美國船舶制造商協(xié)會（以下簡稱NMMA, Chicago, Ill., 美國）在2021年1月的報告中說，2020年動力艇零售額達(dá)到13年來的新高，比2019年增長9%，其中新船銷售量增長12%，達(dá)到31萬艘，主要占比是淡水漁船和浮橋船，占動力艇銷售量的一半。另一個高增長領(lǐng)域是水上摩托艇，用于滑水和沖浪，2020年其新船增長20%，達(dá)到13,000艘。

Rush39動力艇采用麻質(zhì)纖維、生物樹脂以及回收的PET泡沫芯材灌注成型。這艘40英尺長的動力艇還被設(shè)計成箔板船，以減少燃料消耗

NMMA在2021年6月報告中繼續(xù)報道，截至本年度3月，相比2020年平均銷量，船舶的銷售量增長了30%。"所有跡象表明，船只需求和銷售依然旺盛，"NMMA總裁弗蘭克-休格梅爾說。而這種增長的驅(qū)動力之一是首次購船者的增加，NMMA數(shù)據(jù)顯示，2020年有41.5萬首次購船者（新船和二手船）進(jìn)入市場。據(jù)報道，這些買家平均年齡較小，與其他買家群體相比，女性的可能性更大。經(jīng)銷商告訴記者，在新冠病毒流行之前，購買一艘船只的平均等待時間是4至6周，而現(xiàn)在購買船只等待時長基本延長到8到12個月，舷外發(fā)動機的交付時間據(jù)說也延長至72周。

箔板船（翼板船）

動力船和帆船的一個日益增長的趨勢是箔片，即使用被稱為水翼的水下翅膀?qū)⒋w抬出水面并 "飛行"。箔片通常是刺入水面的V形葉片或保持在水下的T形葉片。有些船采用兩者組合的方式。與飛機上的翼板作用類似，當(dāng)船速提升時，這些箔片產(chǎn)生升力使船體升出水面。在大多數(shù)情況下，當(dāng)船只行駛速度達(dá)到15-18節(jié)，船身就會升出水面。而箔片在較低的速度下則會縮回，并由電子裝置驅(qū)動。

圖為7.7米長Candela公司C-7號電動船起箔照片

由于箔板船可被抬出水面，它們的阻力也就相對更小，因此效率更高，據(jù)稱燃料消耗可減少30-40%。比如Candela造船公司（瑞典Liding?）生產(chǎn)的7.7米長的電力驅(qū)動C-7船，據(jù)稱比汽油驅(qū)動的平底船的能源效率高4-5倍，且自有成本降低95%。C-7電力船以14-15節(jié)速度開始起箔，以22節(jié)速度巡航，最大速度可達(dá)30節(jié)，航程為50海里。

箔通常由碳纖維增強塑料（CFRP）制成。C-7箔片就是由Sicomin環(huán)氧體系（法國Chateauneuf les Martigues公司）中的SR1710環(huán)氧樹脂真空灌注單向（UD）碳纖維并室溫固化而成，再在40℃溫度下進(jìn)行后固化。C-7船體采用同質(zhì)的碳纖維和環(huán)氧樹脂制成。這是因為采用與箔片相同的材質(zhì)制作船體可確保船體在輕質(zhì)的前提下其剛度也能達(dá)到使用需求。

雖然造箔板船需要在前期進(jìn)行大量的設(shè)計開發(fā)和計算機輔助設(shè)計工作，以及采用高昂的碳纖維等輕質(zhì)材料，使其造船成本高于傳統(tǒng)船，但由于箔板船改進(jìn)后的優(yōu)良性能使其通常能迅速收回差額。根據(jù)一些制造商的說法，最短三年就能收回成本。還有一個因素就是，現(xiàn)在大家對環(huán)境友好型船只越來越青睞，而箔片又能在電力驅(qū)動船只的基礎(chǔ)上改善其性能。種種因素造就現(xiàn)在的箔板船越來越受歡迎。

2021年5月，Candela公司發(fā)布了P-12電動箔式水上出租車，以取代柴油動力渡輪。9.5米長P-12水上出租車擁有一個全景式船艙，最多可搭載12名乘客。據(jù)稱，P-12使用與C-7相同的CFRP水翼系統(tǒng)和船體結(jié)構(gòu)，每位乘客消耗的能源比一輛家用汽車還少，與內(nèi)燃機船相比，運營成本低90%。

Candela公司的9.5米長的P-12電動箔式水上出租車

2021年推出的另一個更具未來感的產(chǎn)品是Centrostiledesign公司（意大利莫達(dá)諾）的Future-E概念船只。據(jù)報道，這艘長5.2米、寬2米的 "零影響船 "使用回收的碳纖維復(fù)合材料建造，無碳排放、無噪音、無波浪，最多可搭載三名乘客。當(dāng)速度達(dá)到16節(jié)時，船體在四個可伸縮的鋁箔上浮出水面，并通過兩個電動馬達(dá)使其最大速度達(dá)到30節(jié)。據(jù)報道，F(xiàn)uture-E的特點是 "箔集成運動系統(tǒng)"，該系統(tǒng)可管理四個獨立調(diào)整的箔片，控制其延伸距離以及它們的攻擊角度，保證船體平穩(wěn)行駛。

5.2米長、可容納三人的Future-E概念船身

CFRP和3D打印的持續(xù)增長

在船東和運營商對更高速度和性能要求的推動下，以及希望減少燃料消耗這樣的愿景下，CFRP在船舶領(lǐng)域的應(yīng)用繼續(xù)緩慢增長。Holland Composites公司（荷蘭萊利斯塔德）為Windcat Workboats風(fēng)電場維護生產(chǎn)的輕質(zhì)CFRP甲板室，采用樹脂灌注CFRP泡沫夾層結(jié)構(gòu)來提高剛度，以實現(xiàn)高開放性、沒有支柱的艙體。"整體式甲板艙足夠輕，我們可以把它放在減震器上，以隔離它和發(fā)動機以及波浪振動，" Janssen說。"Windcat以其真正安靜的行駛而聞名，這些船深受大型風(fēng)力渦輪機OEM廠商的喜愛。所有這些風(fēng)電場都必須得到維護，因此，預(yù)計長度為50至60英尺的高速雙體船將會迎來一個新的市場"。

建造者moi composites（意大利米蘭）聲稱MAMBO(Motor Additive Manufacturing BOat)是第一艘采用連續(xù)玻纖增強熱固性樹脂制成的復(fù)合材料3D打印船。這艘長6.5米、寬2.5米的動力艇展示了一種新的、獨特的形狀，這在傳統(tǒng)制造中是不可能的。它是在生成算法的指導(dǎo)下，機器人分段打印而成，這樣可以直接從數(shù)字結(jié)構(gòu)模型中打印出連續(xù)的纖維，而且尺寸上也可以擴展。然后，這些部分被層壓在一起，形成最終的雕刻結(jié)構(gòu)，沒有傳統(tǒng)的船體和甲板之間的劃分。

6.5米長的MAMBO 3D打印船

MAMBO采用連續(xù)纖維增強乙烯基酯樹脂（因其對海水具有長期耐腐蝕性而受到青睞）制成，使其更加堅固、耐用并且輕質(zhì)。創(chuàng)新的3D打印技術(shù)可以使產(chǎn)品制作不需要模具，并且它可以以一種既高效又經(jīng)濟的方式來制造實際產(chǎn)品——不僅僅是小批量試作的模型件或者特殊物品。Moi在MAMBO項目中的合作伙伴包括數(shù)字設(shè)計軟件供應(yīng)商Autodesk（美國加州圣拉斐爾）和玻璃纖維供應(yīng)商Owens Corning歐文斯科寧公司（美國俄亥俄州托萊多）。

2021年9月，大型增材制造（AM）專家Caracol公司（意大利洛馬佐）首次推出Beluga，這是一個3D打印帆船原型，使用回收的聚丙烯（PP）和30%的短切玻纖制作而成。Beluga是Caracol和NextChem（意大利羅馬）聯(lián)合研究的產(chǎn)物，后者是一家生產(chǎn)MyReplast再生塑料材料的綠色能源公司。Caracol公司聲稱已經(jīng)克服了傳統(tǒng)玻璃纖維結(jié)構(gòu)制品缺乏可回收性的難題。Caracol公司還通過使用其專有的機器人AM系統(tǒng)——包括一個帶擠出機的六軸機械臂，可一次性打印船體，消除了對昂貴模具的需求。

船舶中的復(fù)合材料

歐洲兩大財團FIBRESHIP和RAMSSES在擁有378名成員的歐洲海上輕量化應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)（E-LASS）協(xié)會的支持下，在一系列示范項目中取得了進(jìn)展，包括復(fù)合材料甲板、船舵、船體、模塊化船艙和上層結(jié)構(gòu)以及對復(fù)合材料與鋼的焊接接頭處的修補等。他們旨在展示大型結(jié)構(gòu)和整船的防火和結(jié)構(gòu)性能，以及新的生產(chǎn)工藝、連接技術(shù)、設(shè)計工具和認(rèn)證途徑。FIBRESHIP已經(jīng)部分完成一個重達(dá)20噸、85米長，且由復(fù)合材料制成的漁業(yè)研究船（FRV），完成部件的尺寸為11 ×11 × 8.6米，由位于法國La Ciotat的iXblue船廠建造。

與此同時，RAMSSES有13個示范項目正在進(jìn)行，其中10個項目需要使用復(fù)合材料。RAMSSES還在研制全復(fù)合材料船——一艘80米長的全復(fù)合材料海上巡邏船。Damen造船集團（荷蘭戈林赫姆）正在牽頭演示這艘全尺寸復(fù)合材料船的部分完成體，尺寸為6 × 6 ×3米，該部分采用Evonik（德國埃森）的新型樹脂真空灌注而成。Damen公司還與InfraCore公司（荷蘭鹿特丹）合作，將引用InfraCore公司新技術(shù)于船體制作。此前，InfraCore的姐妹公司FiberCore Europe（鹿特丹）將此技術(shù)應(yīng)用于全球1000多座復(fù)合材料橋梁和閘門。目前InfraCore公司正在為演示者建造甲板、艙壁和船體結(jié)構(gòu)，并將對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)和防火性能測試。"InfraCore公司的運營經(jīng)理Laurent Morel說："我們將使用水平和垂直灌注法一次性制作船體部件。截至目前，我們可以灌注9.8米高度的船體部件"。

RAMSSES船體部件

復(fù)合材料已經(jīng)在第一艘使用復(fù)合材料貨物甲板的滾裝汽車運輸船上得到證明，該甲板作為RAMSSES第14工作包一部分，由Uljanik集團（克羅地亞普拉）設(shè)計和建造。Uljanik集團還為一艘110米長的內(nèi)河游船設(shè)計了輕質(zhì)日光浴甲板，為一艘200米長的普通貨船設(shè)計了復(fù)合材料夾層甲板。Compocean公司（挪威Sandvika）經(jīng)理Arnt Frode Brevik解釋說："夾層甲板是一種可拆卸甲板，你可以安裝它來分隔貨艙，以方便裝載不同類型的貨物"。" Brevik繼續(xù)補充："多年來，我們一直與Oshima Shipbuilding（日本長崎）和DNV GL合作開發(fā)輕質(zhì)型夾層甲板，目標(biāo)是與鋼制相比減重50%。"2017年Compocean公司就展出過一個9 ×2米的玻璃纖維復(fù)合材料甲板原型，并通過了沖擊和最大載荷測試。Compocean公司現(xiàn)已將這一開發(fā)擴展到船東Masterbulk Pte Ltd. （新加坡），并建造了一個全尺寸的27 × 12米的原型復(fù)合材料夾層甲板，此甲板將在2021年之前完成安裝和測試。

復(fù)合材料船舵也正在開發(fā)中。作為RAMSSES第12工作包一部分，Becker Marine Systems公司（BMS，德國漢堡）正在展示一種用于鋼舵的輕型復(fù)合材料襟翼。BMS公司的研發(fā)主管J?rg Mehldau表示，此類舵的重量通常超過200噸，通過添加鉸鏈?zhǔn)轿膊拷笠恚梢源蟠鬁p少船舵面積。BMS率先推出這種襟翼舵，改善了航向保持性和機動性，無需拖船協(xié)助即可靠泊。復(fù)合材料襟翼減輕了船舵重量，并使其形狀和設(shè)計更加有效。RAMSSES已開發(fā)出長11.8米、寬0.9米、弦長2.9米的襟翼，作為最大集裝箱船之一（約400米長）的全尺寸測試案例。該襟翼將采用樹脂真空灌注和InfraCore公司的設(shè)計來生產(chǎn)，從1：6比例的展示件開始，使用已經(jīng)通過DNV GL認(rèn)證的玻璃纖維和聚酯樹脂來保障低成本。2米高的展示件的測試工作計劃于2021年完成。

生物基材料和回收

海洋體育用品和船只已經(jīng)越來越多通過采用生物基材料制作提高其可持續(xù)性。其中一個案例就是Rush 39（見開場圖片），這是Rush Yachts（英國康沃爾郡）12米/39英尺超級游艇。據(jù)報道，該船采用最先進(jìn)的綠色材料和工藝設(shè)計制作而成。這艘動力艇還被設(shè)計成可以減少燃料消耗的箔板船。

2021年10月，Sicomin公司報告其InfuGreen 810生物基環(huán)氧灌注樹脂正被用于新型Couach（法國波爾多）Fly 86/2600機動游艇——據(jù)說是迄今為止使用樹脂灌注和生物樹脂制造的最大游艇船體。這艘26米、52噸重的超級游艇船體、甲板和上層結(jié)構(gòu)使用了Sicomin公司的InfuGreen 810，使游艇更輕、更快，同時還降低了整體油耗。作為Sicomin公司GreenPoxy系列生物基樹脂的一部分，InfuseGreen 810的38%的碳含量據(jù)說來自于植物基。

新型Couach Fly 86/2600機動游艇，長26米，據(jù)說是迄今為止注入生物樹脂的最大船體。其船體、甲板和上層結(jié)構(gòu)使用InfuGreen 810，這是Sicomin公司GreenPoxy系列生物基樹脂的一部分

GreenLight項目在弗勞恩霍夫IFAM（德國不來梅）的領(lǐng)導(dǎo)下，與合作伙伴Meye Werft GmbH & Co. KG (Niedersachsen)和INVENT GmbH (Braunschweig)一起，旨在開發(fā)具有內(nèi)在防火安全性的生物基復(fù)合材料，用于船舶的承重結(jié)構(gòu)。該項目還將探索制造和回收概念，相關(guān)合作伙伴包括Huntsman先進(jìn)材料公司（美國德克薩斯州的伍德蘭茲）、SAERTEX GmbH & Co. KG（德國Saerbeck）、Lloyd’s Register勞埃德船級社（英國倫敦）和nova-Institut（德國Hürth）。重點將放在用于FRP材料的可獲取的生物基聚合物和苯并噁嗪上。與傳統(tǒng)的石油基材料相比，這些材料在整個產(chǎn)品生命周期中提供較低的二氧化碳足跡。盡管苯并噁嗪通常是由石油基酚類成分、胺和甲醛合成，但它們也可以從玉米芯或芝麻等可再生原料中提取。GreenLight 將重點關(guān)注此類可持續(xù)的苯并噁嗪基復(fù)合材料。

開發(fā)用于船舶結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計的耐火和生物基纖維復(fù)合材料的起始材料

要使復(fù)合材料在任何市場領(lǐng)域繼續(xù)增長，就必須更加關(guān)注可持續(xù)回收。The Rhode Island Marine Trades Association羅德島海洋貿(mào)易協(xié)會（RIMTA，美國羅得島州布里斯托爾）自2018年1月以來一直在領(lǐng)導(dǎo)羅德島玻璃纖維船回收計劃。該計劃已經(jīng)測試并驗證了可行的回收流程，并組織了一個合作伙伴網(wǎng)絡(luò)以負(fù)責(zé)任和可持續(xù)的方式處理報廢（EOL）船只。得益于美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）海洋垃圾計劃提供的105,452美元撥款，該試點現(xiàn)在正在擴大到另外四個州——康涅狄格州、馬薩諸塞州、緬因州和華盛頓州。在過去兩年中，RIMTA開展的羅德島玻璃纖維船回收計劃已使用新工藝回收了60多噸玻璃纖維材料，成功地將舊船從垃圾填埋場轉(zhuǎn)移。RIMTA基金會正在為玻璃纖維船回收開發(fā)一個可持續(xù)的財務(wù)模型，它將利用NOAA的資金協(xié)助華盛頓和新英格蘭地區(qū)的各州改進(jìn)和復(fù)制羅德島玻璃纖維船回收計劃。

向氫能轉(zhuǎn)變

世界各國政府和行業(yè)正在從化石燃料轉(zhuǎn)向綠色能源，目的是到2050年實現(xiàn)碳零排放，并將全球溫度上升控制在2℃以下。為了滿足對零排放推進(jìn)的這種日益增長的需求，已經(jīng)處于增長趨勢的電動船有了新的選擇：氫燃料電池。100英尺長的Energy Observer雙體帆船和Hynova 40生產(chǎn)型動力艇（40英尺長）都使用豐田的Rex H2燃料電池。豐田還在一艘40英尺長的Yanmar 洋馬EX38A漁船上安裝了兩個燃料電池和八個700巴的IV型復(fù)合氫氣罐。豐田和洋馬（日本大阪）宣布了到2025年在更大的船舶上擴大和部署這種氫氣推進(jìn)器的目標(biāo)。

在商業(yè)海運領(lǐng)域，世界上第一艘氫動力河船預(yù)計將于2021年在法國下水，其系統(tǒng)由ABB和Ballard Fuel Cell Systems巴拉德燃料電池系統(tǒng)公司（美國俄勒岡州本德市）開發(fā)，這兩家公司還在為皇家加勒比開發(fā)燃料電池游船。同時，挪威渡輪運營商Norled已經(jīng)接收了82米長的MF Hydra，據(jù)報道這是世界上第一艘液態(tài)氫動力渡輪，能夠搭載300名乘客和80輛汽車。SWITCH Maritime將在美國推出第一艘氫動力渡輪。Sea Change號能夠搭載75名乘客，將在舊金山灣運營。歐盟HySeas III項目正在推進(jìn)建造一艘氫氣渡輪，可在蘇格蘭北部Kirkwall和Shapinsay之間運送120名乘客和16輛汽車或兩輛卡車，丹麥和挪威的一個項目計劃建造世界上最大的氫氣渡輪Europa Seaways，能夠在哥本哈根和奧斯陸之間運送1800名乘客。該渡輪還將能夠運載380輛汽車或120輛卡車，計劃于2027年開始服務(wù)。隨著氫能經(jīng)濟的迅速發(fā)展，還有許多其他項目正在開發(fā)中，更多的項目也正在推出。

由Norled運營、LMG Marin（挪威卑爾根）設(shè)計的MF Hydra是世界上第一艘液態(tài)氫動力渡輪

Hexagon Composites?？怂箍祻?fù)合材料公司（挪威阿勒松）是用于儲存壓縮天然氣（CNG）和氫氣（H2）的Ⅳ型儲罐生產(chǎn)的領(lǐng)導(dǎo)者，該公司于1月將Hexagon Purus剝離出來，專注于零排放H2和電池電動系統(tǒng)及儲存項目。據(jù)估計從2025年到2030年，儲罐收入將增加630%。2021年6月，Hexagon Purus宣布它將成立一個新的子公司Hexagon Purus Maritime。雖然Hexagon 參與海上氫氣項目已有一些年頭，但 "我們現(xiàn)在看到對氫氣的海上要求和活動正在迅速增加，"Hexagon Purus的銷售和市場總監(jiān)J?rn Helge Dahl解釋道。"Hexagon Purus Maritime公司將開發(fā)船上儲存系統(tǒng)，從船邊燃料管道輸送到儲存器，再從儲存器向下到燃料電池。由于包括腐蝕在內(nèi)的惡劣環(huán)境，我們認(rèn)為復(fù)合材料是海上應(yīng)用的理想存儲解決方案。"

Dahl認(rèn)為，海事事業(yè)將在20年中發(fā)生快速變化，隨著2030年的臨近，越來越多的項目將投入使用。他解釋說，這是由國際海事組織（IMO，英國倫敦）制定的目標(biāo)所驅(qū)動，即與2008年基線相比，所有新建和現(xiàn)有船舶必須在2030年和2050年將二氧化碳排放量減少40%和70%。此外，我們看到來自當(dāng)?shù)厮痉ü茌爡^(qū)的行動越來越多，例如，挪威的一些世界遺產(chǎn)峽灣要求在2026年前實現(xiàn)零排放。這將不包括大型游輪；因此，他們將不得不開發(fā)更小的船只來帶人們進(jìn)入峽灣。在歐洲密集的河流運輸區(qū)，我們將看到更多此類限制。尤其是隨著聯(lián)合國氣候報告的出爐（最近），我認(rèn)為我們才剛剛開始，更多的法規(guī)將會出現(xiàn)。

本文由中國復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會綜編，文章不用于商業(yè)目的，僅供行業(yè)人士交流。轉(zhuǎn)載請注明來自中國復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會。