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复合材料在游艇船舶制造中的应用

复合材料的商业应用已经有超过50 年的历史。在商业化的初始阶段,它们只是用在航空航天和国防等高端应用中。随着技术的不断进步,复合材料开始在不同的终端用户行业得到商业化应用,例如体育用品、民用航空、汽车、船舶、土木工程和建筑。截至目前,复合材料的成本(包括原材料和制造方面)较往年已有大幅下降,这使得它们得以大规模应用于越来越多的行业。


复合材料是纤维和树脂材料按照一定比例混合而成的。而树脂基体决定了复合材料的最终形状,纤维作为增强材料,则用于强化复合材料部件。树脂和纤维的比例随着一级供应商或原始设备制造商(OEM)所要求的部件强度和刚度的不同而变化。


与树脂基体相比,主承力结构需要更高比例的纤维,而二级结构只需要在树脂基体中加入四分之一的纤维。这一点适用于大多数行业,树脂和纤维的比例取决于制造的方法。


复合材料游艇


海上游艇产业已成为全球复合材料(包括泡沫芯材)消费的主力军。然而,它也经历了一个低迷时期,造船活动放缓,库存攀升。这种需求的减少可能是因为消费者的谨慎、购买力的下降,以及有限的资源重新分配到了利润更高更核心的商业活动中去。造船厂也重新调整他们的产品和商业策略以减少损失。这一时期有许多小船厂由于营运资本的损失,无法维持正常业务,从而被迫退出或被收购。大型游艇(>35 英尺)的制造遭受打击,而小船(< 24 英尺)成为了制造焦点。


这种情况在未来可能会继续,小型船艇将成为船用复合材料的主要驱动力。


为什么是复合材料?


复合材料在船艇制造方面比金属和其他传统材料,如木材,具有更多的优点。与钢或铝等金属相比,复合材料可以将部件的总重量减少30 ~ 40%。重量的整体减少带来了一连串的二次优势,如更低的运营成本、更少的温室气体排放和更高的燃油效率。复合材料的使用还通过部件整合,消除了紧固件,从而进一步降低重量。


复合材料也为船艇建造师提供了更大的设计自由度,从而有可能制造出形状复杂的部件。此外,如果将复合材料与有竞争力的材料相比,复合材料部件的寿命周期成本明显更低,因为它的维护成本更低,而且由于具有耐腐蚀性和耐久性,其安装和装配的成本也更低。这就难怪复合材料在船艇原始设备制造商和一级供应商之中的接受度越来越高。


船用复合材料


尽管复合材料也有缺点不足,但许多造船厂和一级供应商仍坚信,海上游艇将会采用更多的复合材料。


广东雅博圣制造的玻璃钢复合材料游艇


虽然大型船艇预计将使用更多的先进复合材料,如碳纤维增强复合材料(CFRP),但小型船艇将成为整个船用复合材料需求增长的主要推动力。例如,在许多新的游艇和双体船中,先进复合材料,例如碳纤维/ 环氧树脂和聚氨酯泡沫,被用来制造船体、龙骨、甲板、横架、钻机、舱壁、纵桁和桅杆,但这些超级游艇或双体船只占船艇总需求的一小部分。


生产制造过程中的科技进步使得复合材料部件的成本实现了整体降低,也达到了更高的生产量。现在开模成型技术正逐渐向闭模成型工艺转变,例如从利用较多手工劳动、消耗较多时间的手糊、喷射等开模工艺转向一系列闭模成型技术,如树脂传递成型(RTM)、真空辅助RTM 成型(VARTM)、轻型真空树脂灌注成型(RTM Light)、真空树脂浸渍成型(VIP)、闭腔真空袋成型(CCBM)、Seemann 复合材料树脂浸渍成型工艺(SCRIMP)。这些闭模成型工艺具有更大的灵活性,可以生产出各种尺寸和复杂程度的零件;能够以更快的速率进行生产(得益于自动化和更少的手工劳动);还可以得到较高的部件质量,因为孔隙含量降到了最低的程度。


但是全球经济放缓影响了全球许多行业,船艇产业也不例外。


船艇的整体需求包括机动船(舷内、舷外和船尾驱动)、喷气船、私人船艇和帆船(游艇)。


复合材料行情将处于上行轨道, 因为玻璃纤维、热固性和热塑性树脂的价格将随着原油价格的增长和其他投入成本的增加而上升。不过,碳纤维的价格由于产能的增加和备用前驱体的发展,预计在不久的将来将会有所下降。但是其对船用复合材料价格的总体影响将不会很大,因为碳纤维增强复合材料只占船用复合材料需求的一小部分。


另一方面,玻璃纤维依然是船用复合材料的主要纤维材料,不饱和聚酯和乙烯基酯则是主要的聚合物材料。聚氯乙烯(PVC)将继续在泡沫芯材市场占据主要份额。


据统计,玻璃纤维增强复合材料(GFRP)占整个船用复合材料需求的80% 以上,而泡沫芯材占15%。其余的是碳纤维增强复合材料,它们主要用于大型船艇和小众市场的关键撞击应用中。


不断增长的船用复合材料市场也见证了新材料和新技术的发展趋势。船用复合材料供应商开始了不断探索创新,引入新的生物树脂、天然纤维、低排放的聚酯、低压预浸料、芯材和编织玻璃纤维材料。这一切都是为了增加可回收性和可再生性,降低苯乙烯含量,以及提高加工性能和表面质量。(来源:网络)






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