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      1. 行業新聞

        加強復合材料研究應用 推動船舶輕量化

        作者: 來源:中國船舶新聞網 時間:2013-12-03
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        當前,隨著國際社會對于節能減排的提倡,以及國際海事組織(IMO)不斷出臺環保海事新規,全球船舶行業都在努力實現船舶的低燃油消耗、低排放、低污染,其中,高性能復合材料以其優異性能在國外得到了廣泛應用。與國外相比,我國在復合材料研究和應用方面相對落后,今后我國船舶行業內部以及與復合材料行業同仁之間應該加強交流合作,進一步推動復合材料在船舶上的應用,打造更輕、更高質的綠色船舶。在近日舉辦的2013(第二屆)國際交通運輸裝備輕量化峰會上,專家們發出了上述呼吁。
            “綠色”材質  獨具優勢
            在峰會上,中國船舶工業行業協會船艇分會秘書長黃振綱表示,為了提高船舶的節能環保性能,減輕船舶本身的重量、實現船舶輕量化已經成為國際海事界的共識。上海船舶工藝研究所研究員徐學光也表示,與鋼質材料建造的比強度低的重型船舶相比,由復合材料等高性能新材料建造的比強度高的輕型船舶在節能環保方面明顯更具優勢,更“綠色”。
             黃振綱說,長期以來,與日本、韓國建造的同噸位船舶相比,我國建造的船舶空船重量較大。造成這一現象的一個重要原因,就是日、韓在船舶上較多地應用了高性能復合材料,而我國這方面的應用相對較少?!翱沾亓恐饕纱w結構重量、舾裝產品重量、輪機電氣設備重量構成,其中,船體結構和舾裝產品是占比最大也是船舶輕量化可以取得重要突破的專業領域,也是復合材料可以大量使用的領域?!?BR>     具體來說,高性能復合材料主要包括玻璃纖維、碳纖維等纖維和纖維制品,以及基體樹脂等。復合材料以其獨特的高性能,在國外很受造船界的重視,經過多年的開發應用,已成為一種重要的船用材料。比如玻璃鋼復合材料的比重只有鋼材的1/5~1/6,機械強度為200兆~400兆帕,質輕、比強度高,能顯著降低船舶自身重量,而且無磁性,具有介電性和微波穿透性好,耐腐蝕、抗海生物附著,能吸收高能量、沖擊韌性好,導熱系數低、隔熱性好等優點。
             哈爾濱工業大學復合材料與結構研究所所長邊文鳳表示,船體結構輕量化的實現途徑主要有三種,包括設計科學的構造形式,采用更輕、強度更高的材料,以及使用先進的制造技術,而復合材料無論是在材料本身還是在其設計和建造應用方面都具有突出的優勢,是船體結構材料的最佳選擇。與傳統的鋼質材料相比,復合材料不僅可設計各種形狀和尺寸,還可整體設計或分體組裝,可設計性好;建造的船體無接縫和縫隙,使得產品外形規整、光順美觀,整體性好;在模具中采用樹脂真空吸附整體成型,成型簡便,可實現批量生產;無銹蝕,即使破損也可簡單修補,維修保養方便,全壽命期的經濟性能好。
             近年來,在美國、英國、法國、意大利、日本等造船強國,玻璃鋼等復合材料在船舶上的應用取得了長足進展,被廣泛用于船舶結構制造。目前從數量上看,應用最多的是游艇、漁船、救生艇、高速艇、工作艇以及反水雷艦艇等。國外還將復合材料用于船舶上很多部件的制造,包括上層建筑、桅桿、螺旋槳和推進軸系等推進系統、煙囪、艦艙壁、甲板、艙門、設備底座、管道系統等。
             在我國,從1979年起,玻璃鋼等復合材料就被用來制造壓艙水管、排水管系、輸油管系等船舶管路,得到船東、船檢和有關當局的普遍接受,此后玻璃鋼船管得到越來越廣泛的應用,裝船量快速增長。目前,玻璃鋼主要被用于制造救生艇、漁船、巡邏艇、帆船等小型船舶,還被用于雷達天線罩、上層建筑等船舶舾裝部分領域。
            更新觀念  協同研發
            隨著復合材料設計和制造技術的迅速發展,復合材料的功能將更好、造價將更低,未來復合材料在軍民用艦船中的應用還將更加廣泛。與此同時,隨著國際社會對于節能環保的越發重視和一系列IMO環保新規的生效,高性能復合材料作為船舶減重的最佳選擇,必將更加受到國際海事界的青睞。
             根據中國玻璃鋼工業行業協會年報數據,近幾年玻璃鋼在我國船舶工業年均使用量為40萬~50萬噸,替代鋼材約200萬~250萬噸,相當減輕船舶自重160萬~200萬噸。然而,與國外相比,目前我國在復合材料的船舶研究和應用方面還存在相當大的差距。
             僅以漁船為例,美國的近海漁船全部為玻璃鋼制造,日、俄、英、法、德等國的玻璃鋼漁船也占到其漁船總數的約90%,而在我國大陸,玻璃鋼漁船僅占漁船總量的1%。而且,目前我國在船舶復合材料研究方面基礎比較薄弱,相關的經驗和數據十分匱乏,能夠進行復合材料船艇“選材、選型、設計、制造”一體化的專業人才嚴重缺乏,在復合材料船艇的建造工藝和復雜構件的一次成型技術等方面也相對落后。
             “當前的船舶減重需求給高性能復合材料在船舶工業上的進一步應用提供了機遇,也帶來了變革創新的挑戰?!?黃振綱認為,玻璃鋼復合材料在我國船舶上的應用已經走過了觀望期、認知期和試用期,開始進入成熟推廣期。目前,國內復合材料工業界需要不斷創新,才能為追求“輕量化”的船舶工業提供更多更好的技術服務和材料保障。
         黃振綱建議,我國應不斷研制新型高性能、多品種、多規格的纖維增強材料和基體樹脂,提高樹脂的防火性能,研究創新大型玻璃鋼結構件的成型工藝技術和裝備,研究苯類、酮類等揮發物對大氣的污染問題對策,開發不含或少含苯乙烯的基體樹脂,著力降低復合材料成本?!皬秃喜牧系难邪l和應用對于建設節能環保的低碳社會有積極的推動作用,相關政府部門還應該出臺相關的扶持政策?!?BR>     黃振綱指出,我國船舶工業在復合材料研究和應用方面的觀念、技術也需要進一步更新。船企應樹立創新觀念,研發復合材料舾裝產品;突破船舶大型結構件應用復合材料制造的難題;加強船舶配套企業和造船廠的互動合作,提高復合材料管材裝船率;組織培養具備復合材料工藝及安裝技術的復合型造船工人隊伍;加強船舶減重宣傳,與船東緊密合作,最大限度提高復合材料產品的裝船率。
             邊文鳳也建議,我國復合材料界和船舶界應該攜起手來,加大復合材料在艦船應用領域的基礎技術研究投入,同時建立產、學、研緊密結合的機制,促進復合材料船艇基礎研究和應用技術開發之間的有機銜接,同時,加強復合材料船艇的材料、結構及設計人員隊伍的培養,從而全面提高我國復合材料船艇研發、制造能力。她特別提到,我國在復合材料基礎研究及其在航空領域的應用研究水平目前已經到了國際領先的水平,諸多成果船舶界可以借鑒,以實現在這一領域的快速提高。
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