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高分子材料在船舶上的应用与前景
学院：深蓝学院 班级：1622418812 学号：162210603114 姓名：陈坤
摘要：
随着现代科技的快速发展，高分子材料已是材料科学中最具代表性的、最具发展前途的一类材料。高分子材料以其优异的性能取代部分传统材料应用于民用、军用船舶领域。民用船舶材料趋向于牢固耐用、强度更高、舒适安全,军用船舶材料除了具备上述特点之外，要求隐蔽性更强、作战能力更强。高分子材料的可设计性满足了船舶材料多方面的需求。
关键词：高分子材料 船舶材料
未来前景
高分子材料以其加工简便、造价低廉、密度小、比强度高等一系列优点，在舰船建造和维修领域获得了越来越多的广泛应用，其应用技术已成为舰船与海洋工程中不可缺少的组成部分。舰船用高分子材料能减轻船体重量、降低建造成本、提高安全性和舒适性，在舰船与海洋工程领域具有重要的意义。
目前，高分子材料在舰船与海洋工程中的应用主要有以下几方面：（１）制造轴承和机器零件；（２）制造具有无磁性、吸震、透明等性能特点的电器和航海仪器的零件和元件（３）制造管系、海水泵、淡水泵以及其他部件；（４）用于舰船功能高分子材料及涂料，以及具有减阻、降噪、红外隐身、雷达隐身、防腐等特殊功能的舰船用涂料。舰船高新技术的发展主要集中在新武器的开发、舰船隐身化、新动力系统的采用和新船型的研究几个方面。舰船高新技术的发展对舰船材料提出许多新的要求，这就是舰船用高技术新材料发展的强大推动力，而高技术新材料又是舰船上高新技术实现的物质基础
舰船领域用材料
目前，阻尼高分子材料、高分子树脂基复合材料以及高分子吸声材料在舰船领域中发展最快，应用最广。1.阻尼材料
随着高新科技的发展，对阻尼材料的要求也越来越高。研究和开发综合性能优良的高性能阻尼材料已成为科学工作者的研究热点。目前，阻尼材料正朝着宽温、宽频、功能复合化的方向发展。我国阻尼材料的研究已经取得了很大的进展，但与发达国家相比仍有较大差距。
在现代海战中，舰船的隐身化水平的高低决定着战争主动权的归属。舰船在航行过程中会产生噪声，采用减振、降噪技术降低舰船噪声可以提高舰船的隐蔽性，提高攻防能力。在进攻上降低自噪声可以提高声呐的探测距离，在防御上可明显提高本舰船的隐身能力从而大大提高舰艇的隐蔽性。舰船减振降噪治理的主要部位有主机、辅机、浮筏、管路、舱室、螺旋浆及附体、船体等，目前，橡胶阻尼材料已在很多领域广泛应用，且其需求量日益增大。在西方，相关的机构对阻尼材料展开了大量的研究工作。德国从20纪50代开始，首先研制了自由阻尼结构；美国从20纪50代初首先开始研制约束阻尼结构，并应用于核潜艇艇壳和主机基座上。现在，阻尼合金技术也已趋于成熟，美国海军采用Ｍｎ－
Cu合金制造潜艇螺旋桨，取得了明显的减振效果。20纪80代后，国外阻尼减振降噪技术有了更大的发展，他们借助CAD/CAM材料进行了设计与试验，并进行了整体结构的阻尼减振降噪优化。
我国在20世纪70年代前后开始进行阻尼减振降噪材料的研究工作。北京材料工艺研究所研制的ZN-10和SZN-11阻尼材料，能与钢板结构模量很好地匹配，具有很好的耐水性，噪声可降至64dB；洛阳船舶材料研究院研制生产的SA-3高阻尼黏弹性材料主要由高聚物和无机填料组成，具有良好的阻尼、阻燃和耐介质性能，已经成功应用于潜艇的噪声治理。此外，阻尼胶合板、智能型阻尼材料也越来越成为研究热点。
除了军事上的应用外，阻尼材料对高速船亦是降低振动响应的一种有效方法。可在主机座、机舱前壁和机舱船底板架铺设阻尼涂层，这既可消耗激励能量，降低振动响应，亦可减少结构声传递。此外，阻尼材料还可用于水翼船的水翼减噪、制造潜艇的螺旋桨以及舰艇底板、隔板、座椅的降噪等，应用前景非常广阔 2.树脂基复合材料
树脂基复合材料是指用纤维(如石墨纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维等)增强的复合高分子材料。这些复合材料不仅有优异的力学性能(其拉伸强度高于普通钢材,比强度可为普通钢材的6倍以上,比模量可达普通钢材的3倍以上),而且还有耐腐蚀、吸收电磁波等特性,已成功地用作舰船的基本结构材料[3],特别是用于建造导弹艇等小型舰船。美国海军用石墨纤维增强环氧树脂制造出无人操纵潜艇的耐压壳体,该艇的下潜深度为6096m,其耐压壳体的质量与排水量的比例为0.58,可提供421kg的正浮力,美军还计划用石墨纤维增强的复合材料代替金属钛制造封头,以便使整个耐压壳体组件的质量与排水量的比例降到0.5以下。美国的/佩里0驱逐舰上装甲是用芳纶增强复合材料制造,/洛杉矶0级核潜艇的声纳导流罩也是高分子复合材料制品。俄罗斯开发出一种碳纤维增强的高分子材料,该材料摩擦系数小,水中不发软,在-200~+150e的温度范围内性能无明显变化,已用于制造舰船活塞、轴承等部件。德国开发出碳纤维环氧树
脂螺旋桨,该螺旋桨有高的强度,而且比金属轻25%~35%,有利于高速艇的加速。由于这种材料还有良好的阻尼性能,因此用它制造浆叶,使噪声等级相对于金属浆下降5dB。瑞典考库姆船厂制造的/维斯比0轻型护卫舰[5],其舰体、甲板和上层建筑基本都是碳纤维增强塑料夹层板制成的。这种材料不仅结构坚实,而且无磁性,有利于降低舰船产生的磁场,并有良好的抗震性能,而且可以绝热,对舰艇内各种机械设备产生的红外辐射有较好的屏蔽作用。这使得/维斯比0舰被敌方探测的距离可缩短至13km以内。
树脂基复合高分子材料常用的加工方法有手工制造、喷射成型、模压、层压等工艺,目前加工工艺正向自动化、连续化、整体化方向发展。正在发展的新工艺[6]还有挤压成型、真空袋热压釜成型、软模成型、片状模成型、纤维树脂粒料注射成型、反应注射成型、薄膜叠层复合成型、真空辅助夹层灌输法,这些技术的日趋成熟将为树脂基复合材料在舰船上的应用提供新的发展机遇。3.消声吸声高分子材料
在近代海战中,潜艇的战术、技术性能越来越取决于隐形技术的水平,各国海军都已投入了大量的人力物力来研究潜艇的隐蔽性问题。提高潜艇的隐蔽性必须从安静化和隐形化两方面着手。消声瓦作为潜艇最外面的一层屏障,它能吸收声纳波,减少敌主动声纳的作用距离从而提高潜艇声隐形能力。消声瓦或消声涂层从以下两方面减少潜艇的特征信号:减少潜艇向海洋辐射的自噪声量级和减少潜艇反射声纳波的能量。德国在二次大战后期便在潜艇上敷设了一层谐振式吸声橡胶,这是最早的消声瓦。在60年代初期,前苏联、英国就开始研究使用包敷消声材料的方法来防止主动声纳的探测,相继出现了各种消声瓦或消声涂层。到60年代后期,前苏联已开始了消声瓦在舰艇上的应用研究。目前俄罗斯的消声瓦是橡胶类化合物,表面光滑,内部采用空腔结构,预先硫化成型,然后粘贴到潜艇上。日本采用多层橡胶的谐振结构消声瓦,具有较宽的吸声频带。美国消声瓦的研制工作起步较晚,但发展很快,目前不仅在新建的核潜艇上敷设有消声瓦材料,对在役的核潜艇也用消声瓦进行了改装。
用作消声瓦的高分子材料除了具有一定使用温度范围的低频宽带耐高静水压的良好吸声性能,还必须具有良好的机械性能,如机械强度大,有弹性,有一定的硬度,耐压,耐冲击,耐海水浸泡冲刷,耐老化等,以及良好的施工性能,因此选择消声材料必须综合考虑。在舰船领域应用展望
未来高分子材料在舰船阻尼材料、涂料、消声材料等方面将有更大的发展。未来的高分子阻尼材料将向着高阻尼性能、工作温度宽、高强度、耐老化和低污染的方向以及结构———智能一体化的方向发展。阻尼材料是集机械力学和材料力学、声学、材料加工等多学科、跨领域的材料，需要进一步定量的研究。
涂料方面，开发环境友好型防污、隐身、防腐的多功能涂料是２１世纪海洋涂料的发展方向之一，无毒、低表面能防污涂料、自抛光防污涂料、来源广泛的生物仿生防污涂料将是未来发展的重点。当前新型海洋防污涂料技术的开发势在必行。
消声高分子材料方面，减振复合材料、压电阻尼减振消声材料、压磁阻尼吸声材料、声斗篷、声子晶体等领域将是将来的研究重点。未来舰船要突出吸声隐身的要求，在设计和选材时可考虑选择多功能材料来代替只有单一功能的材料。
参考文献
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