以起到防腐蚀、耐高温、耐疲劳等多种综合作用。本文分析了目前我国船体表面防护中复合材料层的应用情况，以期提升船舶的整体质量。

关键词：复合材料层；船体表面防护；应用

船舶运行的环境十分复杂，船体会直接与水进行接触，这些部位容易受到水文环境的腐蚀。不同地域的水体含盐浓度、溶解、浮游生物的数量及种类等水文环境千差万别，對船体表面产生腐蚀作用迥然相异。船舶停留在浅水区时，船舶的表面要承受水波的侵蚀，容易产生腐蚀。而与此同时，船舶的上层建筑受到来自阳光、氧气等自然因素的腐蚀，容易损毁。管路在船舶的各个部位都有分布，因管材不同，腐蚀介质不同，使得管路的腐蚀复杂多样，电偶腐蚀、冲刷腐蚀、缝隙腐蚀等都有体现[1]。腐蚀船体的因素很多，船体腐蚀的过程，都处于水文环境之中，这就形成了一个天然的电解池，很容易导致大片腐蚀的出现。因此，利用新能优越的复合材料，减轻船体表面的腐蚀，对于船体防护来说，发挥着重要作用。

1复合材料的性能

复合材料不仅保持各组分材料性能的优点，而且通过各组分性能的互补和关联可以获得单一组成材料所不能达到的综合性能[2]。换句换说，复合材料将2种以上材料进行优化组合，能够发挥多种材料的优越性能。例如，芳纶纤维，芳纶纤维具有耐高温、耐酸碱、强度高、绝缘等多种性能，因此被广泛应用到舰船（如航空母舰、核潜艇、救生艇等）复合材料零部件中。还比如，超高分子量聚乙烯纤维，它的轻度在各种纤维中非常靠前，具有优越的抗腐蚀性能、抗老化性能和高频声纳透过性，很多国家都用它来制造船舶的高频声纳导流罩。复合材料发展时间比较晚，上个世纪40年代，因为航空工业需要，发展了世界上第一个复合材料——玻璃纤维增强塑料。早期复合材料制造工艺偏低、性能较差，主要运用于小型船只上，随着科技进步，复合材料在制造工艺、性能、种类等多个方面实现了突破，其作用逐渐受到人们关注，被各国广泛应用到舰船上。

2复合材料在船体防护中的应用

2.1民用复合材料船舶

民用复合材料船舶发展较早，最早的就是上个世纪50年代的玻璃钢渔船。玻璃钢渔船的出现，是民用船舶行业的大变革，它改变了人们利用木材制造渔船的历史。渔船利用玻璃钢，还节省了大量的优质木材资源，有利于生态环境保护，同时，玻璃钢渔船更为坚固，耐用性强，可以到更远的地方进行捕鱼作业，比木制渔船容易获得更多的经济效益，自诞生以来，就受到世界各国的共同关注。例如，1990年，威海西港渔业公司，制造了两对主尺度、主机功率相同的玻璃钢渔船和木质渔船，笔者对它们进行了比较系统的对比：船长，木质渔船16.83米，玻璃钢渔船16.88米；总吨数，木质渔船26吨，玻璃钢渔船27吨；初始造价，木质渔船11万元，玻璃钢渔船13.76万元；渔获量，木质渔船149吨，玻璃钢渔船130吨；产值，木质渔船26.9万元，玻璃钢渔船27.3万元；吨鱼耗油量，木质渔船0.25吨，玻璃钢渔船0.24吨；吨鱼耗冰量，木质渔船0.66吨，玻璃钢渔船0.52吨；维修费用，木质渔船1.5万元，玻璃钢渔船0.7万元；利润，木质渔船8.9万元，玻璃钢渔船9.4万元。从整体上来说，玻璃钢渔船速度快、拖力大、保温性能好，同时，玻璃钢渔船的船体表面比木船更耐腐蚀性，后期所需要的维修费用少，可以获得更高的经济效益，迅速受到人们欢迎。除此之外，玻璃钢复合材料还被广泛应用到帆船、小艇、舷外挂机艇、游艇、救生艇等多种民用船舶中。

2.2军用复合材料舰艇

复合材料在船舶领域的应用，主要体现在军事领域。复合材料具有优越的防腐蚀性和隐蔽性，被世界各国广泛利用到军事舰艇上，而其中最具代表性的就是瑞典。瑞典生产的军事武器，因其卓越的性能，在世界上向来是独树一帜，其舰性能堪称世界先驱。例如，瑞典制造的维斯比级轻型护卫舰。该护卫舰舰长72米、舰宽10.4米、满载排水量620吨，其最大的特点就在整体舰船上使用了碳纤维增强塑料夹层板，这种复合材料结构坚实，强度可与钢铁相媲美，具有良好的抗水波冲击性；碳纤维增强塑料夹层板表面光滑平整，具有良好的隐蔽性；它的密度小，重量轻，减轻了船舶重量，加快了航行速度；它具有良好的耐腐蚀性，从而大幅度减少后期维修费用；它还可以绝热，从而很好的屏蔽舰船内，各种机械设备所产生的热量红外辐射。由于其材料的特点，它具有良好的隐蔽性、防腐蚀性、抗水波冲击性、隔热性，能够满足在恶劣海洋气候中，进行护卫任务的需求，是一款受到世界各国欢迎的护卫舰。

现代军用舰艇，朝着全复合材料的方向发展，很多西方发达国家的军用舰船，包括船体的上层建筑，都利用了复合材料。例如，美国所制造的“布什”号航空母舰，利用了复合材料桅杆，复合材料桅杆具备和钢制桅杆同样的防护性能，但是复合材料桅杆却比钢制桅杆减重达5吨。这一设计不仅降低了船身的重心，也提高了其稳定性，有利于船体整体的防护[3]。

2.3高性能复合材料船

进入上个世纪80年代，高性能船逐渐开始利用复合材料。高性能船主要是指高速单体船、高速双体船、水翼艇等船舶。而高性能船舶中，最主要利用的复合材料就是K-49芳纶。利用K-49芳纶，制作成混杂玻璃钢，或者是纤维增强树脂，具有较好的耐水性，可以抵御水文环境的侵蚀；同时还具有较强的抗紫外线能力，能够很好的抵御阳光腐蚀。将K-49芳纶和玻璃纤维毡适当混铺，制成的复合材料，其冲击韧性可提高数倍，将芳纶纤维混杂铺层利用到船体上，可以提高船体的耐冲性能。而一些高性能船舶，例如高速船，为了提升速度，其船体的层板比普通慢船就薄的多，它对刚性和强度的需求就比较迫切，因此，可以在其关键部位使用芳纶，从而实现了增强强度的目的。

3结束语

综上所述，复合材料具有优越的防护性能，被广泛应用到民用船舶、军用舰船和高性能船舶中，因此，未来船舶行业，应当整合复合材料性能，把握新科技，有利于更好的提升船舶质量与性能。

参考文献

[1]杨保平，崔锦峰，张应鹏等.环氧改性氟碳纳米复合船舶涂料的研制[J].兰州理工大学学报，2006，31（5）：67-70.

[2]陈光.新材料概论[M].国防工业出版社，2013.

[3]李涛，高兴，商伟辉，等.船舶用复合材料的性能研究[J].玻璃钢/复合材料，2011，（2）：32-35.

（作者单位：江苏扬子江船业集团公司）