功能材料在舰船工程领域中的研究进展(4)

1 功能材料在舰船领域的应用

目前，高分子阻尼材料、高分子树脂基复合材料以及高分子隐身材料等化学功能材料在舰船工程领域中发展最快，应用最广。

1.1 高分子阻尼材料

阻尼材料是一种能吸收振动机械能并转化为热能而耗散的功能材料，它利用阻尼材料在变形时把动能变成为热能的原理，降低结构的共振振幅，增加疲劳寿命和降低结构噪声。

高分子阻尼材料属于粘弹性阻尼材料，兼有某些粘性液体在一定流动的状态下损耗能量的特性和弹性固体材料储存能量的特性。高分子聚合物由于其特殊结构，在玻璃化转变区域内，即在Tg附近，有很好的阻尼减震性能。从高分子链段运动的角度来看，在玻璃化转变Tg以下，高分子链段的自由运动是完全被冻结的。整个高分子处于玻璃固体状态，模量很高，不能散发机械能，只能将机械能作为位能储存起来。在Tg以上的高弹性，链段可以自由运动，整个高分子材料显示出高弹态固体特征，模量低，亦不能散发机械能只能将机械能转化为形变能储存起来。在玻璃化转变区内，高分子链段是由完全冻结状态向自由运动状态转变的过程，在外力作用下，软硬链段发生摩擦，从而将一部分机械能转化为热能耗散掉，因而有较好的阻尼性能。

随着高新科技的发展，对阻尼材料的要求也越来越高。研究和开发综合性能优良的高性能阻尼材料已成为科学工作者的研究热点。目前，阻尼材料正朝着宽温、宽频、功能复合化的方向发展[2]。我国阻尼材料的研究已经取得了很大的进展，但与发达国家相比仍有较大差距。

在现代海战中，舰船的隐身化水平的高低决定着战争主动权的归属。舰船在航行过程中会产生噪声，采用减振、降噪技术降低舰船噪声可以提高舰船的隐蔽性，提高攻防能力。在进攻上降低自噪声可以提高声呐的探测距离，在防御上可明显提高本舰船的隐身能力从而大大提高舰艇的隐蔽性[3]。舰船减振降噪治理的主要部位有主机、辅机、浮筏、管路、舱室、螺旋浆及附体、船体等，目前，橡胶阻尼材料已在很多领域广泛应用，且其需求量日益增大。在西方，相关的机构对阻尼材料展开了大量的研究工作。德国从20世纪50年代开始，首先研制了自由阻尼结构；美国从20世纪50年代初首先开始研制约束阻尼结构，并应用于核潜艇艇壳和主机基座上。现在，阻尼合金技术也已趋于成熟，美国海军采用M n-C u高阻尼合金制造潜艇螺旋桨，取得了明显的减振效果。20世纪80年代后，国外阻尼减振降噪技术有了更大的发展，他们借助CAD/CAM技术，对相应的材料进行了设计与试验，并进行了整体结构的阻尼减振降噪优化。

我国在2 0世纪7 0年代前后开始进行阻尼减振降噪材料的研究工作。北京材料工艺研究所研制的ZN-10和SZN-11阻尼材料[4]，能与钢板结构模量很好地匹配，具有很好的耐水性，噪声可降至64dB；洛阳船舶材料研究院研制生产的SA-3高阻尼黏弹性材料主要由高聚物和无机填料组成，具有良好的阻尼、阻燃和耐介质性能，已经成功应用于潜艇的噪声治理[5]。此外，阻尼胶合板、智能型阻尼材料也越来越成为研究热点。

除了军事上的应用外，阻尼材料对高速船亦是降低振动响应的一种有效方法。可在主机座、机舱前壁和机舱船底板架铺设阻尼涂层，这既可消耗激励能量，降低振动响应，亦可减少结构声传递。此外，阻尼材料还可用于水翼船的水翼减噪、制造潜艇的螺旋桨以及舰艇底板、隔板、座椅的降噪等，应用前景非常广阔。

1.2 高分子树脂基复合材料

目前舰船用高分子复合材料主要是指纤维增强树脂基复合材料，如玻璃纤维增强树脂基复合材料，碳纤维增强树脂基复合材料，芳纶增强树脂基复合材料等。

舰船用高分子复合材料以其优异的性能及多种特殊的功能替代部分传统材料应用于舰船建造领域，比如船体制造中所用的复合板，舰船内饰中用到的玻璃纤维及木质复合材料等。此外，越来越多的舰船用复合材料被应用在海港设备、码头、桩柱、格栏以及海上工厂等海岸线装备制造中。树脂基复合材料不仅有优异的力学性能，而且还有耐腐蚀、吸收电磁波等特性。碳纤维增强树脂基复合材料可用于舰船推进器。德国开发出碳纤维／环氧树脂螺旋桨，具有质轻、桨叶片强度高且薄的特点，有利于各类舰船加速，使用寿命长且减振效果良好。英国经过3年研制，已成功完成世界最大复合材料螺旋桨的海上性能测试，结果表明该桨能大幅降低震动，运转平稳。

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