二、船用复合材料分类

　　目前，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，其中包含三个方面的重要复合物：增强材料、树脂（即基体）和芯层材料。

　　船用复合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）、防护等方格布五大系列材料，船用复合材料的分类及应用部位如图2 所示。

船用复合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、紫外等苛刻海洋环境要求；

　　耐老化，可满足船舶的长寿命要求。以上特性有别于其他船舶结构材料，也是其优势图2 船用复合材料及结构主要类型与典型应用的体现。从小型快艇开始，复合材料在船舶上的应用大概经历3 个阶段。

　　第一阶段，主要在扫雷艇等小型船舶上使用，性能要求低，可整体成型。第二阶段，在大、中型船舶上得到部分使用，但使用理念仍局限于传统的船体设计，复合材料在船上只是起到减轻质量、提高部件耐腐蚀能力等辅助作用。第三阶段，船舶在设计之初充分考虑使用中所面临的多种复杂情况，使用复合材料作为主船体材料，实现其他材料无法实现或难以实现的功效。目前，船用复合材料已经突破了第二阶段，向第三阶段发展。

　　三、国内外船用复合材料发展和应用现状

　　1 国外发展和应用现状

　　早期复合材料都是应用在小型巡逻艇和短切毡登陆舰上。相对差的制造质量和船体刚度限制了船舶的长度不能超过15 m，排水量不超过20 t。

　　近年来，随着复合材料设计、制备成本的降低，以及力学性能提高，复合材料开始在大型舰船，如猎雷艇和轻型护卫舰上得到应用。随着技术的发展，船舶的长度呈稳定的增加趋势，现在已有80~90 m 长的全复合材料海军舰船。

　　美国是复合材料科学技术发展最先进，复合材料应用最广、用量最大的国家，在船舶复合材料的应用方面，其规模和技术都走在世界前列。美国海军于1946 年采用聚酯玻璃钢建成了交通艇，是世界上第一艘复合材料舰船，随后又制造了玻璃钢登陆艇、工作船等。

　　为加快玻璃钢船舶的发展，美国海军在20 世纪50 年代中期规定16 m 以下船舶必须用复合材料制造。1954 年前后，美国的手糊成型工艺日趋成熟，1956 年建造了2 艘不同结构形式的小型扫雷艇，开始了玻璃钢在扫雷艇中的应用研究。

　　20 世纪60 年代早期，美国海军制造了第一艘全玻璃钢巡逻艇，20 世纪80 年代末90 年代初建造了复合材料猎/扫雷艇，艇体均采用高级间苯聚酯树脂，并以半自动浸胶作业制造，同期制造了采用凯夫拉增强的聚酯树脂单壳结构的巡逻艇。随后，美国海军又将复合材料引入了深潜器的制造。

　　1966 年采用石墨纤维增强环氧树脂建造的深潜器，其下潜深度可达6096m。进入21 世纪后，美国进一步加强了复合材料在船舶建造的应用，采用新型高强碳纤维/乙烯基树脂的夹心层结构，取代传统玻璃纤维等低强度纤维，建成的新型船舶稳定性高、航速快，并具有隐身、反潜、反水雷能力。欧洲复合材料船舶工业也十分发达。

　　20 世纪60年代中期，英国采用玻璃钢先后制造了450 t 的大型扫雷艇和625 t 的猎雷艇，1973 年采用复合材料建造了全玻璃钢反水雷艇，其成功应用推动了复合材料的迅速发展，20 世纪80 年代早期就制造了200 多艘全复合材料反水雷船舶。

　　20 世纪90 年代，英国成功应用碳-玻混杂纤维建造了摩托艇、巡逻艇等，随着技术的发展，近年来还成功应用回收塑料瓶再加工材料建造舰船，不仅降低了成本，还符合材料生物降解以及循环利用的发展方向。

　　瑞典于1974 年建成了第一艘夹层结构的玻璃钢扫雷艇，20 世纪90 年代成功研制了世界上第一艘复合材料隐形试验艇，并逐步发展形成了以高性能碳纤维和夹芯结构为特点的建造方式，开发建造了集先进复合材料技术和隐身技术于一体的系列轻型驱逐舰，已成功下水服役。

　　意大利于20 世纪80 年代中期开始相继建成多艘玻璃钢扫雷艇。日本自20 世纪50 年代起就开始建造玻璃钢船，在高性能船、赛艇和豪华游艇建造方面取得了不俗的成绩。进入21 世纪，日本开始研究制造高性能复合材料军用船舶，目前已成功建成第一艘玻璃钢复合材料扫雷艇并投入使用。

　　各国海军应用的复合材料制品还包括船舶上层建筑、推进器、桅杆等。法国海军于1992 年开始在船舶上层建筑采用聚力复材复合材料，可以有效降低船舶质量。前苏联最早将复合材料螺旋桨用于实船。

　　瑞典于1989 年开始研制复合材料推进轴，对几千种不同材料及表面处理方法进行了试验和评估以获得轴的最佳性能，制得的推进轴质量轻、弹性好、适应性强、不导电、耐腐蚀。美国从1995 年开始采用复合材料研究先进的全封闭桅杆，并成功装备于驱逐舰、航空母舰等。

　　此外由于复合材料可降低船舶的雷达信号特征以及红外（热）信号特征，因此复合材料还广泛应用于烟囱、舱壁、甲板、舵等次承载结构，在隐身及结构减重方面所做的贡献非常显着。

2 国内发展和应用现状

　　我国复合材料在船舶方面的研发应用起始于1958 年，第一艘玻璃钢工作艇诞生于上海。在20 世纪70 年代中期曾研制过一艘总长近39 m 的扫雷试验艇，此后对GRP/CM 反水雷舰艇的研发工作就中断了十多年。

　　20 世纪90 年代以来，随着技术发展与工艺引进，我国采用复合材料生产了大量游艇、帆船、救助艇，以及公安、武警、海监、海关等航速较高的巡逻艇、执法艇、缉私艇等准军事艇，但迄今为止还未设计建造一艘高科技含量的海军反水雷舰艇。

　　在复合材料船舶构件方面，我国在20 世纪60 年代末成功研制了复合材料声纳导流罩，并应用于潜艇，发展至今已形成较为成熟的应用。20 世纪80 年代后期研制开发了复合材料雷达天线罩、水雷壳体并投入使用，20 世纪90 年代成功研制了应用于大型水面船舶的复合材料桅杆以及上层建筑等。

　　与国外相比，目前我国船用复合材料非短切类粗纱粗纱应用范围和规模仍然较小。在原材料方面，目前我国已能生产国际市场上大多数品种的玻璃钢用增强材料，但与世界工业发达国家相比，在产品技术水平、品种、规格、质量等方面仍有较大差距，碳纤维、芳纶纤维等高性能纤维仍依赖于进口，树脂产能也严重落后。

　　在成型加工方面，RTM 工艺以其产品质量好、生产效率高等优点得到了广泛关注与快速发展，在工业发达国家已发展相当成熟，并且不断趋于完善，而我国则从20 世纪80 年代才开始引进RTM 工艺和设备，投入生产少，设备利用率低，目前RTM 工艺仍处于发展阶段。与国外相比，现阶段我国在船舶复合材料领域的应用技术和研发方面仍较为落后，仍有很大的发展空间。