碳纤维复合材料在海洋中的应用

一、 在船舶上的应用

相比于传统的造船材料，碳纤维复合材料具有的优势。首先，碳纤维复合材料具有良好的机械性能。用其制造船体，具有质轻低油耗的特性，而且建造工艺相对简单、周期短、成型方便，因此施工和维护费用远低于钢制船舶。同时由于碳纤维与树脂基体的界面能有效的阻止裂纹扩展，故材料具有良好的耐疲劳性能；此外，由于碳纤维表面的化学惰性，船体具有水生物难以附生，耐腐蚀的特性，这也是船舶建造选材非常重要的因素之一。因此，碳纤维复合材料在船舶制造方面，具有其的综合性能优势，目前在这一领域正在得到广泛的应用，同时，从应用领域拓展方面带动了碳纤维产业的发展。

1.1军事舰船

碳纤维复合材料具有良好的声、磁、电性能：透波、透声性好，无磁性，因此可以用于提高军舰的隐身性能。在舰船的上层建筑中使用复合材料不仅可以减轻船体的重量，而且通过在夹层中嵌入有滤波功能的频率选择层，就可以在预定的频率下发射和接受电磁波，从而屏蔽敌方的雷达电磁波。例如1999年挪威海军建造的“skjold”级巡航艇采用了由聚氯乙烯泡沫芯层、玻璃纤维和碳纤维夹层组成的夹芯复合材料，这种设计既提高了强度重量比，具有良好的抗冲击性能，也使得低磁性、抗红外能力以及抗雷达扫描等特性大大增强。2000年服役的瑞典Visby级护卫舰整舰都采用了碳纤维复合材料，具有减重，雷达、红外双重隐身的特殊功能。

以碳纤维增强的复合材料桅杆在舰船上的应用逐渐兴起。美国2006年服役的LPD-17舰船采用了碳纤维/巴尔萨芯复合材料的综合桅杆，与原有的开放式桅杆不同，LPD-17采用了一款全新的全封闭式桅杆/传感系统(AEM/S)，这种碳纤维复合材料桅杆上半部覆盖频率选择表面材料(FSS)，可让本身具有特定频率的波穿过，下半部能反射雷达波或由雷达吸波材料所吸收。因此具有良好的雷达隐身及探测功能。此外，各种天线和有关设备都统一组合装备在该结构内，不易被腐蚀，更有利于设备的保养。欧洲海军研制出类似的封闭综合传感器桅杆，这种桅杆是由纳米技术制造的玻璃纤维与碳纤维复合后作为增强体而制成。它可以让各种雷达波束和通信信号相互之间不受干扰地通过，并且损耗***，2006年这种技术桅杆ATM被使用在英国海军“方舟”号航母上。

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，的碳纤维绳索在海军军舰的缆绳和其他***物品上也有较为广泛的应用。

1.2 民用游艇

大型游艇一般为私人所有，价格昂贵，要求质量轻，强度高，耐用性好。碳纤维复合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。传统的复合材料游艇主要由玻璃钢制成，但是由于刚度不足，满足刚度设计要求后往往船体过重，而且玻璃纤维是致癌物质，国外逐步禁用。如今的复合材料游艇中碳纤维复合材料的使用比例大大增加，有的甚至全部采用碳纤维复合材料。例如Baltic公司建造的超级游艇“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、Nomex蜂窝和CorecellTM结构泡沫为芯材的夹层结构，船身长达60m，但总重只有210t。波兰双体船厂Sunreef Yachts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。空载重量仅有45t。速度快，油耗低，性能。

2014年建成的“中科·联亚”号游艇是目前中国的一艘全碳纤维游艇。它是由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料打造的游艇，比同类型玻璃纤维游艇重量轻了30%，并且强度更高、速度更快、油耗更低。

此外，游艇的支索和缆绳多采用的碳纤维绳索以确保。由于碳纤维既具有高于钢铁的拉伸模量和几倍乃至数十倍的拉伸强度，又具有纤维的可编织性能，以此作为基体材料制作碳纤维绳索，恰好可弥补钢丝绳和有机高分子绳索的不足。