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浅析复合材料应用于船艇的优缺点分析(二)

放大字体  缩小字体 发布日期:2011-05-16   来源:复材在线   浏览次数:2010  分享到: 分享到腾讯微博
船艇用复合材料有其优点和不足,但是,从长期的发展来看,它的发展空间巨大。

普利茅斯大学的John Summerscales提出了现代复合材料应用中最后一个比较混乱的特征,他谈到了不同公司在描述树脂灌注工艺时,然他们试图与其他公司的区分来来,但他们所使用的名字和缩写基本是相同的。故此,他提出了一种分类系统,所有的灌注工艺被分为以下四类:

◆在织物平面的树脂灌注

◆采用流动介质或分散网的树脂灌注

◆树脂薄膜灌注

◆预浸料技术   

这些都是介于RTM和真空袋成型工艺之间的柔性模具树脂渗透法(resin infusion under flexible tooling,RIFT)工艺。用这种四级分类法取代现在所用的名称/缩写组合命名法(论文中一共列举了19种),可以让现在的状况比较清晰。

目前有一个鼓舞人心的消息时:斯堪的纳维亚半岛地区的全复合材料的船艇已经建成了,并已开始服役。这些船艇的优势令运营者非常满意,例如,它们相对于传统船艇具有更低的燃油消耗,而且不会被腐蚀,维护也更少。

Kockums 公司的M.Hakansson说,燃油成本的增长趋势对于轻量设计的需求非常急迫,促进了先进复合材料在船身、甲板和其他结构中的应用。

Kockums采用碳纤维复合材料作为其新型双体渡船的主结构材料,因为碳纤维比玻璃纤维更轻、更硬、更牢固,又比金属轻得多,已成为小型船艇结构的主要复合材料。例如,由碳纤维复合材料外壳和聚合物泡沫或轻木芯材组成的夹层结构可能比相同的钢质结构轻75%。Kockums看好轻量的先进碳纤维复合材料结构在各种船艇中的应用,包括这艘风机供给船。

价格是碳纤维更广泛应用的一个障碍。但是Kockums通过对材料组合和结构泡沫的测试和仔细挑选材料,可以控制其承受能力。在所使用的碳纤维/乙烯基酯树脂层压板以真空灌注作为其最主要的生产工艺,其中,纤维是中等强度的,比那些强度最大的最高等级的纤维便宜很多。

瑞典斯德哥尔摩国防材料部(FMV)的Anders Lonno提醒参会代表,碳纤维复合材料对军用船艇尤其做出了巨大贡献。最知名就是2000年下水的第一艘Visby级轻巡洋舰,长73米、重650吨、速度达40节。该船在其真空灌注的夹层结构中采用了高延展率的碳纤维(Toray T700)和具有延展性的高密度芯材(Divinycell HD)。这使得船具有更低的雷达和磁场信号,优化的重量使动力需求和燃油消耗远远低于金属或玻纤增强塑料制成的船艇。采用了真空灌注的先进复合材料的Visby展示了本世纪内复合材料船艇结构的进步。而更加基础的湿法手糊玻纤/聚酯树脂外壳、PVC泡沫芯材夹层结构是于20世纪70年代首次应用于反水雷艇的。

瑞典的Visby级轻巡洋舰为先进碳纤维复合材料结构在军舰中的使用树立了示范性的标准。Visby已不再是军用复合材料船艇的最高成就。在2010年,Kockums最新设计的巡逻艇和战斗舰清楚表明了复合材料艺术的最新演变。在最新的设计中,使用了更多的材料,以获得更广泛的混合性能。夹层板仍然是首选结构形式,因为它们实际上有两层外壳,因此具有高抗弯性能和超常的耐损伤性。

同时,碳纤维、芳纶纤维或玻璃纤维外壳的多种基体树脂和大量芯材都可以在设计时明确指定,然后根据所需的性能进行混合定制。细心的材料和工艺选择可以使设计者将重量、磁场信号、雷达信号和保养都减至最低,同时还可以赋予船艇结构防弹、阻燃、耐冲击和耐损伤的性能。

 

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