首艘碳纖維混合動力高速客船“新明珠 6”號
由中國船舶集團有限公司攜手中國船級社及用戶共同打造香港地區(qū)純電動碳纖維客船，開創(chuàng)了“碳纖維”和“純電推進”兩項綠色低碳技術相結合的發(fā)展先河。
自 2022 年以來，中國船舶集團旗下廣州船舶工業(yè)有限公司已成功承接港澳地區(qū)船舶 29 艘，其中多艘為碳纖維高速客船。為此，廣州公司聯(lián)合相關方開展了船用碳纖維國產化研制及推廣，成功應用于部分建造項目，打破了高端碳纖維進口材料在國產高速客船的技術壟斷局面。
廣東中威復合材料有限公司是廣州公司碳纖維船舶項目的建造方，也是國內第一家使用碳纖維材料制造 40 米以上級別高速客船的船企。該工藝需用到 T700 級別的碳纖維材料配套乙烯基酯樹脂，但國內此強度級別的碳纖維基本都是配套環(huán)氧樹脂，需加熱加壓后固化。因此，中威公司只能一直依賴進口國外碳纖維及樹脂。物料供應的穩(wěn)定性及周期難以保證，成本高是國內發(fā)展大型碳纖維船舶的“堵點”。
在廣州公司的大力推動下，2023 年 6 月 9 日，廣州公司與中國船舶集團旗下第七二五研究所、中威公司共同簽訂了《船用碳纖維國產化研發(fā)及推廣項目合作框架協(xié)議》。作為船用復合材料的主要研發(fā)機構，七二五所是國內最早開展船用復合材料研究的單位，四十多年來承擔了大量的船用復合材料研究和開發(fā)工作，主編或參與編寫國家標準及行業(yè)標準 20 余項。隨著七二五所的加入，三方也搭建起了高端國產碳纖維織物復合材料在高速客船示范應用的“鐵三角”。
研發(fā)團隊圍繞 T700 級碳纖維復合材料國產化，通過碳纖維高性能編織技術、碳纖維界面性能強化技術、高強抗沖擊乙烯基酯樹脂的研制、碳纖維復合材料綜合性能評價、碳纖維復合材料成型工藝、典型艙段建造與考核評價等，實現了國產化替代的重大突破。
研究結果表明，自研國產碳纖維與樹脂匹配后，性能與進口材料水平相當，相比于鋁制船減重 20%以上，達到了船舶設計指標與建造工藝需求。其中，灌注型乙烯基酯樹脂還優(yōu)于進口。由于良好的工藝適應性，織物和樹脂均已取得中國船級社（CCS）認證證書。
三方合作還形成了國產化織物和樹脂產業(yè)化生產線的設計方案，突破了碳纖維織物和配套乙烯基酯樹脂的批產工藝，對國產樹脂和 5 種碳纖維編織物建立了企標，制定了過程工藝要點、控制點相關文件，確保產品性能穩(wěn)定，滿足供貨需求。目前，自研國產碳纖維與樹脂已成功應用于碳纖維高速客船上建或整船建造。
碳纖維在船舶領域的應用優(yōu)勢
提高船舶性能
增加航速。輕量化的船體可以降低船舶的阻力，提高船舶的航行速度。對于高速客船和游艇等對速度要求較高的船舶類型，碳纖維的應用可以顯著提升其性能。例如，“新明珠 6”號采用碳纖維材料和混合動力系統(tǒng)，提高了船舶的航行速度，為乘客提供更加快捷的出行體驗。
增強穩(wěn)定性。碳纖維的高強度和高剛度可以提高船體的結構強度和穩(wěn)定性。在惡劣的海洋環(huán)境中，船舶需要具備良好的抗風浪能力和穩(wěn)定性，以確保乘客和貨物的安全。碳纖維船體能夠更好地抵抗海浪的沖擊和扭曲，減少船體的振動和搖晃，提高船舶的舒適性和安全性。
降低能耗。輕量化的船體可以降低船舶的能耗，提高燃油效率。對于貨船和油輪等大型船舶，降低能耗可以顯著降低運營成本。此外，碳纖維的耐腐蝕性能可以減少船體的維護需求，進一步降低運營成本。
環(huán)保節(jié)能
降低船舶的能耗可以減少溫室氣體和污染物的排放，符合全球航運業(yè)向綠色、低碳轉型的大趨勢。碳纖維船舶的輕量化設計和高效的動力系統(tǒng)可以顯著降低船舶的碳排放和污染物排放，為環(huán)境保護做出貢獻。
同時，與傳統(tǒng)的金屬材料相比，碳纖維的生產能耗較低，且不會產生大量的廢棄物和污染物。在船舶使用壽命結束后，碳纖維船體可以進行回收和再利用，減少對環(huán)境的影響，實現可持續(xù)發(fā)展。
提升舒適性和安全性
降低噪音和振動。碳纖維的高剛度和阻尼特性可以有效降低船體的噪音和振動。對于客船和游艇等注重舒適性的船舶類型，碳纖維的應用可以為乘客提供更加安靜、舒適的乘坐環(huán)境。
提高防火性能。碳纖維具有良好的防火性能，可以在一定程度上提高船舶的安全性。與傳統(tǒng)的木質和塑料材料相比，碳纖維不易燃燒，能夠有效減少火災的發(fā)生和蔓延。防火處理和涂層的使用，如 svt 防火織物等創(chuàng)新防火材料的使用，可提升傳統(tǒng)復合材料在高溫環(huán)境下的結構完整性和防火性能。
碳纖維助力開啟綠色航運新時代
碳纖維作為一種高性能的材料，在船舶領域具有廣闊的應用前景。其高強度、輕量化、耐腐蝕等特性，為船舶的性能提升、環(huán)保節(jié)能和舒適性提供了有力的支持。盡管目前碳纖維在船舶領域的應用還面臨著成本較高、技術難度大等挑戰(zhàn)，但隨著技術創(chuàng)新和市場需求的增長，以及國內各方積極推進國產化進程，這些挑戰(zhàn)將逐漸得到克服。未來，碳纖維有望在船舶領域得到更廣泛的應用，開啟綠色航運的新時代。（來源：榮格）
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