科学前沿论坛 复合材料在船舶制造中的应用研究 邓继鹏 杭州飞鹰船艇有限公司，浙江杭州摘 要３１ １４０２ 我国拥有巨大的海洋面积，海洋资源为我国社会经济的发展贡献了巨大的力量。海洋资源的利用依赖于 船舶事业，而船舶事业的发展与船舶材料研究工作关系密切。本文围绕复合材料在船舶制造中的应用展开讨论，分 析了海洋船舶制造中的复合材料应用研究现状、复合材料在船舶制造中应用的优势和局限，并对复合材料在船舶制 造中的应用进行了展望，希望能够为促进我国船舶制造事业发展、促进我国经济全面发展贡献绵薄之力。 关键词复合材料；船舶制造；应用 中图分类号ｕ６ 文献标识码Ａ 文章编号２０９５－６ ３６３（２０１７）０６—００２０—０２ 海洋经济是组成我国国民经济的重要部分，能够 量被提以更高要求，尤其在军事领域，为了提高船舶的 有效地带动社会经济的发展，重要性不言而喻。海洋事 业的发展对船舶事业有着强的依赖性，船舶制造材料的 重要性由此可以窥见一斑。为了保证船舶制造的质量， 深入地研究船舶制造中的复合材料应用，提高船舶的航 速、延长船舶的使用寿命、增加船舶的使用舒适性己成 “当务之急”。 １海洋船舶制造中的复合材料应用研究现状 复合材料在海洋船舶中的应用可以追朔至２０世纪 ４０年代，美国海军是最早在船舶制造过程中使用复合 材料的机构，复合材料作为海洋船舶制造材料由此拉开 帷幕，其他国家纷纷效仿，复合材料在海洋船舶制造中 的应用研究也不断深入。早期海洋船舶复合材料的应用 主要集中于军事领域，而随着时代的不断发展，复合材 料的应用不断广泛。现阶段，众多类型的海洋船舶（游 艇、快艇、小型渔船等）都己经使用了复合材料，大型 船舶甚至将甲板、船壳、舱壁、上层建筑等都跟更替成 了复合材料。在海洋船舶制造领域的复合材料研究不断 发展，虽然发展时间并不很长，但取得的成效却早已远 超研究近百年的金属船舶制造。 毋庸置疑，我国海洋船舶制造中的复合材料应用 获得了让世界瞩目的成绩。然而受制于客观条件，与发 达国家相比，所谓的成绩微乎其微。其次，由于现阶段 我国尚未形成海洋船舶制造复合材料生产的成熟生产 线，很多材料的来源依靠于国外进口、成本昂贵。此外， 我国在复合材料生产工艺以及复合材料应用的海洋船舶 制造设计方面也存在一定问题，由于海洋船舶复合材料 无损检测工作缺乏完善性，复合材料应用存在较大的局 限，有待相关者不断加大研究力度。 攻击能力，船的自重被要求尽可能地低，这样才方便荷 载更多的质量，损耗更少的燃料。复合材料的使用恰好 能满足上述要求。据数据资料显示，同规模的复合材料 船舰质量仅为钢质船舰的一半。当然，除了强度高、质 量小、耐腐蚀、耐磨损等优势外，复合材料的优势还在 于无磁性干扰，在扫雷艇以及猎雷艇应用中彰显了极强 的优势。此外，复合材料有着良好的冲击韧性、隔热性 能好，可以保证船体无缝连接，进而在光滑的船体上覆 盖其他色彩。与传统的船舶材料相比，复合材料更易于 成型加工，船舶制造工序更加简便省力，有益于控制制 造成本。值得一提的是，基于复合材料的船舶的保养、 维修也相对简单，船舶使用寿命更长，基于使用时间的 经济效益因此更为显著。 ２．２复合材料在船舶制造中的应用局限 船舶中的复合材料优势是非常显著的，然而，在 使用的时候我们也不可以忽视它的局限和缺点。对于船 ２复合材料在船舶制造中应用的优势和局限 ２．１ 复合材料在船舶制造中的应用优势 与传统的船舶制造材料相比，复合材料的优势非 常显著，尤其是在制造高质量船体方面，复合材料以其 特有的优势（强度高、质量小、耐腐蚀、耐磨损等）受 到了船舶制造领域人士的青睐。复合材料在船舶制造中 的应用越来越广泛，已经逐步彰显出取代传统船舶制造 材料的趋势。例如，在新的时代背景之下，船速和船质 作者简介：邓继鹏，杭州飞鹰船艇有限公司 舶制造应用的复合材料而言，最大的缺点在于变化性。 不同的造船厂生产出的具备同样结构的构建往往存在较 大差异。例如，为了保证船舶正常行驶，保证船舶的稳 定性和船舶的行驶速度，需要尽可能地控制复合材料层 的质量。然而对于复合材料层生产而言，设计或是生产 过程的微小变化都可能会导致复合材料层质量、性能发 生改变。为了控制因质量差异而影响船舶的质量，需要 大力开展协同工作，让设计师与制造者更为紧密地联系 起来。然而现阶段，我国的复合材料生产并未形成产业 化链接，而这无疑给上述工作的落实增加了难度。其次， 由于现阶段复合材料主要应用于小型的舰艇或是大型舰 艇的非结构、非关键性部件方面，应用于船体梁结构方 面的构想还未能实现。虽然近年来复合材料研究力度不 断加大、制造工艺不断自动化、规模化、数字化、低成 本化，但是想要让复合材料成为低廉、优质的船舶制造 材料还需要经历一个较为长久的时间。当然，除了上述 两点局限以外，海洋这个相对而言较为特殊的环境，也 给复合材料在船舶制造中的应用带来了局限。众所周知， 海洋内生存着数量众多的生物，尤其是海洋附着生物可 能会给舰船或是海洋设施带来巨大危害，如大量海洋附 着生物会增加船舰的质量，增大船舰航行的阻力，降低 ２０１７ｔｇ第６期 船舰行驶的速度、加快船舰机械的磨损，进而影响船舰 的使用时间。也因此，即便复合材料在船舶制造中克服 了自身的种种局限，然而想要避免海洋生物对舰船的影 响，也还有待深入研究。 而在大量的实践之后，上述方式却被证实效果不佳，加 之保护膜形成会产生铜离子，进而对海水形成污染。基 于此，开发防污铜将会是我国随后阶段船舶制造中应用 复合材料研究中的一个重点，相关人士需予以重视。 ３复合材料在船舶制造中的应用展望 船舶制造材料以复合材料取代传统材料发展是船 舶制造行业发展的必然趋势。基于此，船舶制造厂要努 力发挥出联系设计与生产的纽带作用。只有确保我国船 舶制造材料统一、规范，船舶制造过程中应用的复合材 料质量才能够得以保障。其次，海洋环境对船舶性能的 影响问题应得到高度重视，复合材料研究者应深入研究 复合材料，改变复合材料的性能，尽可能地降低海洋生 物附着影响船舰的正常运行。复合材料生产问题可以依 靠生产工艺以及生产管理水平提高妥善解决，然而海洋 生物附着问题至今仍让我国科研人员颇为头疼。据研究 结果显示，海洋生物对铜或者铜合金材料常常“敬而远 之”，也因此，海洋中的铜或者铜合金材料很少会被损坏。 那么是否可以利用铜或者铜合金材料在船舰表层与海水 接触面上增加一层含铜的“材料层”，让“材料层”与 海水反应，并在船舰表层形成一层“保护膜”，排斥或 是杀死企图附着于船舰的海洋生物，答案是肯定的。然 （上接第１５页） ４结论 综上所述，随着时代的不断发展，新的材料不断 涌现，而这无疑为我国海洋船舶事业的发展创造了良好 的条件。复合材料的出现为海洋船舶制造提供了全面替 代金属材料的思路。相关人士应深入地研究船舶制造中 的复合材料应用问题，及时研究出能够减少船舶质量、 强化船舶抗腐蚀能力的新材料。虽然现阶段我国的船舶 制造复合材料研究还远不及发达国家，但是相信通过相 关者们的不懈努力，我国船舶制造领域所研究的、性能 良好的复合材料一定能够跻身世界舞台。 参考文献 ［１］王成营，罗辉．石墨烯纳米材料在船舶制造中的应用…．上 海船舶运输科学研究所学报，２０１４（４）：５３－５５． ［２】唐振研．新技术在当前船舶中使用现状［Ｊ】．中国水运，２０１ ５ （８）：６０－６１． ［３】丁家兴．船舶建造工艺的发展现状及改进方案…．科技创新 与生产力，２Ｏ１ ３（１１）：７７—７８，８１． 封真空条件下的保存，如果密封性较差的情况下遇到空 填的宝石可以依据这一特性检测出来，并且在反光作用 气容易失水风化，在加热到６５０Ｋ时，就会失去全部结 晶水转变成无水盐，当加热到１ ０１５Ｋ时，就会熔化成 玻璃液态状。这种硼盐在液体状态下对金属氧化物有一 定的溶解作用，并且在不同的条件下对金属反应也不一 样，产生不同的颜色。在最初的情况下，硼盐是作为充 填宝石时的热处理溶剂，在一般情况下进行的加热过程 中，呈非晶体残留在宝石的裂缝或者孔洞中，而不是专 门的宝石填充物。另一种宝石填充物就是铅玻璃，这种 特殊玻璃的熔点较低并且在加热的过程中容易变形，铅 玻璃的形成较困难，只有在特殊的环境中以氧化铅为助 溶剂而形成的一种宝石充填材料，这也是现阶段宝石充 填材料中最先进的一种，可以充填宝石的开放式裂纹， 这也是较传统的填充物硼盐优势的地方，铅玻璃充填材 料最优秀的方面就是可以全部掩盖裂痕，提高宝石的透 明度和清净度。 下，宝石主体的透光性是很小的，但是充填部分就会呈 现明显的光泽，但要说明的是，这种明显的区别也只是 在显微镜下。 ４．２运用拉曼光谱仪检测 拉曼光谱仪检测方法是采用比较分析法进行的检 测，可以得到几点结论：经过充填工艺的宝石在透明度 和净度方面的品质都有所提高，采用硼盐或者铅玻璃作 为充填材料的宝石作为一种充填工艺，在检测报告中应 该别被注明。 ４．３采用阴极发光管进行检测 阴极发光管的工作原理很简单，在进行检测时对 宝石发射电子束，在电子束的轰击下，如果是经过充填 工艺的宝石就会产生和天然宝石不同的颜色和光强度， 其次宝石内部的晶体结构和生长过程中的生长纹都会显 示出来，这就能很好的区分宝石是否经过充填处理。 ４充填宝石的鉴定方法 从本质上讲，宝石充填就是将充填材料注入宝石 的裂缝或者孔洞中，从而达到掩盖裂纹缺陷，减少光线 反射的目的。近年来，也有许多成功的案例，一些国际 ５结论 总而言之，宝石的充填工艺是弥补天然宝石产量 不足的很好替代方法，但是市场中的一些人为了利益弄 著名的宝石鉴定实验室检测出一个新型铅玻璃充填的宝 石制品，虽然这种充填技术没有广泛的应用在宝石行业， 但也引起了许多的宝石爱好者和商家的高度关注。由于 充填宝石的材料和工艺存在着较大差异，就必须通过显 微镜和实验室相关仪器进行检测，宝石相关人员才能依 据检测结果衡量充填宝石的实际价值，下文就几种具体 的鉴定方法进行探析。 ４．１对宝石进行放大检测 充填后的宝石也会留下痕迹，可以采用放大检测 的方法进行鉴定，宝石的裂痕隙面上会出现流动纹，充 虚作假，对宝石市场产生极大的冲击，本文对宝石充填 工艺及鉴定方法的探析希望对相关人员有一定的启示。 参考文献 ［１】鲁先虎，吴晓．染色充填矽线石仿红宝石的鉴定［Ｊ］．宝石和 宝石学杂志，２０１４（６）：３９—４２． ［２】秦宏宇．关于宝石充填工艺及充填宝石鉴定的探究【Ｊ】．山东 工业技术，２０１４（１３）：２０６． ［３】刘薇．浅析宝石充填工艺及充填宝石的鉴定【Ｊ］．黑龙江科技 信息，２０１４（１）：６２． ［４】王铎，陈征，邓常劫，等．宝石有机胶充填的探讨…．宝石 和宝石学杂志，２０１２（４）：１６－２２．
