船艇制造商的复合材料使命
Neville Hutton在普通大众中的知名度并不是很高，但在上具竞争力的航海帆船运动员中，他的名字却排在前列。在先进的航行比赛中，无论是需要更新、更快还是更先进的帆船，他们都去找他。英国Lymington郡的N. Hutton船艇制造公司虽然没有固定的雇员，却生意兴隆，他们根本不做广告，每年仅制造一艘大型的新船。Hutton的一部分秘密正在于他们掌握了将先进复合材料用到船体中的技术，提高了船艇的航行性能。
Neville Hutton制造的船艇名单就像是一卷比赛冠军名录。Mean Machine, Innovision, Telefonica, Caixa Galicia和Patches都是船艇的名字，业内专业人士对其耳熟能详，之后，Hutton制造了Hugo Boss和Artemis 2，两艘船都是先进的Open 60型船。成立30年以来，N. Hutton船艇制造公司已经制造了近50艘船，从21英尺的Mini Transat Aberdeen Asset到大型的60英尺的“skimming dishes”，都是新型的Open 60型船艇。其中还有ILC40, IMS 50 and TP52级单体船和Formula 40三体船。除了初的少数几艘全部都是由复合材料制成的。
生产工艺
Hutton从20世纪70年代开始他的职业生涯，在家乡Lymingto郡的Berthon船艇公司作了5年的学徒。他从沏茶、擦地板、杂事开始，他很幽默的说，现在这些事在自己的公司他还会做。他初建造木船，由于工作追求完美，很快被指派到重要的项目中去。在Berthon的后一年他独立制造了一艘quarter-ton级木质赛艇。
1978年，Hutton雄心勃勃地离开公司，在Beaulieu附近开始设计制造54英尺长的Van de Stadt型 木质船艇。20世纪80年代早期，他开始了玻璃纤维增强塑料结构的制造，建造轻快的赛艇，例如Rob Humphreys设计了三艘quarter-ton级Roller Skate。迄今为止，他了解到自己乐于制造这种定制性能的船艇，而不是那种量产的船艇。他知道复合材料由于结合了高强度和低重量特性，在水中具有很大的竞争优势。但是对于Hutton而言，复合材料从来不是商业材料。
正如他所说的：“我从来不制造普通的玻璃纤维船（意思是短切纤维毡/聚酯）。我总是根据所制造的船挺和所用材料来定制玻纤的性能。”
早期的West System的引进证实了环氧树脂的优势，这自从与SP System公司（Gurit公司的一部分）的紧密合作以来就持续到现在。该公司可以满足船艇制造商对于材料和复合材料结构工程的所有要求。Hutton是采用真空固化获得优异的强度和固化层压材料性能的早期代表。尽管他已经放弃早期所采用的湿法手糊工艺，转而采用对生产效率更高的预浸料和半预浸材料，但真空袋固化环氧树脂仍然是结构主体。
初的几艘船是阳模成型的，但是今天Hutton生产的船体和甲板都是用阴模成型的，因此，不再需要填充和修整，节省了材料和人工。早期的许多船，特别是20世纪90年代，增强材料采用的都是Kevlar纤维，这主要是由那时的等级标准规定的。
那段时期，典型的高性能层压材料是由4-5层单向Kevlar/环氧树脂构成的，每两层材料之间夹有一层聚氯乙烯（PVC）泡沫，例如 DIAB的Divinycell。但是，Hutton回忆说，Kevlar并不是适合生产的材料，因为不容易切割和浸润。
就在那时，碳纤维出现了，初是用于主要的Kevlar结构的局部增强，因此就有了大量由Kevlar-碳纤维之层的万吨级船艇。但自从那时起行业规则发生了改变，碳纤维大量替代了芳纶增强材料。这种纤维具有非常好的性能，而且Hutton指出这并不会增加船的成本。
“尽管碳纤维的单位面积成本较高，但实际上并不是贵的增强材料。”他解释，“碳纤维更容易加工，减少了劳动量。而且由于它独特的强度，同样的结构性能，可能需要5层芳纶纤维才能达到，而中间夹有芯材的3层碳纤维就可以达到。另外，碳纤维浸润的树脂更少，这也是一种材料的节省。”
层压材料的组成取决于船体设计师和结构工程师，Hutton与他们紧密合作。只有单向和织物形式的纤维被采用，每艘赛艇完成后，设计师和工程师都会对载荷分布更了解，对特定的载荷方向上的工程强度更加熟悉。因此，船艇变得越来越轻，越来越容易驱动。高延展性碳纤维是主流的增强材料，尽管一些中等模量的纤维只是有选择的被采用。Hutton不使用高模量碳纤维，因为这样制造出来的船艇硬度太高，在航行过程中容易破裂。
现在的赛艇一般采用5层碳纤维预浸料（200 g/m2），每一层中间都夹有芯材，现在所采用的芯材一般是 Nomex蜂窝材料而不是PVC泡沫。用于高压部件的整体结构通常会需要12毫米厚的层压材料，在龙骨面周围可能要更厚。
要制作符合要求的层压材料，Hutton会在制造过程之前订购所需的预浸料及其他材料。就Hutton近所制造的船艇尺寸而言，所订购的材料数量是相当大的，这证实了材料供应商的较高的服务水平。材料是订购的，根据船艇制造商/设计师/工程师三方的要求而制成。例如，Hutton会指定纤维与树脂的比例，通常为65-70%，有时还需要所交付的预浸料带有一层胶膜。新送达的预浸料被仔细存储在工厂冷藏室内，
像其他处于前沿的船艇制造商一样，Hutton也从材料的持续发展中获益，例如对一定强度的层压材料来说，树脂固化温度更低。例如，SP的SE70预浸料在70℃固化时，所得到的性能与从前需要在84℃固化的树脂一样。这对于定制船艇制造商来说非常重要，因为他们使用经济的木质模具，而不是昂贵的航空材料。
N. Hutton船艇制造公司在Lymington郡的工厂内已经运营了11年，那里有两座Eurotherm炉，一个可以容纳70英尺长的船体和甲板，另一个可以固化舱壁和其他平直的部件。后者具有自动的温度带控制功能，大量的热电偶会反馈温度信号，较大的炉子是手动控制的。炉子通常的工作温度在70-85℃之间，如有需要，可以加热到120℃。
大型夹层船体或甲板的典型固化过程包括每分钟升温1/3达到40℃，并将此温度保持几个小时；然后进一步升温到60℃，再恒温2小时；接下来继续升温1/3，达到固化温度（75-80℃），部件再此温度下固化14个小时。Hutton喜欢在真空状态下于30-45℃进行一种称作“warm de-bulk”的过程，以便去除多余的树脂，降低层压材料的重量。
将材料进行正确的铺放和加工行程终的层压材料后，才能体现出材料的优越性能。Hutton没有固定的工人，但这给了他一定的自由，可以在一个制造项目开始时，雇佣上好的层压工人。寻找这些技能高超的自由职业并不是一件难事，一旦Hutton的新项目公布出来，那些人会很快取得联系并组成一个高效的工作团队。
对Hutton来说，人际关系是重要技能，因为他必须管理来自于不同地区的才干不同的人，并与顶尖的设计师和工程师紧密合作，同时还要满足船艇所有者和他们的项目经理的要求。
Artemis 2赛艇
N. Hutton船艇制造公司制造的新的赛艇是IMOCA Open 60 Artemis Ocean Racing II，目前正由英国人Jonny Malbon驾驶着在大西洋航行，参加今年11月开始的Vendee Globe单桨环球航海大赛。虽然出于为客户保密的原则，Neville Hutton不能对这艘正在比赛的赛艇多说什么，但其他消息人士还是提供了额外的细节。
今年3月下水的Artemis 2是由Lymington郡的Rogers赛艇设计公司根据Vendee Globe的标准设计的，将要驾驶她的Jonny Malbon也参与了设计。18.5米长的船体配有相对较宽的6米长的梁，使其在海水的压力下具有很好的形状稳定性。她与Artemis团队之前（和现在）Open 60 Artemis 1是不同的，后者通过龙骨来提高船的扶正力矩和逆风性能。按照航海业希望获得好运的传统，桅杆是跨过一枚硬币的。
在其他高性能游艇上容易出现故障的高应力部件龙骨翼板在Artemis 2上是由不锈钢成型的。由于高拉伸强度钢在焊接过程中存在问题，所以没有采用；而复合材料并不是非常适合这种应用。这艘船必须要经受整个环球赛程的严峻考验，包括在没有任何支援设备的情况下经受南部海洋的恶劣气候。
船体和甲板是由碳纤维/Nomex夹层结构采用阴模成型的。North Sails英国公司采用碳纤维/Kevlar成型的船艇装有一根碳纤维桅杆，桅杆高出甲板26米，由Formula Spars公司生产。SP的资深结构设计工程师Luke McEwen与其同事Andrew Whittaker和Francisco Santos采用先进的有限元分析（FEA）方法来确保船体足够的强度和刚度，这进一步降低了Open 60的重量限制，因此整个赛艇的重量仅为8.8吨。
“FEA以及我们从其它船艇制造过程中累积的经验数据和加速计测量数据可以让我非常了解层压材料的内部。” McEwen说，“我们还利用层压材料的弯曲，来进一步研究船体前端的高冲击载荷，从而根据可能的航行条件来优化层压材料。例如，在这个部位，我们采用CoreCell（苯乙烯-丙烯腈）结构泡沫芯材，而不是Nomex。”
另一个需要特别注意的部位是龙骨和船体的连接处。水舱测试和计算流体动力学（CFD）模拟加强了我们对这一复杂水力界面的了解，因此在这一部分就可以优化船体的形状。而复杂结构需要一个可以转动的整流罩来适应龙骨的运动。
Neville Hutton说，Artemis 2有5个水密舱壁，这些防水隔板（特别是船体的）可以分散龙骨结构和船帆设备的载荷，它们是船体中复杂的复合材料结构。结构和制造团队面临的挑战之一是驾驶者Jonny Malbon希望其水秘舱壁具有更大的开口以及双重通道，来更加容易地在恶劣条件下操纵船。这其中报进行大量的计算工作，以及认真的设计和在开口周围铺放增强材料。单人驾驶的船艇设计还要关注其他性能，包括要提供足够应对天气变化的小舱室，密切关注导航站位置和其他运行条件。
船体是在木质阴模模具中垂直成型的，并经过了仔细的修整。外部的蒙皮和芯材是一步共成型的，在75℃固化；真空袋被去除后就可以铺放用于内部蒙皮的预浸料层，然后进行真空固化。在层压材料形成过程中，按照实际尺寸准备的测试板被送往SP进行测试，这是一种质量控制手段。SP公司的SP70 SPRINT预浸料和SP70 SPRINT被用于船体的单体部件（无芯材）的制造，例如龙骨周围。芯材主要是Nomex，在船体前端有选择的使用CoreCell。大多数碳纤维材料是高延展性的单向纤维，还有一些0/90°的双轴织物和其他织物。
甲板的制造与此大致相同，只是在不同的车间。主要的水密舱壁和内饰件是插入或粘接到船体上的。然后甲板被粘接到船体上部的一个法兰上。
对于船艇制造商Neville Hutton来说，Artemis 2的制造过程中令人满意的先是获得了这一制造任务，然后得到了一个近乎完美的高性能结构。对他来说，没有什么比这更重要了。他说他讨厌在家自己动手做，因此工作条件要受限制，手边从来没有合适的工具。在接受《增强塑料》采访时，他还不确定下一个制造任务是什么，但是已经有了几个选择，他相信10月份他的工厂会忙于制造下一季的先进的赛艇。他又将受托生产另一艘复合材料赛艇。
Neville Hutton制造的船艇名单就像是一卷比赛冠军名录。Mean Machine, Innovision, Telefonica, Caixa Galicia和Patches都是船艇的名字，业内专业人士对其耳熟能详，之后，Hutton制造了Hugo Boss和Artemis 2，两艘船都是先进的Open 60型船。成立30年以来，N. Hutton船艇制造公司已经制造了近50艘船，从21英尺的Mini Transat Aberdeen Asset到大型的60英尺的“skimming dishes”，都是新型的Open 60型船艇。其中还有ILC40, IMS 50 and TP52级单体船和Formula 40三体船。除了初的少数几艘全部都是由复合材料制成的。
生产工艺
Hutton从20世纪70年代开始他的职业生涯，在家乡Lymingto郡的Berthon船艇公司作了5年的学徒。他从沏茶、擦地板、杂事开始，他很幽默的说，现在这些事在自己的公司他还会做。他初建造木船，由于工作追求完美，很快被指派到重要的项目中去。在Berthon的后一年他独立制造了一艘quarter-ton级木质赛艇。
1978年，Hutton雄心勃勃地离开公司，在Beaulieu附近开始设计制造54英尺长的Van de Stadt型 木质船艇。20世纪80年代早期，他开始了玻璃纤维增强塑料结构的制造，建造轻快的赛艇，例如Rob Humphreys设计了三艘quarter-ton级Roller Skate。迄今为止，他了解到自己乐于制造这种定制性能的船艇，而不是那种量产的船艇。他知道复合材料由于结合了高强度和低重量特性，在水中具有很大的竞争优势。但是对于Hutton而言，复合材料从来不是商业材料。
正如他所说的：“我从来不制造普通的玻璃纤维船（意思是短切纤维毡/聚酯）。我总是根据所制造的船挺和所用材料来定制玻纤的性能。”
早期的West System的引进证实了环氧树脂的优势，这自从与SP System公司（Gurit公司的一部分）的紧密合作以来就持续到现在。该公司可以满足船艇制造商对于材料和复合材料结构工程的所有要求。Hutton是采用真空固化获得优异的强度和固化层压材料性能的早期代表。尽管他已经放弃早期所采用的湿法手糊工艺，转而采用对生产效率更高的预浸料和半预浸材料，但真空袋固化环氧树脂仍然是结构主体。
初的几艘船是阳模成型的，但是今天Hutton生产的船体和甲板都是用阴模成型的，因此，不再需要填充和修整，节省了材料和人工。早期的许多船，特别是20世纪90年代，增强材料采用的都是Kevlar纤维，这主要是由那时的等级标准规定的。
那段时期，典型的高性能层压材料是由4-5层单向Kevlar/环氧树脂构成的，每两层材料之间夹有一层聚氯乙烯（PVC）泡沫，例如 DIAB的Divinycell。但是，Hutton回忆说，Kevlar并不是适合生产的材料，因为不容易切割和浸润。
就在那时，碳纤维出现了，初是用于主要的Kevlar结构的局部增强，因此就有了大量由Kevlar-碳纤维之层的万吨级船艇。但自从那时起行业规则发生了改变，碳纤维大量替代了芳纶增强材料。这种纤维具有非常好的性能，而且Hutton指出这并不会增加船的成本。
“尽管碳纤维的单位面积成本较高，但实际上并不是贵的增强材料。”他解释，“碳纤维更容易加工，减少了劳动量。而且由于它独特的强度，同样的结构性能，可能需要5层芳纶纤维才能达到，而中间夹有芯材的3层碳纤维就可以达到。另外，碳纤维浸润的树脂更少，这也是一种材料的节省。”
层压材料的组成取决于船体设计师和结构工程师，Hutton与他们紧密合作。只有单向和织物形式的纤维被采用，每艘赛艇完成后，设计师和工程师都会对载荷分布更了解，对特定的载荷方向上的工程强度更加熟悉。因此，船艇变得越来越轻，越来越容易驱动。高延展性碳纤维是主流的增强材料，尽管一些中等模量的纤维只是有选择的被采用。Hutton不使用高模量碳纤维，因为这样制造出来的船艇硬度太高，在航行过程中容易破裂。
现在的赛艇一般采用5层碳纤维预浸料（200 g/m2），每一层中间都夹有芯材，现在所采用的芯材一般是 Nomex蜂窝材料而不是PVC泡沫。用于高压部件的整体结构通常会需要12毫米厚的层压材料，在龙骨面周围可能要更厚。
要制作符合要求的层压材料，Hutton会在制造过程之前订购所需的预浸料及其他材料。就Hutton近所制造的船艇尺寸而言，所订购的材料数量是相当大的，这证实了材料供应商的较高的服务水平。材料是订购的，根据船艇制造商/设计师/工程师三方的要求而制成。例如，Hutton会指定纤维与树脂的比例，通常为65-70%，有时还需要所交付的预浸料带有一层胶膜。新送达的预浸料被仔细存储在工厂冷藏室内，
像其他处于前沿的船艇制造商一样，Hutton也从材料的持续发展中获益，例如对一定强度的层压材料来说，树脂固化温度更低。例如，SP的SE70预浸料在70℃固化时，所得到的性能与从前需要在84℃固化的树脂一样。这对于定制船艇制造商来说非常重要，因为他们使用经济的木质模具，而不是昂贵的航空材料。
N. Hutton船艇制造公司在Lymington郡的工厂内已经运营了11年，那里有两座Eurotherm炉，一个可以容纳70英尺长的船体和甲板，另一个可以固化舱壁和其他平直的部件。后者具有自动的温度带控制功能，大量的热电偶会反馈温度信号，较大的炉子是手动控制的。炉子通常的工作温度在70-85℃之间，如有需要，可以加热到120℃。
大型夹层船体或甲板的典型固化过程包括每分钟升温1/3达到40℃，并将此温度保持几个小时；然后进一步升温到60℃，再恒温2小时；接下来继续升温1/3，达到固化温度（75-80℃），部件再此温度下固化14个小时。Hutton喜欢在真空状态下于30-45℃进行一种称作“warm de-bulk”的过程，以便去除多余的树脂，降低层压材料的重量。
将材料进行正确的铺放和加工行程终的层压材料后，才能体现出材料的优越性能。Hutton没有固定的工人，但这给了他一定的自由，可以在一个制造项目开始时，雇佣上好的层压工人。寻找这些技能高超的自由职业并不是一件难事，一旦Hutton的新项目公布出来，那些人会很快取得联系并组成一个高效的工作团队。
对Hutton来说，人际关系是重要技能，因为他必须管理来自于不同地区的才干不同的人，并与顶尖的设计师和工程师紧密合作，同时还要满足船艇所有者和他们的项目经理的要求。
Artemis 2赛艇
N. Hutton船艇制造公司制造的新的赛艇是IMOCA Open 60 Artemis Ocean Racing II，目前正由英国人Jonny Malbon驾驶着在大西洋航行，参加今年11月开始的Vendee Globe单桨环球航海大赛。虽然出于为客户保密的原则，Neville Hutton不能对这艘正在比赛的赛艇多说什么，但其他消息人士还是提供了额外的细节。
今年3月下水的Artemis 2是由Lymington郡的Rogers赛艇设计公司根据Vendee Globe的标准设计的，将要驾驶她的Jonny Malbon也参与了设计。18.5米长的船体配有相对较宽的6米长的梁，使其在海水的压力下具有很好的形状稳定性。她与Artemis团队之前（和现在）Open 60 Artemis 1是不同的，后者通过龙骨来提高船的扶正力矩和逆风性能。按照航海业希望获得好运的传统，桅杆是跨过一枚硬币的。
在其他高性能游艇上容易出现故障的高应力部件龙骨翼板在Artemis 2上是由不锈钢成型的。由于高拉伸强度钢在焊接过程中存在问题，所以没有采用；而复合材料并不是非常适合这种应用。这艘船必须要经受整个环球赛程的严峻考验，包括在没有任何支援设备的情况下经受南部海洋的恶劣气候。
船体和甲板是由碳纤维/Nomex夹层结构采用阴模成型的。North Sails英国公司采用碳纤维/Kevlar成型的船艇装有一根碳纤维桅杆，桅杆高出甲板26米，由Formula Spars公司生产。SP的资深结构设计工程师Luke McEwen与其同事Andrew Whittaker和Francisco Santos采用先进的有限元分析（FEA）方法来确保船体足够的强度和刚度，这进一步降低了Open 60的重量限制，因此整个赛艇的重量仅为8.8吨。
“FEA以及我们从其它船艇制造过程中累积的经验数据和加速计测量数据可以让我非常了解层压材料的内部。” McEwen说，“我们还利用层压材料的弯曲，来进一步研究船体前端的高冲击载荷，从而根据可能的航行条件来优化层压材料。例如，在这个部位，我们采用CoreCell（苯乙烯-丙烯腈）结构泡沫芯材，而不是Nomex。”
另一个需要特别注意的部位是龙骨和船体的连接处。水舱测试和计算流体动力学（CFD）模拟加强了我们对这一复杂水力界面的了解，因此在这一部分就可以优化船体的形状。而复杂结构需要一个可以转动的整流罩来适应龙骨的运动。
Neville Hutton说，Artemis 2有5个水密舱壁，这些防水隔板（特别是船体的）可以分散龙骨结构和船帆设备的载荷，它们是船体中复杂的复合材料结构。结构和制造团队面临的挑战之一是驾驶者Jonny Malbon希望其水秘舱壁具有更大的开口以及双重通道，来更加容易地在恶劣条件下操纵船。这其中报进行大量的计算工作，以及认真的设计和在开口周围铺放增强材料。单人驾驶的船艇设计还要关注其他性能，包括要提供足够应对天气变化的小舱室，密切关注导航站位置和其他运行条件。
船体是在木质阴模模具中垂直成型的，并经过了仔细的修整。外部的蒙皮和芯材是一步共成型的，在75℃固化；真空袋被去除后就可以铺放用于内部蒙皮的预浸料层，然后进行真空固化。在层压材料形成过程中，按照实际尺寸准备的测试板被送往SP进行测试，这是一种质量控制手段。SP公司的SP70 SPRINT预浸料和SP70 SPRINT被用于船体的单体部件（无芯材）的制造，例如龙骨周围。芯材主要是Nomex，在船体前端有选择的使用CoreCell。大多数碳纤维材料是高延展性的单向纤维，还有一些0/90°的双轴织物和其他织物。
甲板的制造与此大致相同，只是在不同的车间。主要的水密舱壁和内饰件是插入或粘接到船体上的。然后甲板被粘接到船体上部的一个法兰上。
对于船艇制造商Neville Hutton来说，Artemis 2的制造过程中令人满意的先是获得了这一制造任务，然后得到了一个近乎完美的高性能结构。对他来说，没有什么比这更重要了。他说他讨厌在家自己动手做，因此工作条件要受限制，手边从来没有合适的工具。在接受《增强塑料》采访时，他还不确定下一个制造任务是什么，但是已经有了几个选择，他相信10月份他的工厂会忙于制造下一季的先进的赛艇。他又将受托生产另一艘复合材料赛艇。
