玻璃钢复合材料GFRP

玻璃钢复合材料GFRP在游艇船舶上的应用在工业部门中，船舶是复合材料（compositematerial,简称CM）应用最多的领域之一。目前船舶中用量最大、范围最广的复合材料是玻璃纤维增强塑料，即玻璃钢（glassfiberreinforcedplastics,简称GFRP）。船用GFRP具有下列优点：(1)质轻、高强。(2)耐腐蚀，抗海生物附着。(3)无磁性。(4)介电性和微波穿透性好。(5)能吸收高能量，冲击韧性好。(6)导热系数低，隔热性好。(7)船体表面能达到镜面光滑，并可具有各种色彩。(8)可设计性好。(9)整体性好，船体无接缝和缝隙。(10)成型简便，批量生产性特别好。(11)维修保养方便，全寿命期的经济性能好。由于GFRP具有传统造船材料所无法比拟的优点，故倍受造船界的重视。经多年的开发应用，已成为一种重要的船用材料。但因其弹性模量低和受成型技术等的限制，尚不能建造太大的舰船，加之价格较贵，故在整个造船工业中的用量比钢材少。自40年代中期第一艘GFRP船问世以来，世界各国相继开始研制各种GFRP船舶，25年间CM船舶开发的业绩超过了钢质船舶近一个世纪的发展历程，尤其是美、英、日、意等国迄今仍保持强劲的势头。美国的GFRP造船量居世界首位；日本1993年GFRP渔船的数量已超过32万艘，GFRP游艇则超过了20万艘；据统计英国20米以下的船有80％是采用GFRP制造，而且还批量建造了世界上最大的GFRP反水雷舰；意大利和瑞典也分别建成了各具特色的新颖硬壳式和夹层结构的大型GFRP猎扫雷舰。中国从1958年开始试制GFRP船，迄今也已制造了数以万计的各种GFRP船艇。下面对一些主要国家GFRP船艇产品的研制和开发情况作一概述。美国是使用CM最早和最多的国家，40年代初就宣告GFRP研制成功。1946年美国海军建成了长8.53米的世界第一艘聚酯GFRP艇，拉开了CM造船的序幕。1954年前后，美国的手糊成型工艺日趋成熟，即开始开发GFRP游艇，次年就大量生产游艇、帆船等船艇。1956年美国建造了2艘不同结构形式的小型扫雷艇，开始了GFRP在扫雷艇中的应用研究，国迄今最大的CM舰船是于1991年美建成的Osprey号。美国还造了许多GFRP游艇，最大的长达44米。1966年美国开始批量生产大型渔船，1979年就建造了390艘。英国它的造船工业是最早使用GFRP的部门，1962年英国船舶登记局颁布了劳氏船级社关于6～36米长GFRP船的技术规范。英国不仅是大型GFRP反水雷舰艇的先驱国家，它在CM高速艇的研制技术方面也属世界一流水平，建造了不少军用高速艇，它还研制了航速很高的轻型气垫船和横渡英吉利海峡的HM-2型气垫渡船。意大利的GFRP游艇工业不仅发展较早，而且技术非常先进。它是欧洲制造35米以上大型豪华游艇的中心之一，除了采用玻璃纤维外，还使用芳纶纤维和碳纤维增强，以提高游艇的性能。瑞典，也很注重GFRP在船艇中的应用。应该指出的是，瑞典的夹层结构CM技术堪称世界一流。80年代中期澳大利亚的２艘Bay级双体猎雷艇就是引进瑞典夹层结构技术建成的。瑞典的夹层结构技术还用于建造了不少高速军用艇和巡逻艇，TV171、TV172和CG27型海岸巡逻艇。如值得一提的是，瑞典在1991年研制成世界第一艘CM隐形试验艇“斯迈杰”号，该艇集先进CM技术、夹层结构技术、隐身技术及双体气垫技术于一体，实属舰船中的高科技产品。日本的GFRP工业始于40年代，40多年的发展，GFRP产量已跃居世界第2位。经其在船艇方面的CM主要用于渔船，仅海洋机动渔船的用量就占76.3％。日本的高性能碳纤维的研制水平及生产能力均居世界前列，主要用于高性能船舶、赛艇及豪华游艇。日本的第一艘GFRP船建于1953年，60年代初GFRP游艇得到很大发展，成为美国游艇承包建造基地，为建造GFRP渔船和大型艇奠定了基础。60年代末开始大量生产16～18米高速作业船、装载船、救生艇、渔业监督船及高速客船。整个70年代是日本GFRP渔船大发展的时期，平均每年增加1.8万艘，且向大型化发展，吨位达到99吨。至1993年GFRP渔船已有32.77万艘，占机动渔船的84.5％。中国GFRP在中国出现后不久，第一艘聚酯GFRP工作艇于1958年在上海诞生。次年，北京也研制出环氧GFRP汽艇。这2条艇分别从南方和北方拉开了中国GFRP造船的序幕。经过近40年的研制和开发，业已建造了大小不一的百余种型号GFRP船艇，其中最大的为总长近39米的扫雷艇；高速滑行艇的代表为982型边防巡逻艇，已造了200多艘；渔船则以80年代中后期批量建造的总长近20米的海洋渔船为代表，其多数被派往南太平洋进行远洋捕捞作业；典型的游艇为52英尺（16米）豪华游艇；自1992年中国在蛇口召开第二届国际高性能船舶会议以来，广东地区掀起研制CM高速客船的热潮，先后研制了40～100客位单体高速船，1995年还建成160客和225客高速双体气垫船，并与法国合作开发了双体机动帆艇，最近正在研制航速高达80公里/小时的CM水翼艇。据不完全统计，中国（不包括台湾省）GFRP的年产量约为23.5万吨，已形成数百家GFRP造船厂和制品厂，GFRP船艇的年生产能力约为7000～8000艘。值得注意的是，在这众多的GFRP船舶中，近年来已出现一批或正在开发几型尺度较大、技术要求较高的高性能船舶。特别是国家科委决定将《大型GFRP渔船的研制及产业化》项目列入国家重点科技攻关计划，这将有力地推动中国船舶中数量最多的渔船之GFRP化的进程，从而将促进GFRP/CM工业和GFRP造船业的发展。中国台湾省的GFRP造船业始于60年代中，1966年年用量仅360吨，1988年以来平均增长率为10.9％，到1988年GFRP年用量已超过40000吨。台湾的船用树脂和玻璃纤维已有多家厂商获得英国劳氏船级社的证书。自1965年从国外引进GFRP造船技术，使游艇生产走向专业化和现代化。经过10年努力，至1975年GFRP游艇已成为重要的出口产品。台湾早在1968年就开始试制渔船，初期主要生产2吨以下的小型渔船和GFRP包覆木质渔船，以后逐渐建造较大的渔船。总之，台湾省的GFRP游艇和渔船都比大陆的起步早，发展快，特别是游艇的质量和数量上尤其突出。对于GFRP船舶而言，其船体材料、结构设计与建造工艺这三者之间是密切相关而不可分割的。GFRP原材料品种很多，可供选择和组合的方案则更多。GFRP与木材和金属的根本差异在于其结构材料和船体结构是在工艺过程中同时形成的，结构形式的选择及设计技巧的发挥对船体性能有至关重大的影响，而它们又都与建造方法、工艺过程、操作水平及环境条件等有关。舰船设计师的任务是如何充分利用各种GFRP原材料和结构形式的优点，扬长避短，有选择地将它们应用于各种特定的舰船，使之各得其所；也可根据特定船艇的不同要求，在同一艘船上混杂地采用几种结构形式。我们相信，随着GFRP船的材料、设计和建造工艺的深入发展，随着各种类型GFRP船艇的研究开发，在GFRP船艇领域中将会出现新的设计概念，推出更新颖的GFRP材料和船体结构形式及相应的建造工艺。总之，从GFRP的性能及其船舶设计和建造技术的现有水平和发展前景来看，CM在造船中的应用将日益广泛。当前已能用它来建造各种中小型民用船和军用舰船，从数量上来看，最多的是游艇、渔船、救生艇、高速艇、工作艇以及反水雷舰艇等。下载本文档需要登录，并付出相应积分。