1.引言

隨著現代技術的進步，船舶制造業越來越傾向于使用復合材料。船舶不僅是關鍵的交通工具，也在港口經濟和國際貿易中發揮著至關重要的作用，這就使得在制造和運營船舶時對材料的選擇和性能提出了高要求。雖然傳統的金屬材料能夠在海洋環境下提供一定的強度和韌性，但它們重且容易腐蝕的特性限制了它們的使用。因此，更輕、更堅固、耐腐蝕性更強的復合材料逐漸成為船舶制造的首選材料。使用復合材料制造的船只不僅航行更高效，還能降低燃料消耗和碳排放。此外，復合材料的優良成型性質允許制造出流線型的船體設計，減少水阻，這與當前追求綠色、低碳和節能的發展趨勢相符，預示著它們將在未來的船舶制造業中扮演更加重要的角色。

2.發展歷程

隨著科技和工業進步，船用復合材料技術不斷演進。自1970年代碳纖維的推出，復合材料開始在全球船舶制造中廣泛應用，見諸于美國和日本的高端游艇，例如，美國的 Lancer Yachts、Pelle Petterson 和 Swan Yachts 及日本的高端 Motor Yacht。到了1990年代HOPKINS提出了一種新的概念，即熱塑聚合物材料的快速定型加熱( ＲFPT) 工藝，。，新技術如快速定型加熱工藝進一步推動了其發展。中國在1980年代開始引入復合材料至船舶制造，起初主要使用玻璃纖維增強塑料。1994年，中國制造出首艘復合材料快艇，標志技術突破。2004年及2008年，中國分別建造了采用復合材料的大型船只，有代表性的是“舷梯號”船采用GFＲP 材料建造，展現了復合材料在船舶制造領域的快速發展和應用拓展。

3.復材在船舶中的應用場景及分類

目前，船用復合材料，尤其是應用于船體結構的復合材料，以聚合物基復合材料為主，按結構可分為層合板( 纖維增強復合材料) 和夾層結構復合材料 2 大類型，其中包含 3 個方面的重要復合物: 增強材料、樹脂( 即基體)和芯層材料。船用復合材料按照承載部位不同可分為: 主承力結構、次承力結構、非承力結構等。按照功能可分為:結構、阻尼、聲學( 包括吸聲、隔聲、透聲) 、隱身( 包括吸波、透波、反射、頻選) 、防護等 5 大系列材料，船用復合材料的分類及應用部位如圖。

4.發展現狀

4.1國外發展現狀

在全球船舶制造領域，多種復合材料得到了應用，主要類型包括石膏復合材料、碳復合材料和玻璃纖維復合材料等。碳纖維復合材料因其出色的高強度、輕質、優異的機械性能、耐腐蝕能力和抗疲勞性，在船舶制造中尤為受到青睞，其性能在重量、速度、結構強度等方面明顯超過傳統鋼材。例如，“超級雅典娜”號、長50英尺的Pogo 40S2帆船和瑞士的Alinghi AC-33美洲杯賽艇均采用了碳復合材料。瑞典Volvo Ocean Race的船隊和英國的Princess 70 Mega Yacht的外殼及部分結構也采用此材料，顯著提升了船只的減重效果和性能。沃爾沃汽車制造的27.4米商用船MSV Explorer使用碳纖維復合材料，實現了輕盈且強度高的船體設計，優化了效能和燃油效率。美國Gulfstream公司同樣采用復合材料制造其衛星通信船，利用材料的輕質和高強度特性，保證船只能夠應對海洋環境的挑戰。

4.2國內發展現狀

中國，船舶制造業對復合材料的制造工藝已逐漸精熟，包括成型和固化等步驟。特別是碳纖維等高性能復合材料的應用正變得日益普及，企業如橙船科技通過替換鋼材以提升環保性和效率。在船舶維護領域，復合材料的使用也大幅提高了修復效率和降低了成本，如使用特非凝膠修補船體，提升了抗壓和防水性能。盡管如此，國內在復合材料的配方和改性技術上仍未達到國際水平。

復合材料的應用范圍廣泛，覆蓋船體、船舶部件等多個方面。國內復合材料主要應用于船殼、餐廳、安全艙等，如華能集團的船舶發動機柜和中船重工生產的魚鷹級船舶等都采用復合材料，使船體更輕、更有彈性。

對于復合材料的質量標準和檢測流程已逐步規范，必須符合國家標準和船級社標準。國家相關部門也制定了一系列行業標準，如《聲吶導流罩用玻璃纖維增強塑料規范》等，以指導和規范復合材料的使用。

盡管國際上復合材料在船舶制造中已有廣泛應用，中國在這一領域的進展相對緩慢，主要應用于快艇等。面臨的挑戰包括高成本、復雜的工藝、缺乏成熟規范和長周期的設計評估，這些問題限制了復合材料在國內船舶制造領域的進一步推廣和應用。

5.前沿應用

浪速泵制造所，一家日本公司，最近推出了一款創新的超輕型船用泵，這款泵由碳纖維增強復合材料（CFRP）制成，標志著全球首款碳纖維船用泵的問世。該泵將被安裝在川崎重工生產的水翼噴射船“SEVEN ISLANDS YUI”上。這一突破性產品采用了新開發的CFRP技術，以取代傳統的鋁質泵。經過廣泛的測試，這款泵證明能夠承受極端的工作環境，展現出卓越的耐壓和耐久性能。通過與川崎重工及東海汽船的兩年緊密合作，于2020年6月30日，這款船用泵成功交付并投入使用。與傳統的海用青銅鑄造泵相比，采用CFRP材料的泵重量大大減輕，僅為后者的四分之一。

6.展望

展望未來，復合材料在船舶制造中的應用預計將繼續擴大，主要得益于它們在提高船只性能、降低維護成本以及提升環境可持續性方面的顯著優勢。隨著材料科學的進步和制造技術的創新，如3D打印等新興技術的應用，將使得復合材料的使用更加廣泛和高效。此外，對于減少全球碳排放和實現綠色航運的日益迫切需求將進一步推動復合材料技術的發展。我們可以預見，未來的船舶將更加依賴于輕質、高強度、耐腐蝕的復合材料，以實現更高的能效和環境友好性。

進一步地，智能化和數字化技術的融合將使得復合材料的設計和應用更加精準和有效。通過大數據、人工智能等技術的幫助，可以優化材料組合和結構設計，實現個性化和定制化的船舶解決方案。同時，隨著全球對環境保護標準的提升，復合材料的回收利用和生命周期管理也將成為研究和發展的重點，以確保船舶制造業的可持續發展。

綜上所述，復合材料將在未來的船舶制造業中扮演更加重要的角色，不僅因為它們能夠提升船只的性能和效率，還因為它們符合當前的環保和可持續發展趨勢。隨著相關技術的不斷進步和創新，我們有理由相信，船舶制造業將迎來一個更加綠色、高效和智能化的新時代。

參考文獻：

[1]朱昊.復合材料在船舶上的應用及發展趨勢探討[J].信息記錄材料,2023,24(09):27-29+33.

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