[00116231]高性能复合材料海洋科考船

一、课题背景 我国是海洋大国,而科考船的保有量与发达国家相差甚远。随着知识经济的出现,特别是海洋世纪的来临,正是大力开发海洋资源的时候,但我国现役的海洋科考船不仅科考设备落后,而且即将陆续退役,我国现有大量中小海洋科考课题,亟需大量使用维护成本较低的先进海洋科考船。 复合材料相比于钢材具有材料来源充足、耐腐蚀性好、消磁等优点,而且复合材料船艇的使用维护费用很低,使用寿命长达50年。目前世界上中小型船艇材质正逐渐被复合材料所代替,因此利用高性能复合材料建造中小型海洋科考船将是大势所趋。 二、技术原理 1、设计原理 高性能复合材料海洋科考船船型参考欧美国家特有的“肥胖型”科考船船型设计,在保持满足科考船工作航速的条件下,适当减小船体长宽比和长深比,分层设计,充分利用舱室空间,提高科考船的温性、耐波性以及工作甲板、实验室面积。增加船艏侧推设计,提高科考船的作业能力。 2、工艺原理 首先按照船型设计预制模具,然后在模具上涂抹脱模剂,再将增强材料按照设计的铺层方式铺放在预制的刚性模具上,借助真空的驱动,把树脂注入预制成型的增强材料中,制成产品。由于增强材料为真空所压紧,树脂的渗透率速度一般较慢,要依靠导流介质的帮助,利用导流介质在部件表面形成高流速的渗透区,使树脂迅速达到产品的整个表面,浸渍主要是通过厚度方向来实现,从而大大缩短了树脂的渗透途径和时间,依靠高真空度,制品的孔隙率可达到1%～1.5%,纤维体积含量为60%～70%,大幅提高产品的强度及均匀性。 三、产品主要技术指标 发展高性能复合材料海洋科考船,有多项关键技术需要研究解决,为了突出重点,突破急需的关键技术,以开发的25.5m高性能复合材料海洋科考船为例,主要技术指标如下： 该科考船为圆舭、设艏楼、艉纵倾、单桨、单舵、艉机型玻璃钢船舶,船长25.50m,型宽8.00m,型深 4.30米,主甲板下设置5道水密舱壁,分别位于：5#、16#、21#、36#、43#肋位处,将主船体分隔成舵机舱、机舱、工作舱、生活舱、燃油舱和艏尖舱。28#～42#为驾驶室,驾控台设于右舷,前露天甲板为锚泊区。 船体基体材料采用高强玻璃纤维和不饱和树脂,局部添加碳纤维等高性能纤维提高强度,基体树脂选用乙烯基树脂,应用真空导入成型技术一次成型建造;上层结构集体材料选用高强玻璃纤维和不饱和树脂,应用手糊工艺建造。 船体性能指标： 项目 项目指标 规范指标 拉伸强度MPa ≥350 126 拉伸模量GPa ≥ 20 7 弯曲强度MPa ≥350 175 弯曲模量GPa ≥ 18 7 压缩强度MPa ≥320 119 压缩模量GPa ≥ 18 7 层间剪切强度MPa ≥ 25 19 湿态强度保留率% ≥ 85 80 船体总体指标：相比同尺度钢制科考船减轻船体自重30%,节省维修费用70%,节油减排30%;露天工作甲板面积为0.42m2/t,实验室面积为0.136 m2/t;自持力20天,续航力3500海里;抗风能力11级,航行于无限航区。 上述指标是根据经济实用、安全有效的原则和保证产品实际应用的需要,在大量验证的基础上反复实验不断修改而制定出来的,为了保证产品的安全性、可靠性,规定产品应符合国家有关标准。 四、产品的技术创新点 （1）材料创新 国内现有海洋科考船全部是采用钢材建造,使用维护费用较高。高性能复合材料海洋科考船采用高性能纤维和树脂,应用国际先进的真空导入成型技术建造而成。选用高性能复合材料建造,与同尺度钢船相比,减轻船体自重30%,节省维修费用70%,节油减排30%。 （2）船型设计创新 参考国外先进科考船船型,根据复合材料特性设计高性能复合材料海洋科考船,长宽比为3.2、长深比为5.9,均大于传统的钢结构科考船,船型与国内现有的瘦长型海洋科考船相比有极大突破,其露天工作甲板面积（0.42㎡/t）是传统海洋科考船的2～5倍;实验室面积（0.136㎡/t）是传统海洋科考船的1.3～2倍。 （3）工艺创新 高性能复合材料海洋科考船采用真空导入成型工艺建造,突破超厚40mm、型深6m的大型复合材料船艇一次成型技术,国内现有应用真空导入成型技术建造的复合材料船艇厚度一般都在20mm以内,型深在4m以内。 四、技术的成熟程度、适用范围和安全性 公司从2010年开始研究高性能复合材料海洋科考船项目,经过两年多的综合研究,现已建造完成两艘高性能复合材料海洋科考船,技术已趋成熟,安全性高。该技术是专门用来对海洋进行科学调查和考察活动的海洋工程装备,主要应用群体是专业的海洋考察机构、各大高校以及小部分民间爱好社团。 五、应用情况及存在问题 该技术已经应用建造两艘高性能复合材料海洋科考船,用户使用满意度高,产品性能优良、节省能耗,满足使用要求。高性能复合材料海洋科考船在国内尚属空白,国际上也未见公开报道,产品的研制是从无到有的过程,需要研究的内容较多,产品与钢制船相比有较大进步,淡并不是最完善的,尚需进一步优化设计研究。 六.获奖情况 2013年荣获山东省名牌产品称号。