“與鋼質材料建造的比強度低的重型船舶相比，玻璃鋼復合材料等高性能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。”在2013年（第二屆）國際交通運輸裝備輕量化峰會上，中國船舶工業協會船艇分會秘書長黃振綱等業內專家呼吁，我國復合材料界和船艇界應該攜起手來，加大復合材料在船艇應用領域的基礎技術研究投入力度，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、結構及設計的研究和人員隊伍的培養，從而全面提高我國玻璃鋼及其復合材料船艇研發制造能力。

    據了解，近年來，在美國、英國、法國、意大利、日本等造船強國，玻璃鋼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、螺旋槳推進系統、煙囪、艦艙壁等。僅以漁船為例，美國的近海漁船全部為玻璃鋼制造。日本、俄國、英國等國的玻璃鋼漁船占到其漁船總數約90%。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。黃振綱表示，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、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。當前，隨著國際社會對節能減排的提倡，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，其中玻璃鋼及其高性能復合材料以其優異性能得到了廣泛應用。

    上海船舶工藝研究所研究員徐學光等專家在發言中指出，在我國，從1979年起，玻璃鋼復合材料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，使玻璃鋼船管得到越來越廣泛的應用，裝船量快速增長；以后，玻璃鋼復合材料大量被用于制造救生艇、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。目前，全國大大小小玻璃鋼船企達到300多家，年均玻璃鋼使用量為40多萬噸，替代鋼材約250萬噸。

    然而，與國外相比，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，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，長期以來成為困惑玻璃鋼船體設計的軟肋。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。專家分析，造成這一現象的一個主要原因，就是日、韓在船舶上較多地應用了復合材料。對大型運輸船來講，空船重量主要由船體結構重量、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占比例最大，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。但現狀是國內用于大船配套的玻璃鋼舾裝件制造企業廖廖無幾。

玻璃鋼游艇

    哈爾濱工業大學復材與結構研究所所長邊文鳳指出，從復合材料設計理論和經驗來看，船體結構輕量化的實現途徑主要有3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。而玻璃鋼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，玻璃鋼復合材料不僅可設計各種形狀和尺寸，還可整體設計呈分體組裝，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。

    業內專家通過峰會發出呼吁，推進船艇輕量化，我國船舶工業在玻璃鋼及其復合材料研究和應用方面的觀念、技術需要進一步更新。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。

    玻璃鋼復合材料

    玻璃鋼（FRP）亦稱作GFRP，即纖維強化塑料，一般指用玻璃纖維增強不飽和聚酯、環氧樹脂與酚醛樹脂基體。以玻璃纖維或其制品作增強材料的增強塑料，稱謂為玻璃纖維增強塑料，或稱謂玻璃鋼，注意與鋼化玻璃區別開來。由于所使用的樹脂品種不同，因此有聚酯玻璃鋼、環氧玻璃鋼、酚醛玻璃鋼之稱。質輕而硬，不導電，性能穩定。機械強度高，回收利用少，耐腐蝕。可以代替鋼材制造機器零件和汽車、船舶外殼等。

    玻璃鋼學名玻璃纖維增強塑料，俗稱FRP（Fiber Reinforced Plastics），即纖維增強復合塑料。根據采用的纖維不同分為玻璃纖維增強復合塑料（GFRP），碳纖維增強復合塑料（CFRP），硼纖維增強復合塑料等。它是以玻璃纖維及其制品（玻璃布、帶、氈、紗等）作為增強材料，以合成樹脂作基體材料的一種復合材料。纖維增強復合材料是由增強纖維和基體組成。纖維（或晶須）的直徑很小，一般在10μm以下，缺陷較少又較小，斷裂應變約為千分之三十以內，是脆性材料，易損傷、斷裂和受到腐蝕。基體相對于纖維來說，強度、模量都要低很多，但可以經受住大的應變，往往具有粘彈性和彈塑性，是韌性材料。

    性能

    優點

    據統計，玻璃鋼的特點主要有以下幾個方面：

    輕質高強

    相對密度在1.5~2.0之間，只有碳鋼的1/4~1/5，可是拉伸強度卻接近，甚至超過碳素鋼，而比強度可以與高級合金鋼相比。因此，在航空、火箭、宇宙飛行器、高壓容器以及在其他需要減輕自重的制品應用中，都具有卓越成效。某些環氧FRP的拉伸、彎曲和壓縮強度均能達到400Mpa以上。

堅固的玻璃鋼船

    耐腐蝕

    FRP是良好的耐腐材料，對大氣、水和一般濃度的酸、堿、鹽以及多種油類和溶劑都有較好的抵抗能力。已應用到化工防腐的各個方面，正在取代碳鋼、不銹鋼、木材、有色金屬等。

    電性能好

    是優良的絕緣材料，用來制造絕緣體。高頻下仍能保護良好介電性。微波透過性良好，已廣泛用于雷達天線罩。

    熱性能良好

    FRP熱導率低，室溫下為1.25~1.67kJ/（m·h·K），只有金屬的1/100~1/1000，是優良的絕熱材料。在瞬時超高溫情況下，是理想的熱防護和耐燒蝕材料，能保護宇宙飛行器在2000℃以上承受高速氣流的沖刷。

    可設計性好

    （1）可以根據需要，靈活地設計出各種結構產品，來滿足使用要求，可以使產品有很好的整體性。

    （2）可以充分選擇材料來滿足產品的性能，如：可以設計出耐腐的，耐瞬時高溫的、產品某方向上有特別高強度的、介電性好的，等等。

    工藝性優良

    （1）可以根據產品的形狀、技術要求、用途及數量來靈活地選擇成型工藝。

    （2）工藝簡單，可以一次成型，經濟效果突出，尤其對形狀復雜、不易成型的數量少的產品，更突出它的工藝優越性。

    缺點

    彈性模量低

    FRP的彈性模量比木材大兩倍，但比鋼（E=2.1E5）小10倍，因此在產品結構中常感到剛性不足，容易變形。

    可以做成薄殼結構、夾層結構，也可通過高模量纖維或者做加強筋等形式來彌補。

    長期耐溫性差

    一般FRP不能在高溫下長期使用，通用聚酯FRP在50℃以上強度就明顯下降，一般只在100℃以下使用；通用型環氧FRP在60℃以上，強度有明顯下降。但可以選擇耐高溫樹脂，使長期工作溫度在200~300℃是可能的。

    老化現象

    老化現象是塑料的共同缺陷，FRP也不例外，在紫外線、風沙雨雪、化學介質、機械應力等作用下容易導致性能下降。

    剪切強度低

    層間剪切強度是靠樹脂來承擔的，所以很低。可以通過選擇工藝、使用偶聯劑等方法來提高層間粘結力，最主要的是在產品設計時，盡量避免使層間受剪。

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責任編輯：邢云輝

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