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專題報告

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玻璃鋼?碳纖維?關于游艇材料的一點小知識

20世紀40年代末之前,幾乎所有的休閑艇都是用木頭建造的。如果沒有花費心思和持久的維護保養,這些游艇往往會漏水腐爛甚至瓦解。

 

                                             

 

美國歐文斯科寧公司(一家建筑材料和玻璃纖維復合材料的世界500強跨國公司,全球銷售額逾50億美元,在全球30多個國家和地區建立了生產、銷售和研究機構。)

 

雖然在20世紀30年代發明了玻璃纖維是一種優質的絕緣材料,但直到第二次世界大戰之后,才有工廠將這種材料創新應用于游艇建造。通過將玻璃纖維與樹脂合理的層疊,用來建造船體、甲板和各種組件。

 

 

天域TY360玻璃鋼游艇

 

我們日常俗語所說的玻璃鋼(FRP),中文意思是玻璃纖維增強塑料,是一種以玻璃纖維增強不飽和聚酯、環氧樹脂與酚醛樹脂為基體材料的復合塑料。

 

玻璃纖維增強塑料(FRP)相對密度小,只有碳鋼的1/5~1/4,但拉伸強度卻接近甚至超過碳鋼,比強度(比強度=物理機械強度/比重)甚至達到高級合金鋼的水平。所以這也是日常我們稱為“玻璃鋼”的原因。

 


船振FMA 36尺玻璃鋼海釣艇

 

玻璃鋼除了相對密度小,比強度高的優點外,還有介電性能好,不反射無線電波、微波透過性好、耐酸堿、成型工藝簡單、隔音、絕緣、導熱系數低等優點,有夾層結構的玻璃鋼絕熱和隔音性能更加優越,如美國獵豹LEOPARD雙體船體使用的就是夾層結構。

 

LEOPARD 50雙體帆船

 

早期的玻璃鋼游艇存在一些問題,主要與工廠所使用的樹脂有關,但到二十世紀五十年代后期,更好的合成樹脂被開發出來,游艇的質量也相應得到了提高。從那時起,材料和生產工藝一直在改進,游艇工廠喜歡玻璃鋼的原因是因為游艇是用模具制造的,模具是可重復使用的,這也意味著造工廠可以更輕松、更便宜地生產一系列的游艇,另外這對于統一級別的競賽帆船很重要。

 

兩種玻璃纖維對比: 左側的玻璃纖維明顯更薄和更輕,但剛度比右側的小

 

雖然玻璃鋼游艇外觀看起來似乎都一樣,但其實就算是玻璃纖維和樹脂也有很多種,現代材料技術的發展,使得E玻璃纖維、S玻璃纖維、碳纖維更高強度的材料也開始在游艇上得到應用。

 

樹脂主要有三種,一種是不飽和聚酯樹脂,一種是乙烯基樹脂,一種是環氧樹脂。不飽和聚酯樹脂成本稍微低廉,乙烯基酯的價格是其的兩倍,而環氧樹脂成本最高是乙烯基酯的價格的三倍。

 

目前市場普遍使用的是不飽和聚酯樹脂。而樹脂和材料的匹配度也是有講究的,比如乙烯基樹脂是和S玻璃纖維最好的搭配材料,而不適合E玻璃纖維搭配。相對以前采用人工手糊的建造方式,目前工廠采用多是抽真空樹脂灌注建造方法,來減輕船體重量和增加強度。

 

Ocqueteau船廠使用樹脂灌注的玻璃纖維和強芯氈制造出超輕量級船體

 

所以為什么外觀看起來一樣的船型,價格相差很大,拋去品牌不講,材料和設備是重要的一部分。當你看到高性能船型使用聚酯樹脂材料時,其實你可以扭頭走開了。

 

碳纖維是一種優良的造船材料,尤其是在優先考慮輕船體的情況下,可以代替傳統的玻璃纖維使用并與不同的樹脂粘合。飛機制造商(波音公司)、汽車制造商(蘭博基尼公司)和一些造船廠例如阿茲慕游艇在高性能產品中所使用的材料。碳纖維在游艇的使用的優點是更輕、更堅固、更高性能、更省油。

 

飛橋結構采用碳纖維的阿茲慕AZIMUT游艇

 

意大利阿茲慕游艇的游艇上層建筑大部分采用了碳纖維建造,不僅在擴展飛橋空間后依然能保持游艇低重心的航行舒適性,另外減輕重量也對游艇的性能有大幅度的提升。

 

黑色部位為碳纖維材料

 

碳纖維用于游艇的主要缺點是成本高。且碳纖維不容易彎曲,這使其不適用于需要彎曲的產品。而信號屏蔽也是一個問題,玻璃纖維對無線信號透明,但碳纖維可以將Wi-Fi信號降低多達95%,所以有時會建議將電子產品與碳纖維分開至少4英寸,以消除任何會抑制信號的接地效應。



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