淺談大型海洋船舶隔熱材料的發(fā)展與應(yīng)用

宋秋潔

摘 要：大型海洋船舶航行的距離長(zhǎng)、地域廣，航行條件復(fù)雜，隨著航行范圍的擴(kuò)大，對(duì)船舶艙室內(nèi)部環(huán)境提出了全新的要求。本文針對(duì)大型海洋船舶隔熱材料進(jìn)行分析，基于應(yīng)用原則和材料類型特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)步探討不同隔熱材料的應(yīng)用情況，旨在能為海洋船舶制造提供參考。

關(guān)鍵詞：大型海洋船舶;隔熱材料;防火能力;船舶結(jié)構(gòu)

0 引言

隔熱材料應(yīng)用在大型海洋船舶中，可以有效提高船舶的防火能力，讓其可以在海上穩(wěn)定運(yùn)行。現(xiàn)如今，海上交通的不斷發(fā)展，對(duì)船舶提出了更高的要求。作為船舶內(nèi)壁、隔艙板制作中關(guān)鍵性材料，隔熱材料性能直接決定了艙室的溫濕度，為此，需要就隔熱材料的發(fā)展與應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的分析。

1 隔熱材料的類型特點(diǎn)和應(yīng)用原則

縱觀大型海洋船舶發(fā)展歷程來看，隔熱防火性能始終都是研究的重點(diǎn)，常見的幾種隔熱材料包括：巖棉制品、PVC泡沫塑料、軟木板等。巖棉制品可以進(jìn)一步分為礦棉和玻璃棉兩種，雖然成本較低、化學(xué)性能穩(wěn)定、導(dǎo)熱系數(shù)較低，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中，裝貼難度較大，會(huì)出現(xiàn)纖維塵埃，對(duì)人體造成危害，而且這種材料的吸水性較強(qiáng)，一旦船艙內(nèi)部進(jìn)水就會(huì)出現(xiàn)吸水問題，所以，此種材料始終沒有得到大范圍推廣。相比之下，PVC泡沫塑料吸水率較低，耐油耐腐蝕性較強(qiáng)，很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都被應(yīng)用在商用船舶和軍用艦艇中，然而該材料中的增塑劑、穩(wěn)定劑會(huì)危害船員的健康，后續(xù)逐漸被替換。軟木板，尤其是經(jīng)過處理后的黑軟木板在實(shí)際應(yīng)用過程中，具有高柔軟性、無毒無害、強(qiáng)隔熱性等特點(diǎn)，沒有明顯的缺陷，也是目前應(yīng)用范圍最廣的隔熱材料。

在選擇大型海洋船舶隔熱材料的過程中，需要從導(dǎo)熱系數(shù)、強(qiáng)度、容重等方面進(jìn)行分析，其中容重要控制在80kg/m?。導(dǎo)熱系數(shù)則要<0.05W，以此保證隔熱保溫效果。強(qiáng)度可以分為抗壓和沖擊兩個(gè)方面，其中抗壓強(qiáng)度需要達(dá)到0.2-0.4MPa。除此之外，根據(jù)選擇材料的不同，還需額外考慮其他因素，如耐溫性、阻燃性、材料不良影響等。隔熱材料是保證船舶設(shè)備得到有效應(yīng)用，穩(wěn)定艙室溫濕度的關(guān)鍵，如果其自身性能存在問題，那么不僅無法充分出自身作用，還會(huì)對(duì)船舶運(yùn)行安全造成負(fù)面影響[1]。

2 隔熱材料在大型海洋船舶中的實(shí)際應(yīng)用

2.1 綠色纖維

由上可知，傳統(tǒng)的隔熱材料在實(shí)際應(yīng)用存在不同程度的問題，加強(qiáng)對(duì)新材料的研發(fā)，可以讓海洋探索能力得到根本上的增強(qiáng)。海洋對(duì)船舶的威脅有很多，新隔熱材料在大型海洋船舶中擁有非常大的空間，必須要得到重視。隔熱材料在改善船舶內(nèi)部工作生活環(huán)境、節(jié)約能源上具有重要的作用，基于船舶運(yùn)行的多方面需求，耐火纖維產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，目前已經(jīng)有多種此類型產(chǎn)品被投放至國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)。這種材料具有著良好的生命力，是較為理想的防火隔熱材料。比如，纖維增強(qiáng)無機(jī)聚合物保溫板是目前應(yīng)用范圍較廣的一種隔熱材料，其導(dǎo)熱系數(shù)低、吸水性強(qiáng)、耐久性突出，經(jīng)過實(shí)際實(shí)驗(yàn)證明，可以達(dá)到A1級(jí)的燃燒性。

2.2 納米材料

納米材料的熱導(dǎo)率較低，可以在高溫下應(yīng)用，而且也能夠在一些較為復(fù)雜環(huán)境中穩(wěn)定的發(fā)揮性能，因此在大型海洋船舶制造中也得到了關(guān)注。常見的納米隔熱材料有聚酰亞胺隔熱材料、酚醛泡沫隔熱材料、碳泡沫隔熱材料等，在實(shí)際應(yīng)用過程中，納米材料可以切實(shí)提高船舶的隔熱、保溫、絕熱效果，而且還能夠降低船舶整體質(zhì)量。但目前關(guān)于納米的研究較少，很多材料還處于不穩(wěn)定狀態(tài)，因此無法得到有效的推廣。將納米和其他不同材料的壓縮應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn)納米孔隔熱材料復(fù)合板的壓縮應(yīng)力相對(duì)較優(yōu)，在1000℃的溫度下，加熱線收縮率達(dá)到了最高1.46%。綜合考慮多方面因素，加強(qiáng)納米材料在隔熱保溫上的應(yīng)用具有十分重要中的戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟(jì)意義，能夠切實(shí)提高船舶的使用壽命，但也要根據(jù)船舶的具體應(yīng)用方向，有針對(duì)性的進(jìn)行應(yīng)用，確保材料性能得到最大程度發(fā)揮[2]。

2.3 復(fù)合材料

復(fù)合材料不僅具有較優(yōu)隔熱保溫性能，在制作加工過程中，可以簡(jiǎn)化制作工序，強(qiáng)化成本控制，同時(shí)也能為后續(xù)的維修養(yǎng)護(hù)奠定基礎(chǔ)，從而延長(zhǎng)使用壽命。復(fù)合材料在大型海洋船舶中應(yīng)用的范圍較廣，包括艙室內(nèi)部、船體結(jié)構(gòu)、管道系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)等。蜂窩夾心、泡沫夾心是復(fù)合材料在艙室內(nèi)最常用的兩種，能夠滿足部件對(duì)保溫、剛度和質(zhì)量的需求，墻板、屋頂板和車箱體都可以應(yīng)用此種復(fù)合板材。但需要注意的是，復(fù)合材料的受力有限，因此，在一些對(duì)受力有著一定要求的部件上無法應(yīng)用。以多頻譜隱身、防海水腐蝕材料為例，作為一種新型復(fù)合材料，雖然其在防腐領(lǐng)域上的表現(xiàn)極為突出，但是在保溫隔熱上所展現(xiàn)出來的特點(diǎn)也不能夠忽視。此種復(fù)合材料解決了傳統(tǒng)單一隱身材料或腐蝕材料在實(shí)際應(yīng)用中存在的技術(shù)局限，在一定程度上也降低了材料制備技術(shù)和制造施工工藝中存在的難點(diǎn)。目前，這種材料被的廣泛應(yīng)用在軍艦制作中，材料匹配性和使用協(xié)同效應(yīng)都滿足實(shí)際需求，能夠保證運(yùn)輸?shù)陌踩浴?/p>

2.4 隔熱涂料

除了前文提及的隔熱材料之外，涂料也是船舶制造過程中較為常見的一種材料，而且相比較其他材料而言，涂料的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益更優(yōu)。比如，目前在大型海洋船舶中較為常見的高摩爾比無機(jī)聚合物基料，此種材料在實(shí)際應(yīng)用過程中，固化速度快、結(jié)合能力強(qiáng)且具有高硬度、耐高溫、無污染等特點(diǎn)。尤其是在鋼鐵結(jié)構(gòu)中應(yīng)用，還可以起到防海水腐蝕的作用。綜合考慮不同涂料的功能性，設(shè)計(jì)出了一種復(fù)合涂層，具體配方如下，環(huán)氧樹脂、空心玻璃微珠、硅酸鋁纖維、六鈦酸鉀晶須、分散助劑、溶劑以及固化劑等，每種材料的具體配比需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算分析，以此確保最終的保溫隔熱性能達(dá)到最優(yōu)。

3 總結(jié)

綜上所述，在大型海洋船舶事業(yè)不斷發(fā)展，船舶工業(yè)日益進(jìn)步的背景下，找到性能更優(yōu)的隔熱防火材料成為了行業(yè)的重點(diǎn)內(nèi)容。現(xiàn)如今，各類復(fù)合材料在海洋環(huán)境中體現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢(shì)性能，而此類型材料的防火隔熱性能也十分突出，將其應(yīng)用在大型海洋船舶中，可以提高航運(yùn)運(yùn)輸?shù)陌踩浴⒎€(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱小俊，薛延華，王帥等.艦船新型防火隔斷隔熱能力的試驗(yàn)研究[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2019，38（10）：1378-1380.

[2]李健，洪術(shù)華，沈金平.復(fù)合材料在海洋船舶中的應(yīng)用[J].機(jī)電設(shè)備，2019，36（04）：57-59.