船用碳纖維復(fù)合材料的發(fā)展趨勢變化
2020-03-11
早期碳纖維復(fù)合材料都是應(yīng)用在小型巡邏艇和登陸艦上。相對差的制造質(zhì)量和船體剛度限制了船舶的長度不能超過15m，排水量不超過20t。近年來，隨著復(fù)合材料設(shè)計、制備成本的降低，以及力學(xué)性能提高，復(fù)合材料開始在大型艦船，如獵雷艇和輕型護(hù)衛(wèi)艦上得到應(yīng)用。隨著技術(shù)的發(fā)展，船舶的長度呈穩(wěn)定的增加趨勢，現(xiàn)在已有80—90m的全復(fù)合材料海軍艦船。
美國是復(fù)合材料科學(xué)技術(shù)發(fā)展最先進(jìn)，復(fù)合材料應(yīng)用最廣、用量最大的國家，在船舶復(fù)合材料的應(yīng)用方面，其規(guī)模和技術(shù)都走在世界前列。美國海軍于1946年采用聚酯玻璃鋼建成了交通艇，是世界上第一艘復(fù)合材料艦船，隨后又制造了玻璃鋼登陸艇、工作船等。
進(jìn)入21世紀(jì)后，美國進(jìn)一步加強(qiáng)了復(fù)合材料在船舶建造的應(yīng)用，采用新型高強(qiáng)碳纖維/乙烯基樹脂的夾心層結(jié)構(gòu)，取代傳統(tǒng)玻璃纖維等低強(qiáng)度纖維，建成的新型船舶穩(wěn)定性高、航速快，并具有隱身、反潛、反水雷能力。歐洲復(fù)合材料船舶工業(yè)也十分發(fā)達(dá)。
20世紀(jì)60年代中期，英國采用玻璃鋼先后制造了450t的大型掃雷艇和625t的獵雷艇，1973年采用復(fù)合材料建造了全玻璃鋼反水雷艇，其成功應(yīng)用推動了復(fù)合材料的迅速發(fā)展，20世紀(jì)90年代，英國成功應(yīng)用碳-?；祀s纖維建造了摩托艇、巡邏艇等，隨著技術(shù)的發(fā)展，近年來還成功應(yīng)用回收塑料瓶再加工材料建造艦船，不僅降低了成本，還符合材料生物降解以及循環(huán)利用的發(fā)展方向。20世紀(jì)90年代瑞典成功研制了世界上第一艘復(fù)合材料隱形試驗艇，并逐步發(fā)展形成了以高性能碳纖維和夾芯結(jié)構(gòu)為特點的建造方式，開發(fā)建造了集先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)和隱身技術(shù)于一體的系列輕型驅(qū)逐艦，已成功下水服役。
20世紀(jì)90年代瑞典成功研制了世界上第一艘復(fù)合材料隱形試驗艇，并逐步發(fā)展形成了以高性能碳纖維和夾芯結(jié)構(gòu)為特點的建造方式，開發(fā)建造了集先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)和隱身技術(shù)于一體的系列輕型驅(qū)逐艦，已成功下水服役。
日本自20 世紀(jì)50 年代起就開始建造玻璃鋼船，在高性能船、賽艇和豪華游艇建造方面取得了不俗的成績。進(jìn)入21 世紀(jì)，日本開始研究制造高性能復(fù)合材料軍用船舶，目前已成功建成第一艘玻璃鋼復(fù)合材料掃雷艇并投入使用。
我國復(fù)合材料在船舶方面的研發(fā)應(yīng)用起始于1958 年，第一艘玻璃鋼工作艇誕生于上海。在20世紀(jì)70年代中期曾研制過一艘總長近39m的掃雷試驗艇，此后對GRP/CM反水雷艦艇的研發(fā)工作就中斷了十多年。20世紀(jì)90年代以來，隨著技術(shù)發(fā)展與工藝引進(jìn)，我國采用復(fù)合材料生產(chǎn)了大量游艇、帆船、救助艇，以及公安、武警、海監(jiān)、海關(guān)等航速較高的巡邏艇、執(zhí)法艇、緝私艇等準(zhǔn)軍事艇，但迄今為止還未設(shè)計建造一艘高科技含量的海軍反水雷艦艇。
與國外相比，目前我國船用復(fù)合材料應(yīng)用范圍和規(guī)模仍然較小，但借著碳纖維復(fù)合材料在國內(nèi)高速發(fā)展的東風(fēng)，國內(nèi)船用碳纖維復(fù)合材料的發(fā)展令人側(cè)目。其碳纖維復(fù)合材料聲納導(dǎo)流罩、碳纖維復(fù)合材料雷達(dá)天線罩等都已形成較為成熟的應(yīng)用。
由此可以看出國內(nèi)在碳纖維復(fù)合材料船用方面擁有非常大的潛力，雖然整體與國外還存在一定差距，不過相信在眾多材料人的努力下，未來國內(nèi)船用復(fù)合材料的發(fā)展差距一定會逐漸縮短，甚至超越。
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