肖伟星

（大连航运职业技术学院，辽宁大连 116041）

0 引言

对于复合材料在船舶上的应用，国外分析和研究的时间比较早。而我国在研究船用复合材料方面起步比较晚，无论是成型工艺，还是生产原料都比较滞后，应用实船上与国外的差距也比较大[1]。

1 船用复合材料概述

船用复合材料是一种多相的固体材料，由化学性质和物理性质2种和2种以上不同的物质组成。船用复合材料所具有的独特性，各组分材料也具有。但船用复合材料性能是将优于二者的性能更好地表现出来，并不是简单地加和组分性能。在船用复合材料中，通常有一个连续相，也就是“基体”，将增强材料固定和粘结以及维持成为相应的形状；还有一个增强体分散相，使船用复合材料不连续相材料得以增强，在基体支持下，提高刚度和强度。在整个连续相中，分散相分布的形态为独立，能将纤维很大程度地增强，还能作为弥散颗料状的物料[2]。

船用复合材料有许多分类方法，最基本的是根据基体材料的类型进行分类，可分为金属基和聚合物基以及无机非金属基复合材料。金属基复合材料，基体是铁基复合材料和铝基复合材料等金属；聚合物基复合材料，有机聚合高分子为基体；无机非金属基复合材料，基体主要是陶瓷和水泥及玻璃等。

2 船用复合材料应用现状和发展情况

船用复合材料早期大多应用在小型登陆舰和小型巡逻艇。刚度和质量较差的船用复合材料使船舶长度受到限制，≤15 m，排水量＜20 t。最近几年，设计和制备船用复合材料的成本大幅度降低，提升了力学性能，轻型护卫舰和猎雷艇等大型舰船开始应用复合材料[3]。当前全复合材料的海军船舶长度已经达到（80～90）m。

2.1 国外应用现状和发展情况

在船用复合材料技术发展上，美国是最先进的，也是船用复合材料用量最大和应用最广的国家，无论是技术上还是规模上，美国都在世界前列。1946年，美国海军用聚酯玻璃钢建造的交通艇，是世界上第一艘应用复合材料的舰船，接着又制造了工作船和玻璃钢登陆艇等[4]。为了加快玻璃钢船舶技术的发展，20世纪50年代，美国要求海军船舶凡长度＜16 m以下的，都采用复合材料制造；1954年，美国手糊成型工艺更加成熟；1956年，美国建造2艘结构形式不同的小型扫雷艇，对扫雷艇中应用玻璃钢进行分析和研究；20纪60年代，美国海军制造第一艘全玻璃钢巡逻艇；20世纪90年代，应用复合材料建造扫雷艇，利用高级间苯聚脂树脂和半自动的浸胶作业制造艇体，同时期，还利用聚脂树脂单壳结构制造了巡逻艇。美国海军在制造深潜器中也应用了船用复合材料[5]。1966年，利用石墨纤维建造环氧树脂深潜器，下潜深度可6096 m。21世纪后，美国提升船舶中复合材料的应用，新型乙烯基树脂与乙烯基树脂夹心层结构，代替传统玻璃纤维等低度纤维，新型船舶航速快，稳定性高，且具备反潜、隐身及反水雷能力[6]。

20世纪50年代，日本开始建造玻璃钢船，建造的赛艇、高性能船和豪华游艇都获得了良好效果。21世纪，日本开始制造高性能复合材料军用船舶，第一艘玻璃钢复合材料扫雷艇已建造成功并投入使用。

欧洲的船舶复合材料技术也非常发达。1974年，瑞曲成功制成第一艘夹层结构玻璃钢扫雷艇；20世纪90年代，世界第一艘复合材料隐形试验艇研制成功。随着技术的不断发展，夹芯结构及高性能碳纤维建造方式都已经形成。英国利用玻璃钢成功制造625 t猎雷艇和450 t大型扫雷艇；1973年，成功制造全玻璃钢反水雷艇；20世纪80年代，制造200多艘全复合材料反水雷船舶；20世纪90年代，英国运用碳和玻璃混杂纤维技术，成功制造巡逻艇和摩托艇等。20世纪80年代，意大利多艘玻璃钢扫雷艇相继建造成功[7]。

2.2 国内应用现状和发展情况

1958年，我国开始研发在船舶制造上应用复合材料，在上海成功建造第一艘玻璃工作艇；20世纪70年代，曾研制一艘39 m扫雷试验艇，但研发反水雷舰艇工作中断了10多年；20世纪90年代，随着科学技术的发展，新工艺也在不断引进，我国开始运用复合材料大量生产帆船、游艇、救助艇以及航速较高的准军事艇等，例如武警、公安、海关和海监用的执法艇、巡逻艇及缉私艇等，但到目前为止，高科技的海军反水雷舰艇还没有设计建造出来。20世纪60年代，在船舶应用复合材料的构件上，我国研制成功复合材料声纳导流罩，已在潜艇中应用；20世纪80年代，我国研制开发了复合材料水雷壳体和雷达天线罩，并且已经投入使用；20世纪90年代，上层建筑和大型水面应用的复合材料杆等已研制成功。

目前我国已可以生产玻璃钢的多种增强材料，但在产品品种、质量、规格以及技术等方面，与工业发达国家还有很大的差距，部分高性能纤维还需要进口，如芳纶纤维和碳纤维等，树脂的产能也相对落后[8]。工业发达国家，RTM（树脂传递模压法）工艺已非常成熟，而我国还处于发展阶段。相对工业发达国家，我国在船舶应用复合材料方面，研发和应用都比较落后，有较大的发展空间。

3 船用复合材料检测管理存在的问题

国外海军强国应用船用复合材料已经有很长历史，我国在导流罩和快艇等方面也应用了船用复合材料，但进展比较缓慢，主要原因是复合材料的特点与传统金属材料有许多不同之处，船用复合材料可设计性非常强，制造工艺与材料性能关系非常密切。目前，无论是经验数据和设计规范，还是指标体系和可靠性评价技术都比较欠缺。

3.1 用复合材料设计和制造低成本高性能船舶

多年来，相对于传统材料，在造船过程中使用复合材料没有成本优势。直到目前，大多数船用复合材料的结构都是利用浸渍树脂对材料增强，这种工艺劳动密集、费用昂贵、制造周期长，且产品质量控制难度大。利用复合材料生产较高质量的船，船舶制造商应引进和借鉴新的制造方法，但船舶制造商数据信息欠缺，很难预测船用复合材料结构制造成本。

3.2 复合材料性能的基础数据积累

船舶上复合材料的应用，由于数据积累有限而受到制约。船用复合材料结构涉及到许多严格的规定，如环境老化性能、物理力学性能、抗水下振动损坏、抗气流冲击、防火性能、弹道保护、碎片、雷达以及声纳性能等。船用复合材料功能和结构的可靠性评价数据非常有限，通过对船用复合材的检测，确定其振动、冲击、明火以及弹道条件下具有的性能，此项工作费用高，用间长。有效评估船用复合材料的可靠性和安全性，以满足设计要求，是船舶复合材料应用的关键问题。

4 船用复合材料发展趋势

在船舶中应用复合材料的优势非常大，对船舶中复合材料应用受阻碍问题，解决的主要方法是加快设计和研发船用复合材，改进设计工艺是船用复合材料未来发展的主要方向。设计和制造低成本、高性能的船用复合材料，将非承力结构发展为主承力结构和次承力结构，将局部使用向大规模使用扩展[9]，是复合材料的发展趋势。加强船用复合材的研发、应用力度，使船用复合材料既具有高性能、低成本及多功能，又具有长寿命、优化连接及安全可靠等优点。船用复合材料从单一承载功能结构型向多功能型发展，既具有隔声、防弹及吸声特性，又具有雷达隐声和阻尼等特性，还要配套研发船用复合材料与钢结构之间、复合材料结构之间比较可靠的连接技术。

船用复合材料发展的另外一个方向，是统一规范船用复合材料的工艺、设计和制造标准，并积极开展船用复合材料评价性能技术。将船用复合材料局部模型和典型结构单元作为重点研究对象，检测其疲劳性能、抗爆性能、阻燃性能以及耐冲击性能等性能参数，形成典型结构单元和覆盖船用复合材料小样及检测局部模型性能的方法，推动船舶复合材料的规模化应用。此外，也要发展评定船用复合材料工艺的技术，对象就是船用复合材料典型部位结构，实现工艺样件质量研究的一致性，形成评定船用复合材料工艺的有效方法。归纳分析不同环境下船用复合材料的应用，研究的对象是船用复合材料海洋环境性能，试验和环境依托的试验平台，以及加速性实验室模拟的性能试验等典型船用复合材料。同时形成船用复合材料耐海洋环境的流程及方法、评价程序、长期可靠应用、船用复合材料的结构、换装以及维护等，并提供技术支撑。