“1958年当中国第一块玻璃钢研制成功后不久,作为其第一种产品的玻璃钢船艇几乎同时在我国的南北两地 诞生,由此拉开了我国FRP/CM船艇研制的帷幕,五十年之后,我国FRP/CM船艇工业取得了飞速发展,在世界 FRP/CM船艇领域占据举足轻重的地位”,曹明法在谈到与自己打了四十年交道的FRP/CM船艇船艇时,显得格 外的兴奋自豪。他从上世纪七十年代就与FRP/CM船艇结下了不解之缘,至今仍耕耘在玻璃钢/复合材料舰船 科研生产的第一线,他一路见证了我国玻璃钢/复合材料船艇工业发展的点点滴滴。
复材在线:您作为玻璃钢/复合材料船艇行业内的一名元老,与其打了几十年交道,见证了其发展的点点滴 滴,您是如何看待玻璃钢/复合材料船艇这一发展历程的?
曹明法:玻璃钢/复合材料(以下简称FRP/CM)是一种理想的新颖结构/功能材料,它具有传统均质材料无法 比拟的优良综合性能。自上世纪40年代中期第一艘FRP/CM船问世以来,世界各主要造船国家相继开始研制各 种FRP/CM船艇,30年间FRP/CM船艇开发的业绩超过了钢质船舶近一个世纪的发展历程,业已形成与木质、钢 质和铝质船舶有很大差异,且独具特色的FRP/CM船艇之材料、设计与制造技术。尤其是美、英、法、意、日 、瑞典、挪威和澳大利亚等国至今仍保持强劲的势头。近年来,随着FRP/CM船舶材料、设计和制造技术的迅 速发展,FRP/CM在军民用舰船中的应用已更加广泛。目前从数量上来看,最多的是游艇、渔船、救生艇、高 速艇、工作艇、巡逻艇等。美国是生产FRP/CM最早和最多的国家,早在1954年美国海军就规定16米以下的船 艇都采用FRP制造,2004年美国游艇的拥有量为1760万艘;据统计英国20米以下的船艇采用FRP/CM制造的已 超过80%;日本在上世纪70年代末建造的FRP游艇已超过20万艘,1993年FRP渔船的数量则已接近33万艘;此 外自20世纪80年代以来,英、法、荷、意等国都开始批量建造FRP/CM猎扫雷舰艇,共造了200多艘全部由复 合材料建造的反水雷舰艇,其中很多是50多米长,满载排水量超过600吨;而瑞典则在2004年建成了72米长 的“Visby”级全隐身轻型护卫舰,它是迄今为止世界上最大的、也几乎是最重的全部由复合材料制成的海 军舰艇;此后不久,新加坡皇家海军就与瑞典考库姆公司一起设计被称为NGPV级的新一代复合材料巡逻舰/ 轻型护卫舰,计划建造8艘,据说该舰长80米,排水量1016吨,是一艘具有隐身设计的三体船;美国海军考 虑在下一代轻型护卫舰中采用复合材料来取代钢材,初步设计研究了用复合材料建造长85米,排水量1200吨 战舰的可行性;瑞典海军预计将很快开始设计完全由夹层结构复合材料建造的90-120米长的战舰。
由上可见FRP/CM船艇经历了如下发展历程:用途由民用到军用;尺度和排水量由小到大;性能和航速由低到 高;艇体材料由玻璃钢到先进复合材料;艇体功能由单一的结构功能到兼具防弹、隐身等功能。
复材在线:在您从事玻璃钢/复合材料船艇研究的这几十年中,曾取得多项攻关科研项目的殊荣,您能给我 们简单的介绍一下吗?
曹明法:我从上海交通大学毕业进入708所工作后,参与的第一个科研项目就是玻璃钢船艇的设计研究,想 不到从此就使我与FRP/CM船艇结下了不解之缘。
-1975年期间,我有幸参加了总长近39米的中国第一艘大玻璃钢试验艇的研制工作,该艇长度仅次于当 时英国正在研制的世界最大的“Wilton”号玻璃钢扫雷艇,这是我国首次对FRP/CM船艇进行较全面的理论和 试验研究项目,1978年获得了“全国科学大会成果奖”。
“七五”期间,我作为“玻璃钢船艇结构研究”项目的负责人,与参研单位一起积极开展玻璃钢船舶结构的 理论和试验研究,获得部级科技进步二等奖;“八五”期间,由我主持的“船艇复合材料结构特性研究”和 “舰船用玻璃钢应用研究”这两项重点课题,取得了不少科研成果,该两项课题分别获得船舶总公司部级科 技进步二等奖和第七研究院科技进步一等奖;“九五”期间,我曾参与国家科委重点科技攻关项目 “大型 玻璃钢渔船的研制及产业化”的立项论证和部分研究工作,从中受益不浅;“十五”期间,由航空625所和 船舶708所共同承担的“大型抗冲击结构/隐身复合材料研究”课题项目,率先在我国复合材料船艇结构制造 中实现了先进环保的真空辅助成型工艺的突破;“十一五”期间,我主持了“玄武岩纤维复合材料在船艇中 的应用研究”这一重点项目,还参加科技部“863”有关FRP/CM船艇的项目,目前正在为完成该两个项目的 科研任务作最后冲刺。
复材在线:您作为玻璃钢/复合材料船艇领域的权威,您是如何看待目前我国玻璃钢/复合材料船艇的发展状 况?目前我国在该领域的水平如何?
曹明法:1958年当中国第一块玻璃钢研制成功后不久,作为其第一种产品的玻璃钢船艇几乎同时在我国的南 北两地诞生,由此拉开了我国FRP/CM船艇研制的帷幕。经过50年的发展,就其船体材料、设计和制造工艺发 展的历史沿革和技术状况,大致可分为以下三个阶段:
1) 初创阶段(1958年~改革开放前):从无到有,发展缓慢,技术低下;
2) 渐进阶段(改革开放后~20世纪末):从有到多,发展起伏,技术一般;
3) 加速阶段(2000年至今):由量到质,发展迅速,技术争上。
前两个阶段耗时四十余年,但就总体而言,其船体材料、设计计算和制造工艺等方面技术进展不快,可从以 下三方面表征其特点:
4) 材料方面:四十余年来一直采用由E玻纤(甚至中碱玻纤)纺织而成的传统无捻粗纱方格布和短切毡和 性能一般的不饱和聚酯树脂作为船体原材料,且无优质的国产结构芯材;
5) 设计方面:基本上仍沿用金属船舶的设计理念,其船体结构绝大多数采用常规的单板加筋结构型式,夹 层结构很少见;
6) 制造方面:几乎所有FRP/CM船厂均采用传统落后的手糊成型工艺方法,间或辅以喷射成型工艺,仅个别 船厂曾局部采用过真空袋压成型技术。
在前两个阶段中,从事FRP/CM船艇制造的200余家船厂中属于原中国船舶工业总公司的只有几家,绝大多数 均为地方上的中小型船厂(其中多数是民营小厂)。改革开放后,到大陆来投资设厂的港、台和国外的独资 或合资企业逐步增多,对国内FRP/CM船艇的发展起到促进作用。
第三阶段的前几年中,国内有些大的集团公司和欧美澳等外资公司已纷纷涉足我国的游艇行业, 因而国内 FRP/CM船艇技术发展的步伐明显加快。一些有远见的企业家不仅在关注和学习国外的先进技术,并且身体力 行地进行了实践。特别是近几年来,以太阳鸟、红双喜、澳普兰、宝达、中复西港、江龙和海斯比等为代表 的国内FRP/CM船艇制造业的先驱企业家们在采用先进的材料、设计和制造技术方面迈出了可喜的一大步。第 三阶段前期国内FRP/CM船艇技术的进展表现在以下几方面:
1) 打破了国内FRP/CM船艇几十年来一直沿用普通方格布作为增强材料和聚酯树脂作为基体树脂的格局,开 始采用先进的多轴向缝编织物和乙烯基酯等高性能树脂, 加之国产PVC泡沫结构芯材研发成功(常州天晟新 材料公司),大大提高了艇体的力学性能;
2) 结束了单板加筋结构这种单一的传统艇体结构设型式,开始进行夹层结构、硬壳式结构和波形结构等各 种艇体结构形式的设计和建造实践;
3) 打破了长期采用陈旧的手糊成型工艺之落后局面,实现了真空辅助成型工艺在FRP/CM船体制造中应用, 并进行了工艺过程在线检测的研究和实践。
上述情况表明,虽然从总体来看我国FRP/CM船艇工业尚落后于当今的国际水平,但近几年来在许多技术方面 变化非常迅速,进步很快,可以预计在不久的将来,中国就会成为世界级的竞争者。值得一提的是,2006年 国务院审议通过的《船舶工业中长期发展规划(2006-2015)》中提出, 为适应国内旅游休闲等行业的发 展,要大力开发个性化游艇等产品。此后不久,就有一些大集团在各地建立规模相当大的游艇制造基地。这 不仅将进一步激活长三角、珠三角、厦门、青岛和大连等地区的游艇经济,还将有力地推动中国FRP/CM船艇 工业技术的脱胎换骨,在更高的层次和水平上参与国际竞争,从而实现中国FRP/CM船艇工业新的突破。
复材在线:近年来玻璃钢/复合材料船艇业得到了飞速发展,您认为我们在取得进步的同时还存在哪些不足 ?我们应该采取哪些措施弥补不足?
曹明法:我想还是从技术层面上来谈一些看法和建议。
1) 国内FRP/CM船艇工业缺乏自主创新的技术
我国第一块玻璃钢研制者何宇声教授说:“创新是中国复合材料工业发展的关键”;我认为,创新也是中国 FRP/CM船艇工业发展的关键。纵观世界FRP/CM造船强国以往所创造的辉煌业绩,都是以其自主创新的技术优 势才获得这些硕果的。而国内FRP/CM船艇行业目前缺少的就是这种自主创新的能力和技术优势。怎么办呢? 我认为,产学研相结合才是一种事半功倍的途径。在创新的理念指导下,以创新的思维方法,发挥各家的特 长,优势互补,共同来开发创新的技术。
2) 培养FRP/CM船艇急需的复合型技术人才
世纪是复合材料的世纪,FRP/CM船艇业的发展需要复合型的专业人才。国内本行业内这类复合型人才确是凤 毛麟角,大多数工程技术人员先天都是缺了一条腿:学复合材料专业的不懂船艇设计和制造,学船舶专业的 不懂复合材料,懂的主要是金属船舶的设计和制造,对FRP/CM船艇知之甚少,只有通过长期的工作实践来积 累一些不成系统的知识。多年前,就曾提出大学造船学院设置FRP/CM船艇专业的建议,但一无合适教材,二 无复合型教师,巧妇难为无米之炊,时至今日,仍无作为。
3)加速与FRP/CM船艇材料、设计、制造工艺等最新技术的接轨
众所周知,FRP/CM船艇的原材料、结构设计和制造工艺这三者之间存在着密切相关、不可分割的关系,当原 材料和设计已确定后,船体的成型工艺与质量控制水平就成为决定船体性能的主要因素。目前,许多拥有高 技术含量的材料供应商不断进入中国,设计选材的余地很大,成型工艺和质量控制技术也在迅速发展。相比 之下,FRP/CM船艇的设计和计算技术有些滞后。发展的方向是采用铺层和结构设计与成型制造一体化的技术 ,国外已开发出一些与相关的设计制造一体化软件,建议择优引进。由于制造工艺和质量控制一直是国内 FRP/CM船艇工业的薄弱环节,因此,当前首先要大力推广低成本环保型的真空辅助成型技术,在此基础上, 再推进工艺过程在线检测技术的发展。
复材在线:您觉得金融危机对船艇行业特别是玻璃钢/复合材料船艇领域造成了什么影响?我们应采取哪些 措施应对这一挑战?
曹明法:金融危机对国外的船艇行业,特别是对欧美地区的FRP/CM游艇行业造成了很大的影响,但我认为对 国内的影响还是有限的。这是由于中国的FRP/CM船艇市场过去几乎完全集中在商用船艇和准军事用船艇(如 海关缉私艇、边防巡逻艇、公安艇、海监艇、港监艇以及交通、水利、渔政环保等政府执法艇)领域,而休 闲游艇和豪华游艇则是近几年才热起来的。我国政府为应对金融危机,及时采取了扩大内需、促进旅游和游 艇消费等积极措施,因而国内的商用和准军事用船艇市场几乎没有影响,受金融危机影响的主要是国内出口 型的游艇制造厂商,但是比对欧美地区的影响要小一些。
复材在线:您认为玻璃钢/复合材料在船艇领域的应用前景如何?
曹明法: FRP/CM在船艇领域的应用前景无疑是十分广阔的,我在回答第一个问题中已给出世界各造船强国 的许多业绩就足以佐证。近年来我国在民用FRP/CM船艇领域已有骄人的业绩,如太阳鸟游艇公司建成了亚洲 之最的长36米FRP/CM双体豪华游览观光船“名人”号,再如中复西港船艇公司正在研发我国最大的42米 FRP/CM远洋渔船等。遗憾的是,FRP/CM在我国海军舰船中的应用却很少,基本上还是一片未被开垦的处女地 ,等待有志者去开拓和耕耘。
复材在线:为了玻璃钢/复合材料船艇行业更快更好的发展,请您给我们提一些建议。
曹明法:这个问题涉及技术和管理两个层面。在第4个问题中我已从技术层面上提出了一些不成熟的建议和 意见,另一个层面是行业管理上如何使FRP/CM船艇行业更快更好的发展。由于本人没有行业管理的经验,这 个问题还是由中国船舶行业协会船艇分会的领导回答为宜。