船舶舾装材料选用对船舶性能的影响分析

船舶舾装材料选用对船舶性能的影响分析

唐杰云

招商局金陵鼎衡船舶(扬州)有限公司  江苏省扬州市  225217

摘要：船舶舾装工程量通常占船舶建造总工程量的50%～60%，其材料选用对船舶性能有着重要影响。金属材料、复合材料、塑料材料在强度、耐腐蚀性、重量和成本等方面具有不同特性。材料选用需根据船舶类型、航线特点、使用环境等因素制定策略，并针对不同性能需求进行优化。

关键词：船舶舾装、材料选用、性能影响

1船舶舾装材料概述

1.1分类及应用

船舶舾装材料包括金属材料、复合材料和塑料材料等。其中金属材料是传统船舶舾装材料，包括钢铁、铝合金等。复合材料是新型材料，由纤维增强材料和基体材料组成，比如碳纤维复合材料（如图1所示）、玻璃纤维复合材料等。塑料材料则是一种轻质、易加工的材料，包括聚乙烯、聚丙烯等。在船舶制造中，碳纤维复合材料通常用于制造高速艇、帆船和游艇等。玻璃纤维复合材料在商船中应用广泛，如油船/化学品船的步桥格栅平台，上建外围壁的玻璃钢门。塑料材料在商船中也有着广泛应用，如冷库格栅。环氧树脂属于塑料的一种，在船舶中广泛应用，尾轴管拂配压装大部分改为浇筑环氧，绞车钢垫块拂配安装大部分改为浇筑环氧垫块安装，上建舱室部分厨房、卫生单元等开始大量使用环氧地坪、PU地坪。

图1  碳纤维复合材料

1.2 各种材料的特性

首先，金属材料具有较高强度和耐腐蚀性，适用于船舶结构部件的制造，相对较重且成本比较高。复合材料具有优异的强度重量比及耐腐蚀性，适用于船舶舾装中的结构件和部件，制造工艺复杂，成本高。塑料材料具有较低密度和成本，易加工成型，强度和耐腐蚀性较差，主要用于船舶内部装饰和轻型结构件。

其次，金属材料强度主要受材料种类和处理工艺影响，具有较高的承载能力和抗风浪能力，需要定期防腐维护。复合材料强度受纤维类型和层压工艺的影响，具有良好耐疲劳性和抗冲击性，受温度和湿度影响较大。塑料材料强度较低，主要用于轻型船舶和内部装饰，对于耐磨、耐腐蚀等要求较低的部位较为适用。

再者，金属材料重量较大，对船舶总重量和稳定性有一定影响，具有较长使用寿命和良好可靠性。复合材料的重量较轻，可降低船舶自重和燃料消耗，提高船舶速度和经济性。塑料材料重量最轻，可实现船舶轻型化设计和节能环保的目标，强度和耐用性方面需谨慎考虑。

最后，金属材料成本较高，但具有较长的使用寿命和良好的可靠性。复合材料的成本较高，受材料成分和制造工艺影响较大，但可以实现轻量化设计和优异的性能。塑料材料的成本较低，易加工成型，但在强度和耐用性方面需综合考虑成本效益。

2舾装材料选用对船舶性能造成的影响

2.1 船舶结构性能影响

船舶结构性能够直接受舾装材料的强度影响。如金属材料通常具有较高的强度，适用于需要承受大量载荷的结构部件；复合材料相对轻型，可以通过层压设计实现高强度，常用于要求强度与轻量化的船舶设计。船体结构设计则需要根据舾装材料强度特性进行合理布局和支撑设计，以确保船体整体结构的安全可靠性，减少因载荷而产生的应力集中和结构疲劳。

2.2 耐久性能影响

船舶舾装材料的耐久性对船舶寿命有着直接影响。船舶经常受到海水、潮湿气候、海盐等因素的侵蚀，舾装材料的耐腐蚀性至关重要。金属材料通常需要进行防腐处理或选用耐腐蚀性较好的合金材料。复合材料和塑料材料虽然具有较好的耐腐蚀性，也需考虑其在长期海洋环境下的耐久性和稳定性。

2.3 轻量化设计影响

舾装件重量约占到船舶总重量的20%左右。为保证质量和运转能力的需要，一般不能对船体展开轻量化处理。而对于体积较小的舾装件来说，可通过舾装材料的合理选用以及一些新技术的应用，达到轻量化的目标。选用更多的轻质舾装材料，可降低船舶自重，减轻船体的荷载，提高船舶的速度和加速度，减少燃油消耗，降低运营成本。采用轻质的复合材料和塑料材料，可有效降低船舶总重，提高船舶运营效率和经济性，也利于减少碳排放，保护海洋环境。

2.4 舒适性能影响

舾装材料的选择直接影响船舶的舒适性，特别是在减震和隔音方面。比如选用优质的隔音材料，可有效降低船舶内部噪音，为船上人员提供安静的环境，利于船员身心健康。选用具有良好减震和隔音性能的舾装材料，可提高船舶的舒适性和船员的工作生活质量。

2.5 施工工艺和生产效率的影响

采用合适的生产工艺，选择合适的舾装材料，能够缩短船舶的生产周期,提高生产效率。譬如船舶整体艉管采用环氧浇注安装法，即直接通过环氧树脂将已装配的轴承和各种艉管附件进行固定，可缩短安装时间，提高效率，降低风险，缩短船台周期，逐渐成为造船厂优先选择的工艺方法。譬如绞车安装采用环氧树脂垫块代替传统的钢垫块，具有缩短施工周期，成本缩减，表面接触面良好等优点。独立货罐的沥青船货舱垫块也逐渐开始淘汰几层钢垫块的形式，采用接触面浇筑环氧垫块的形式，能够保证接触面积，降低施工难度。例如我公司之前的4900吨沥青船采用几层钢垫块的形式，因货罐建造有精度误差，货罐底部和钢垫块接触的很多调整垫块厚薄不均，需现场逐一测量并调整垫块尺寸，重新机加工；目前新造的7850吨沥青船，17000吨沥青船均不再采用几层钢垫块的形式，改为环氧形式。

3船舶舾装材料选用策略与建议

3.1 船舶舾装材料选用策略

首先，根据船舶类型确定舾装材料的选用方向。例如，货船和油轮等大型商船需考虑承载能力和耐久性，通常选用强度较高的金属材料或复合材料；游艇和快艇等休闲船舶则注重舒适性和轻量化设计，常选用复合材料或塑料材料。船舶的航线特点也要重点考虑，如长途航线需考虑材料的耐久性和抗腐蚀性，近海航行需注重船舶的舒适性和轻量化设计。

其次，根据船舶的使用环境和操作条件确定舾装材料的具体选择。例如，海洋工程船舶和海上平台需要具备良好的耐腐蚀性和抗风浪能力，通常选用具有优异耐腐蚀性的复合材料或特殊合金材料；渔船和捕捞船等需要考虑操作灵活性和结构强度，可选用金属材料或高强度塑料材料。船舶的运营环境也需要考虑，如极地航行需要选用能够抵御极端低温和海冰冲击的特殊材料。

最后，船舶的舾装材料选用还需要考虑其成本效益和环境影响。在材料选用过程中，需要综合考虑材料的采购成本、加工工艺成本、使用寿命和维护成本等因素，以确保船舶舾装材料的选择既符合船舶设计方面的要求，又具备较好的经济性和可持续性。

3.2 船舶舾装材料优化建议

（1）强度优化：对于需要承载大量载荷和抗风浪能力的船舶，建议选用具有优异强度和刚性的舾装材料，如高强度钢铁、碳纤维复合材料等，并采用合理的结构设计和支撑布局，以提高船舶的结构安全性和稳定性。

（2）耐腐蚀性优化：针对长期在海洋环境中运行的船舶，建议选用具有良好耐腐蚀性的舾装材料，比如不锈钢、铝合金材料等等，或进行防腐处理和表面涂层保护，以延长船舶的使用寿命，减少后期的维护成本。

（3）轻量化设计优化：针对追求高速和节能的船舶，建议采用质量更轻的舾装材料，如碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等，以降低船舶总重和惯性，提高船舶速度和加速度，减少燃油消耗和碳排放。

（4）舒适性优化：建议选用具有良好减震和隔音性能的舾装材料，如橡胶减震垫、吸音隔音板等，以提高船舶的舒适性和船员的工作生活质量。

（5）工艺性优化：针对需要改善工艺，缩短建造周期和降低施工难度，建议选用合适的材料。如2.5描述的环氧垫块等，可缩短安装时间，提高效率，降低风险，缩短船台周期。

4结语

正确选用船舶舾装材料可有效提升船舶的结构强度、耐久性、轻量化设计和舒适性能，实现船舶性能的最佳平衡和经济效益。综合考虑船舶类型、航线特点以及性能需求，制定合理的选材策略并进行优化建议，将有助于提高船舶安全性、可靠性和航行效率，促进我国船舶行业的发展。

参考文献

[1]王志斌.低温环境对船舶舾装材料声学性能的影响[J].舰船科学技术,2022,44(9):7-11.

[2]杨晓军.海洋石油平台主要舾装材料 [J].中国石油和化工标准与质量,2021,41(13):138.

唐杰云，女，生于1987年，汉族，江苏泰州人，本科，研究方向：船舶与海洋工程