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船用复合材料的应用(碳纤维/玻璃钢/芳纶)

   日期:2022-01-18     来源:易复材/复材新天地/复材网    浏览:721    
核心提示:船用复合材料,尤其是应用于船体结构的复合材料,以聚合物基复合材料为主,按结构可分为层合板(纤维增强复合材料)和夹层结构复
船用复合材料,尤其是应用于船体结构的复合材料,以聚合物基复合材料为主,按结构可分为层合板(纤维增强复合材料)和夹层结构复合材料两大类型,其中含三个方面重要复合物:增强材料、树脂(即基体)和芯层材料。
  
按照承载部位不同可分为:主承力结构、次承力结构、非承力结构等。按照功能可分为:结构、阻尼、声学(包括吸声、隔声、透声)、隐身(包括吸波、透波、反射、频选)、防护等五大系列材料。
  
性能的优越性主要体现在:轻质高强,能有效提高船体的储备浮力;结构功能一体化,在满足结构承载的情况下性能可设计,通常具有声学、雷达、减振、防护、低磁等其他性能,一般的材料成型过程同样是结构成型过程;耐腐蚀,可满足高盐、高湿、紫外线等苛刻海洋环境要求;耐老化,可满足船舶的长寿命要求。
  
目前碳纤维复合材料已经广泛应用于航空航天、体育休闲、汽车工业、环境能源、土木工程等领域,其应用范围几乎是无处不在,其中,在小船、游艇、大型舰艇以及其他船舶领域,碳纤维的应用正在取得进展。碳纤维是用于船舶领域的理想材料,因为它可以减少船体振动,保持船舶之间良好的无线通信环境等。
用用
此外,使用碳纤维的最重要原因是这种材料可以通过减轻重量,提高船舶的速度和燃油经济性。例如,通过采用碳纤维增强复合材料(CFRP)替代玻璃纤维复合材料(GFRP),可使船体的重量降低。
  
碳纤维及其复合材料在游艇中的应用,通过在上层结构与甲板装置中使用CFRP,可进一步减轻重量、提高船舶的稳定性;碳纤维传动轴也可以实现减轻重量、减少震动;碳纤维在螺旋桨叶片中也有潜在的广泛应用。
  
早在上世纪40年代,美国海军就运用复合材料来建造小型舰艇,从此掀开了船舶建造新的篇章,其在上世纪50年代中期就规定16m以下的船艇须用复合材料制造。随着材料科学的发展、施工方法和应用形式的改进,1994年美国利用复合材料建成长达68.3米的“复仇者”级扫雷艇。1996年建造的深潜探海艇,其外壳采用的就是石墨纤维增强的复合材料,艇的下潜深度可达6096m。2006年制造的代号M80的“短剑”(Stiletto)是最新型高速隐形试验快艇,是碳纤维一次成型的最大船体,由于工艺无焊接、无铆接,大幅度实现了船只的整体轻量化,在艇长24.4m,宽12.2m的情况下,吃水仅0.9m,排水为67t,使快艇能够轻易获得较高航速。美国洛杉矶级核潜艇也采用新型的复合材料制造声纳导流罩,其长7.6m,最大直径8.1m,且性能优良。美国海军还将军事装备舰船向传统的气垫船发展。常规气垫船采用类似飞机上的铝质硬式壳体为基础材料,而美国全地形海陆两栖气垫船公司(ATLAS气垫船)开发出一种名为AH-100-P的全复合材料的气垫船,设计可容纳150名乘员。
 
作为亚洲复合材料舰船制造大国,早在1953年日本就开始建造玻璃钢船,到了上世纪70年代日本的渔船开始广泛的使用玻璃钢,自此之后,日本每年都会制造上万艘玻璃钢渔船并且技术越来越完善。如今日本的玻璃钢产量居世界前列,仅海洋机动渔船的玻璃钢用量就占76.3%。同时在碳纤维等高性能复合材料的研制以及生产中,日本在国际上也占据着重要的地位,其高性能船舶、比赛用艇及豪华游艇现以广泛的采用高性能碳纤维复合材料。
  
碳纤维有高强度和高模量两类,具有高刚度、高屈服强度、高弯曲强度的特性,一般用于高性能、高速度船舶的制造。日本碳纤维销售世界各地,主要用于高速快艇、高性能赛艇、豪华游艇等船艇制造。
  
芳纶纤维高比强、高韧性、抗冲击、可防弹的特性,用于对受拉、受动载荷、防弹要求高的船艇构件。由于压缩弯曲强度低,不适用于高压缩、高弯曲的船壳制造,只适用于严格限重的舰船。
  
船艇制造中考虑成本时,在满足设计要求的前提下,出现了使用混杂纤维复合材料的设计方法。多种纤维增强材料的混杂使用,克服了单一纤维复合材料的某些缺点,改善物理力学性能,进一步提高材料的可设计性。通过增强材料形成的二维、三维织物,可根据设计需要进行制造,满足舰船的强度、层内、层间性能,进一步实现舰船轻质高强要求
 
因复合材料重量轻,美国海军计划在动力舱中采用玻璃增强酚醛复合材料,包括船用柴油机的气缸、缸盖、油底壳、凸轮罩、支承滚轴、调速链轮以及水泵、油泵、滑车等。
  
水面舰艇的一些机械元件也可采用复合材料制造,在减轻船体重量的趋势中,推进系统的动力传输部件的减重也提到了议事日程。典型的是在2或4台高速柴油机通过减速齿轮箱驱动喷水推进器的高速船上,无论柴油机与齿轮箱之间,还是齿轮箱和喷水推进装置之间的距离都缩短了。尤其是在双体船狭小的空间里要求错落布置4台柴油机,前部柴油机中发出的功率必须通过后部的柴油机传输出去。因此,这就要求配备重量最轻、部件最少的传动装置。而采用由碳纤维管材料的驱动轴,能够轻而易举地达到减轻传动部件重量的目的。
  
CFRP驱动轴的主要优点包括:明显地减轻了驱动轴的重量;临界速度高,长轴系上通常不需要布置轴承,减少了轴承的数量,降低了成本,减轻了轴系,减少了部件,节省了轴承支撑件的成本以及减轻了重量;耐腐蚀、低磁信号、电信号、抗磨损,可降低结构和空气中的噪声达520dB。(来源:易复材/复材新天地)
 
中国造船业接单量连续三年世界第二,七年世界第一,市场前景可期;船舶与海洋工程为实现“碳达峰 碳中和”双碳目标,对于轻量化、零排放、新燃料船型设计与应用有迫切需求,在此需求中,复合材料是应用潮流所趋。
  
故此,为全面贯彻落实国家十四五规划,助力船舶与海洋工程完成双碳目标的历史性任务,学习交流国内外船舶复合材料及制品的先进技术、前沿工艺与市场趋势,中国船舶工业行业协会船艇分会、广东渔船渔机渔具行业协会与中国复材网定于2022年3月27-29日在广东?珠海共同主办“2022船舶复合材料应用高峰论坛暨新工艺·新材料·新应用工厂现场演示会”,邀请船舶与海洋工程的专家学者深度探讨交流新船型、新材料、新应用。
  
本次论坛主题是"船舶与海洋工程轻量化"。论坛将由中国船舶工业行业协会船艇分会秘书长做行业报告,并邀请知名船企技术专家、科研院所专家学者做专业报告,使与会代表客观深入了解该领域复合材料应用现状,讲技术,谈应用,析市场,构建一个“材料—制品—装备—终端市场”无缝对接的全产业链优化平台。论坛还计划展示国内科研院校的部分复合材料制品科研成果,搭建起研产对接平台,有利于企业顶层设计及调整规划,发挥复合材料与制品优势,助推船舶与海洋工程的繁荣发展。
  
同时,论坛期间还将安排参观海星游艇集团、亚光科技集团股份有限公司(原名:太阳鸟游艇股份有限公司)等四家企业,现场学习船艇复合材料制造工艺。诚邀国内外复合材料领域专家、学者、企业家和行业同仁莅临大会,共谋复材新未来。
  主办单位
  中国复合材料信息网
  中国船舶工业行业协会船艇分会
  广东渔船渔机渔具行业协会
  协办单位
  海星游艇集团
  亚光科技集团股份有限公司(原名:太阳鸟游艇股份有限公司)
  大会议题
  船舶与复合材料市场应用现状及未来发展方向
  合材料在船舶双碳战略中的优势与案例分析
  超40米运维船复合材料技术研发与难点攻关
  复合材料在渔船中的应用挑战与变革方向
  碳纤维复合材料在新船型中的应用
  零排放新燃料船舶中的复合材料部件应用与设计
  复合材料在船舶与海上风电的防腐防护优势与案例分析
  双碳目标新船型复合材料规范与标准
  复合材料在船舶低成本高效生产现状与发展趋势
  玻璃纤维在游艇应用上的技术现状与研发进展
  复合材料制品模具设计技术前沿与痛点解决方案
  复合材料脱模技术进展与前沿应用
  复合材料真空导入工艺技术解析与应用探索
  复合材料PET芯材研发进展与应用案例
  复合材料制品打磨技术现状与发展趋势
  复合材料旧船回收问题的解决与方向
  报告嘉宾
  华承昌
  图片
  中国船舶工业行业协会船艇分会秘书长
  中国船舶工业行业协会船艇分会秘书长,《游艇业》杂志主编,长期从事游艇产业研究。
  报告题目:
  全球游艇产业的现状及发展趋势
  报告大纲:
  1.游艇的定义和产业链
  2.全球游艇产业现状
  3.欧盟游艇产业现状
  4.意大利游艇产业现状
  5.美国游艇产业现状
  6.中国游艇产业现状及趋势
  参观企业
  海星游艇集团(Heysea Yachts Groups)
  总部设在香港,生产基地位于位于江门市新会区,创始人和管理层拥有近20年专业游艇建造经验,拥有一支优秀的研发设计团队及汇聚丰富经验的品质控制、工艺管控以及熟练专业技术工人的队伍。公司业务主营研发、设计及生产中大型游艇及帆船,旗下产品主要分为游艇、超级游艇及帆船三大板块,将国际上最新科技和最时尚元素迅速应用在船艇上,带给船东匠心独具的品质体验和海上高贵生活方式的愉悦享受。海星具备强大的研发、设计及建造能力,个性化定制中大型游艇,是国内第一家获得中国船级社(CCS)游艇型号认证的厂家、有丰富的意大利船级社(RINA)认证、CE认证、香港海事署认证经验。
  亚光科技集团股份有限公司(原名:太阳鸟游艇股份有限公司)
  致力于高技术船用电子、船用装备及其产品的研发、设计、生产。是军工电子、微波雷达、智能船艇系统解决方案提供商。公司注册资本6亿元,拥有湖南长沙、广东珠海和四川成都三个工业园区,公司员工人数2500人。太阳鸟智能船艇产品共有三大系列:特种艇(从10m-80m)20个规格,30种型号;商用艇(从10m-90m)20个规格,50种型号;游艇(从6m-60m)30种规格,60种型号。产品销售覆盖全国三十二个省,其中为华为公司、格力电器等知名企业提供产品与服务。公司自主品牌已成功进入国际市场,出口至美国、英国、意大利、西班牙、澳大利亚、东南亚、中东以及非洲与美洲等国家和地区。
  拟邀请参会单位
  1. 造船企业与风电企业
  2. 国内外复合材料制品生产商及复合材料设计单位
  3. 国内外复合材料生产供应商
  4. 国内外复合材料应用工装及设备供应商
  5. 船舶复合材料科研院所
  日程安排
  03月27日
  (星期日)
  13:00-21:00
  大会报道,对接交流.
  03月28日
  (星期一)
  大会当天
  09:00-12:00
  14:00-18:00
  19:00-21:00
  船舶复合材料市场分析报告.
  船舶新材料、新技术、新应用报告.
  欢迎晚宴,商务洽谈.
  03月29日
  (星期二)
  08:30-15:00
  参观企业,针对复材工厂实际生产中遇到的问题展开探讨.
  时间 / 地点
  时间:2022年3月27日—29日
  地点:广东珠海
  相关事项
  会务费标准
  复材网会员:3000元/人,非会员3800/人
  (含全部相关会议资料、会议通行证及会议用餐).
  注:住宿由会务组统一安排, 费用自理.
  会务费请按要求提前汇入指定账户,会务组统一开具发票,开票资料请发邮箱 :frp@cnfrp.com
  报名方式
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