复合材料在海洋平台、舰船等领域的应用

复合材料对于现代科学技术的发展有着十分重要的作用，因其具有重量轻、耐腐蚀、耐高温、强度高等优良特点，近年来已广泛应用于航空航天、海洋开发、船舶舰船、高铁汽车等领域，代替了许多传统的材料。

目前，玻璃纤维和碳纤维复合材料在海上能源开发、船舶制造、海洋工程修复领域发挥着巨大的作用。

一、在海洋能源中的应用

海洋石油已被公认为是具有这种潜力的领域。一段时间以来，复合材料已经在越来越多的海上设施中缓慢而稳定地替换了顶部（水位以上）金属，无论是新安装还是现有结构的翻新。在海洋工程建筑中碳纤维有着很高的优势，碳纤维材料有着较轻的质量，高强度耐腐蚀特性，多以结构件的形式代替传统建筑材料，减轻重量给运输带来的高昂运费、海水侵蚀传统钢筋材料带来的问题。

与海水会迅速腐蚀的钢相比，用耐化学性树脂制成的复合材料几乎没有腐蚀。对于平台组件，例如柱管（从平台向下延伸到水面以下以供应海水的管）和消防水系统（用于扑灭潜在火灾的管），这种抗腐蚀性能意味着多年的免维护服务。纤维增强塑料管的生命周期节省高达70％。

1994年巴西国家石油公司大规模使用复合格栅、扶手、梯子和其他上部硬件定制产品，具有较高承载能力且挠曲最小。一个38毫米/1.5英寸深的拉挤格栅，重量仅为钢的三分之一，在1.2m / 4英尺的净跨度上可承受4,882 kg / m²（1,000 lb / ft2）的均匀载荷，同时具有更高的耐腐蚀性。

二、在舰船中的应用

复合材料在舰船的首次应用始于20世纪60年代中期，最初用于制造巡逻炮艇上的甲板室。70年代猎雷艇的上层建筑也开始采用复合材料，90年代复合材料已全面应用于舰船的全封闭桅杆、传感器系统（AEM/S）。对比传统造船材料，复合材料具有良好的机械性能，用于制造船体具有质量轻更加节能的特性，并且制造工艺相对简单，复合材料在舰船上应用不仅实现了减重，还增加了雷达红外隐身等功能。

美国、英国、俄罗斯、瑞典、法国等海军对复合材料在舰船的应用十分重视，都制定了相应的复合材料先进技术开发计划。

1、玻璃纤维

高强度玻纤具有拉伸强度高、弹性模量高、抗冲击性能好、化学稳定好、抗疲劳性能好、耐高温等特点，可用于深水水雷外壳、防弹装甲、救生艇、高压容器及螺旋桨等。美国海军在舰船上层建筑使用复合材料很早，装备复合材料上层建筑的舰船数量也最多。

美国海军舰船复合材料上层建筑最初用于“鹗”级扫雷艇，为全玻璃钢结构，是世界上最大的全玻璃复合材料扫雷艇，具有高韧性，无脆性断裂特性，在承受水下爆炸冲击时具有优良性能。

2、碳纤维

以碳纤维增强的复合材料桅杆在舰船上的应用逐渐兴起，瑞典海军的“维斯比”级轻护卫舰全舰采用复合材料制造，实现了高性能的隐身能力，整体重量减重30%。整个“维斯比”舰船的磁场极低，可以躲避大部分雷达和先进声纳系统（包括热成像），达到了隐身的效果。具有减重，雷达、红外双重隐身的特殊功能。

碳纤维复合材料还可应用在舰船的其他方面。例如，在推进系统上可用作螺旋桨和推进轴系，减轻船体的振动效应和噪声，多用于侦察舰和快速巡航舰。在机械和装备上可用作方向舵，某些特殊的机械装置和管道系统等。此外，高强度的碳纤维绳索在海军军舰的缆绳和其他军用物品上也有较为广泛的应用。

碳纤维复合材料也可应用于舰船推进系统上的螺旋桨和推进轴系，特点是减轻船体的振动效应和噪声，多用于侦察舰和快速巡航舰。还可用于特殊的机械装置和管道系统等。

三、民用游艇

超级游艇“巴拿马”号双桅船，船身和甲板采用了以碳纤维/环氧树脂为蒙皮，船身长达60m，但总重只有210t。波兰双体船厂建造的碳纤维双体帆船Sunreef 80 Levante采用了乙烯酯树脂夹层复合材料，PVC泡沫和碳纤维复合材料，桅杆吊杆均是定制的碳纤维复合材料，只有部分的船身使用了玻璃钢。重量仅有45t。拥有速度快，油耗低等特点。

另外，碳纤维材料可以应用于游艇的仪器表盘和天线、方向舵以及甲板、船舱、船舱壁等增强结构中。

总体来说，碳纤维在海洋领域中的应用起步相对较晚，未来随着复材技术的发展、海上军事的发展和海洋资源的开发，以及装备设计能力的加强，碳纤维及其复材将迎来蓬勃发展。