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船用复合材料指南(海洋工业中使用的现代复合材料)

复合材料被广义地定义为用增强材料增强粘合剂的材料。用现代术语来说,粘合剂通常是树脂,增强材料由玻璃原丝(玻璃纤维)、碳纤维或芳纶纤维组成。然而,还有其他复合材料,如钢筋水泥和木树脂,它们仍用于造船。

船用复合材料指南(海洋工业中使用的现代复合材料)

与传统的木材或钢材方法相比,复合材料具有更高的强度重量比的优势,并且它们需要较低的技能水平来生产半工业规模的可接受的船体饰面。

船用复合材料的历史

钢筋水泥

可能最早用于船的复合材料是钢筋水泥。这种材料在二十世纪上半叶被广泛用于建造低成本、低技术含量的驳船。

在本世纪后期,它不仅在一次性家庭项目中流行起来,而且在生产造船者中也流行起来。由钢筋(称为电枢)制成的钢架形成船体形状,并覆盖有铁丝网。然后用水泥抹平并固化。尽管是一种廉价且简单的复合材料,但电枢腐蚀是化学侵蚀性海洋环境中的常见问题。然而,今天仍有成千上万的“铁”船在使用——这种材料使许多人实现了他们的梦想。

玻璃钢

在第二次世界大战期间,就在聚酯树脂刚刚开发出来之后,人们偶然发现了一种在熔融玻璃流上使用吹气的生产工艺,从而可以使用玻璃纤维。很快,玻璃增强塑料成为主流,GRP​​ 船在 1950 年代初开始出现。

木材/粘合剂复合材料

战时的压力也导致了冷模和热模造船技术的发展。这些方法需要在框架上铺设薄木单板,并用胶水浸透每一层。为飞机制造商开发的高性能尿素基粘合剂被广泛用于成型船体的新技术——通常用于PT 船。一些粘合剂需要在烤箱中烘烤才能固化,并且开发了热成型船体,但由于使用工业烤箱存在尺寸限制。

船用现代复合材料

自 1950 年代以来,聚酯和乙烯基酯树脂稳步改进,GRP 已成为造船中最普遍使用的复合材料。它也用于造船,通常用于需要非磁性船体的扫雷艇。早期船只遭受的渗透问题现在已成为现代环氧化合物的历史。在 21世纪,玻璃钢船的批量生产遵循完整的工业生产过程。

木材/环氧树脂成型技术今天仍在使用,通常用于划艇。自引入高性能环氧树脂以来,其他木材/粘合剂复合材料已经发展。条板铺板 是一种流行的家用船建造技术:木条(通常是雪松)纵向铺设在框架上并涂上环氧树脂。这种简单的结构提供了一种廉价而坚固的构造,并且业余爱好者可以轻松实现其光洁度。

在造船的前沿,芳纶纤维增强加强了帆船的关键区域,例如船头和龙骨部分。芳纶纤维还提供改进的减震效果。碳纤维桅杆越来越普遍,因为它们提供了主要的性能和船舶稳定性优势。

帆船也在其帆结构中使用复合材料,碳纤维或玻璃纤维带提供了一种灵活但尺寸稳定的基质,合成帆布层压在上面。

碳纤维还有其他海洋用途——例如用于超级游艇上的高强度内部成型和家具。

复合材料在造船业的未来

碳纤维的成本随着产量的增加而下降,因此片状碳纤维(和其他型材)的可用性可能会在船舶生产中变得更加普遍。

材料科学和复合材料技术发展迅速,新的复合材料包括碳纳米管和环氧树脂混合物。最近,一艘带有碳纳米管船体的小型海军舰艇作为概念项目交付。

轻便、强度、耐用和易于生产意味着复合材料将在船舶建造中发挥越来越大的作用。尽管有所有新的复合材料,纤维增强聚合物复合材料仍然存在很多年,尽管它肯定会与其他奇异的复合材料合作。

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