玻璃钢船,是由玻璃纤维增强塑料(Glass
纤维 Reinforced Plastics,FRP)制造而成的船舶,也叫做FRP船。玻璃钢船排水量通常在500t以下,涵盖了从军用猎雷艇,扫雷艇,登陆艇,交通艇,到民用高速客艇,渔船,游艇,救生艇,工作艇和赛艇等多种类型。
20世纪40年代中期第一艘
玻璃钢船问世,60年代早期,
美国海军制造了第一艘全玻璃钢巡逻艇。自此世界各个主要造船国家相继开始研究玻璃钢船。至1975年玻璃钢船舶开发业绩超过钢制船舶近一个世纪的发展历程。21世纪随着玻璃钢船舶材料技术的迅速发展,玻璃钢在军民用船艇中的应用日益广泛。
玻璃钢船船舶重量轻,船体强度高,耐腐蚀,抗冲击,减震,绝热性和电绝缘性好,船体表面光洁,节省能源,使用寿命长,容易维修保养。全球玻璃钢船舶制造业正迅速发展,船只的尺寸逐渐增大。伴随着新材料的持续推出和新工艺的不断融入,尤其是新型
夹芯结构材料的面世,为制造更大型的
玻璃钢船只和延长其使用寿命奠定了坚实的基础。
发展历史
发展背景
20世纪40年代中期,第一艘玻璃钢船问世。自此,世界主要造船国家相继开始研制各种玻璃钢船艇,20多年的时间玻璃钢船舶的发展就超过钢制船舶发展历程近一个世纪。
发展过程
美国
1946年,
美国海军采用
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16m以下船舶必须用复合材料制造。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,80年代末90年代初建造了复合材料猎/扫雷艇。随后,美国海军又将复合材料引入了
深潜器的制造。
英国
20世纪60年代中期,英国采用玻璃钢先后制造了450t的大型扫雷艇和625t的猎雷艇,1973年采用
复合材料建造了全玻璃钢反水雷艇,80年代早期制造了200多艘全复合材料反水雷船舶。90年代,英国用碳-玻混杂纤维建造了摩托艇,巡逻艇等。
瑞典
1974年,瑞典建成了第一艘夹层结构的玻璃钢扫雷艇,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。
意大利
意大利于80年代中期开始相继建成多艘玻璃钢扫雷艇。
日本
日本自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。
法国
法国海军于1992年开始在船舶
上层建筑采用复合材料,可以有效降低船舶质量。
中国
1958年,中国内地造出第一艘玻璃钢工作艇。历经50年的发展,中国内地已建造了从3-39米,成千个型号的玻璃钢船数十万艘。
1965年,中国台湾引进国外先进玻璃钢船船技术并建立了新式工厂玻璃钢船艇工业逐渐发展。1975 年起玻璃钢游艇工业已成为台湾重要出口产业。至1987年,台湾产品行销全球,位列当时世界第三,也是出口最多地区。同时,木质
渔船几乎被
玻璃钢渔船所替代。
发展现状
中国内地区
改革开放以后,玻璃钢船艇工业发展迅速。至今已建造成千个型号,长度跨度从3米到39米的各型玻璃钢船艇, 数量多达数十万艘。在2005年,中国台湾区年产玻璃钢游艇共计39艘,总长度已经达到 3661 英尺。出口额高达2亿美金,世界排名第五。
截至2018年,玻璃钢游艇在世界上2000多万艘6-20米左右的中小型游艇中,所占比例超过了90%,在
英国,80%以上的 20 米以下各类船艇是玻璃钢艇。
日本,玻璃钢渔船已在其数十万艘的渔船中占据了90%以上。
美国在21世纪,采用新型夹心层结构,取代传统
玻璃钢等低强度纤维,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。
基本结构
游艇结构
游艇的建造都采用玻璃钢材料制造艇体,除了传统的玻璃钢平板外,可以选择玻璃钢“
三明治” 夹芯板材结构,提高玻璃钢板整体
刚度。对于玻璃钢艇的板带筋材结构中的
BOBBIN结构,型材的样式会选用帽形截面,通过特定的截面形式来抵抗扭曲和弯曲变形。
救助艇结构
船体总布置
救助艇主甲板以下由三道舱壁划分为四个舱室,从首至尾分别为
艏尖舱,驾驶舱,医疗舱和机舱,其中尖舱后舱壁与机舱前舱壁为水密舱壁。艇艏设登艇梯1部,驾驶舱内布置有驾驶和导航等相关设备及驾驶员和船员座椅,医疗舱设有二个通道。
艇体结构
救助艇主艇体为单底单
甲母质纵
键线式结构,底部设中内
龙骨,旁内龙骨,底
肋骨(部分强肋骨)和底纵骨。舷部设舷肋骨(部分强肋骨)和舷纵骨,舷纵骨穿过舷肋骨并在开口处加补板。甲板设甲板纵桁和甲板横梁(部分强横梁),甲板纵桁连续,甲板横梁穿过甲板纵桁,并在开口处加补板。舱壁设有纵向扶强材下部与底部龙骨和纵骨连续,上部与甲板纵桁连续,设有横向扶强材,两端与舷
纵谷连续。
材质与工艺
材质
玻璃钢学名纤维增强复合塑料,俗称FRP(
纤维 Reinforced Plastics)。玻璃钢材料根据所使用的纤维
增强材料不同进行分类,可分为玻璃纤维增强复合塑料(GFRP),
硼纤维增强复合塑料,
碳纤维增强复合塑料(CFRP)等几大类。通常的玻璃钢材料指玻璃纤维增强复合塑料,它是以玻璃纤维制品(
玻璃丝布,玻璃丝毡,
玻璃纤维带等)作为增强材料,以树脂作为
基体材料,共
固化后形成的一种
复合材料。所以
玻璃钢是由增强纤维材料和基体材料所组成的。玻璃纤维材料的直径很小,通常在10μm以下,缺陷比较小,而且少。玻璃纤维的断裂应变约在千分之三十以内,是一种容易损伤断裂的
脆性材料。基体
没药树材料相对于纤维材料来说,可以经受住大的应变,但强度和模量都要低的很多。基体树脂材料通常是一种具有弹塑性和粘弹性的韧性料。
生产工艺
玻璃钢船艇生产工艺流程复杂,具体步骤大致如下:模具制作(包含木型制作,木型处理,模具制造和模具处理)→上下艇体糊制(包含上
脱模剂,
胶衣,喷涂,积层制作和
固化)→构件加强(筋材制作和舱壁板预制与安装)→脱模→合拢(包含上下体修整,合拢和二次交接)→机电安装和装修→下水→调试→试航→交付。
成型工艺
手糊法
手糊法也可称为大体积表面
涂层或多层应用和铺展法。一般用在已经准备好各种脱模成型措施的工业模具上,反复喷涂一层橡胶农用
聚酯树脂(在脱模剂上或涂上脱模蜡)。当胶凝度达到一定程度一定时间后,橡胶农用
没药树(通常是不饱和聚树脂材料,这种调配是在2种树脂中分别加入1种引发
促进剂和聚合促进剂,使胶农树脂在一段时间范围
内能完全
凝结并形成一种固体)。在喷涂橡胶农树脂层上反复涂刷一层后,再铺上事先按工业模具设计尺寸加工裁剪好的纤维增强弹性材料(又称
玻璃纤维布或毡)。用各种刷帚,
刮板或辘等专用工具迅速使各种增强塑性材料完全浸透每层树脂,排除所有气泡,并迅速使每层树脂均匀分布,树脂含量适当均匀,一层喷涂完再开始进行下一层,如此反复多次,直到完成规定
涂层厚度(不含层数)为止。树脂容易硬化,容易
脱发,修理后可成为脱发成品。
模压法
模压法是一种
机械加工常用方法,将各种专用于塑钢模压加工成型的塑钢模塑料(包括浸渍的氧化树脂成型玻璃片或纤维,一般有1个片状的成型
SMC公司及1个团状的成型bmc2种),按照所需要的重量进行称量后,再装进成型钢模中合模,通过高压加热进行加压,几分钟内将
锤子科技同化,修正脱毛后则完成。
喷射法
喷射系统由2个
喷雾器,1个水池在喷嘴内由2个管道组合而成。从1根管子游泳池开始成型,另1个管池里有
促进剂,在喷嘴内混合喷出,另1个喷嘴是
玻璃钢。通过喷出口的切断机,用长切口的短纤维喷出
压缩空气,双口具有一定角度,将喷出的树脂和短纤维配合模具面成型,代替手工作业,该方法由机器进行。
连接技术
胶接
粘合剂一般是通过形成整个船体的一种不饱和液体
聚酯树脂的适量材料引发粘合剂,通过添加船体促进剂等材料制成船体f面。喷涂
胶衣层时,必须充分掌握胶衣层的
固化程度。
舱壁及重要舱层构件的连接,在两侧之间采用多层连接毡片或等效形式方法与连接相邻舱层结构进行连接。对接件与
接插件用多层塑料包装粘合工艺进行粘合,对接
导线接头一般分为双面导线接头和单面导线接头。
驾驶室等
上层建筑与
电路板的连接,当
预制板厚度大于4mm时,考虑采用斜搭接。需要二次粘接时,应先将粘接面用水打磨干净,加大各连接器与表面的接缝宽度,再用高强度二次粘接剂仔细处理粘接。
连接
芯材本身连接或嵌入组合,对接的方式无效,芯材可以同时连接或嵌入组合和对接。对于不直接参与有效芯材自身强度综合测量结果计算的有效芯材应用的芯材,可以采用预埋连接和连接或连接2种运算方式,同时嵌入式组合连接。
主要特点
优点
玻璃钢拥有的强度和钢差不多,重量轻,不会
生锈,抗腐蚀,耐海水,抗老化等优异功能,因而玻璃钢船在抗侵蚀以及维修养护部分要比钢质,木制的船只优秀。钢质以及铝合金等金属材质的船只外体以及在水下的部分比较容易出现腐蚀,在维护方面使用的经费高,玻璃钢船艇可以使用很久,维修的次数很少。
缺点
玻璃钢的抗磨性能不高,刚性差,并且容易燃烧,所以玻璃钢船艇尽管技能不错,依旧需要对腐蚀方面以及维修养护方面多注意。
标准规范
发布的CCS规范(2013版修订建议案),由于中国
玻璃钢行业的弯曲
弹性模量的平均水平低于 ISO标准的推荐性能,对弯曲弹性模量在ISO推荐性能的基础上作 了一定的放宽;而对于层间
剪切强度,建议案在中国首次加入层间剪切强度的测试要求,其衡准略高于ISO。
发展趋势
全球玻璃钢船舶制造业正迅速发展,船只的尺寸逐渐增大。伴随着新材料的持续推出和新工艺的不断融入,尤其是新型夹芯结构材料的面世,为制造更大型的玻璃钢船只和延长其使用寿命奠定了坚实的基础。新型乙烯基树脂胶衣和Barriercoat树脂的引入,有效解决了玻璃钢船体表面气泡问题,增强了消费者对玻璃钢船舶及其它
玻璃钢制品的信任。然而,中国对一些新兴材料的利用尚未充分,尽管部分夹芯结构材料已被采用,但其应用范围依然狭窄,且仍有新型夹芯材料未得到广泛推广。特别是对于玻璃钢船体外观美化方面的重视不足,以及对乙烯基树脂胶衣和Barriercoat树脂潜在价值的认识不足,这些都制约了国内玻璃钢船舶制造业向更高水平发展的潜力。
为了使中国玻璃钢造船业在国际市场上取得一席之地,迫切需要加快对新材料和先进工艺的采纳与应用,进而推动整个行业的技术进步和市场竞争力。
应用领域
军用领域
20世纪50,60年代国外
玻璃钢舰船技术发展非常迅速。各国海军根据玻璃钢无磁性,耐腐蚀等特征研制各种扫雷艇,猎雷艇;利用其重量轻,强度高等性能制造高速
巡逻舰,
猎潜艇和小型军辅船以及其他一些新型舰船装备海军。
20世纪70,80年代美,英,日,
俄罗斯,
意大利,
荷兰,
瑞典等国不但对玻璃钢材料用于建造小型舰艇进行了开发研究而且对用于大中型舰艇也进行了研究,加大玻璃钢舰船向大型化发展。1971年,
英国建造了当时世界上第一艘玻璃钢猎雷艇“Wilton”号而在1978年建造的“ HMS布莱肯”号玻璃钢扫雷艇的艇长更是达到60m,排水量615t,航速17kn。
美国海军在90年代初进行了DD级
驱逐舰上层建筑全部采用
玻璃钢材料建造的研究,提出了采用分段建造,区域
舾装等先进建造技术并开发了玻璃钢施工操作的机器人。挪威海军于90年代初开始研制的总长超过55m的玻璃钢侧壁
气垫猎雷艇,成功地将气垫技术应用于反水雷舰艇中。至1997年已实现了建造9艘艇的目标。90年代末,
挪威又采用SCRIMP工艺(真空辅助成形工艺)成功地建造了Skjold级隐身
巡逻舰。同期,
瑞典海军也采用SCRIMP工艺技术建造了72m长的Visby级全隐身轻型护卫舰。
民用领域
自20世纪50年代,中国,
美国,
日本分别于1958,1959,1962年不约而同对玻璃钢渔船开始研究。20年后,美国
木船全部淘汰,日本淘汰90%以上,我国台湾地区80%木船淘汰,
欧洲各国及
南非,
秘鲁等
拉丁美洲国家的玻璃钢渔船均发展迅速,现在玻璃钢渔船均已取代流行数千年的木船及钢船。截至2007年中国大陆地区木质
渔船仍然占有98%以上。
玻璃船艇的养护
船体表层(包括主船体,
甲母质和
上层建筑)做好防水以及防晒工作,还要做好定期清洁工作,定时抛光或是施加油漆。
船体机构通过合理的维护减缓老化速度,延长它的使用时间。船头等处设置抗磨能力强度的橡胶保护舷,停靠码头的时候,系紧缆绳;在码头和船艇间设置专用的碰垫,避免风浪磨损船体。同时提升驾驶人的技能,提升船只的导航水平,避免在航行过程中发生碰撞。
玻璃钢存在
吸水性特征,要及时消除船舱积水。定期养护船体
胶衣层,认真开展抛光以及清理等工作。为延长玻璃钢老化时间,提高玻璃钢船艇的使用寿命,夏季在船艇停泊处应设置凉棚,以减少阳光暴晒;冬季应将船艇离水上岸存放,存放于干燥,温暖的环境中,使渗入船体的水分能挥发出来,避免“冻胀”。