热点关注·首艘碳纤维高速客船，颠覆传统，引领绿色航运狂潮

由中国船舶集团有限公司携手中国船级社及用户共同打造香港地区纯电动碳纤维客船，开创了“碳纤维”和“纯电推进”两项绿色低碳技术相结合的发展先河。

自 2022 年以来，中国船舶集团旗下广州船舶工业有限公司已成功承接港澳地区船舶 29 艘，其中多艘为碳纤维高速客船。为此，广州公司联合相关方开展了船用碳纤维国产化研制及推广，成功应用于部分建造项目，打破了高端碳纤维进口材料在国产高速客船的技术垄断局面。

广东中威复合材料有限公司是广州公司碳纤维船舶项目的建造方，也是国内第一家使用碳纤维材料制造 40 米以上级别高速客船的船企。该工艺需用到 T700 级别的碳纤维材料配套乙烯基酯树脂，但国内此强度级别的碳纤维基本都是配套环氧树脂，需加热加压后固化。因此，中威公司只能一直依赖进口国外碳纤维及树脂。物料供应的稳定性及周期难以保证，成本高是国内发展大型碳纤维船舶的“堵点”。

在广州公司的大力推动下，2023 年 6 月 9 日，广州公司与中国船舶集团旗下第七二五研究所、中威公司共同签订了《船用碳纤维国产化研发及推广项目合作框架协议》。作为船用复合材料的主要研发机构，七二五所是国内最早开展船用复合材料研究的单位，四十多年来承担了大量的船用复合材料研究和开发工作，主编或参与编写国家标准及行业标准 20 余项。随着七二五所的加入，三方也搭建起了高端国产碳纤维织物复合材料在高速客船示范应用的“铁三角”。

研发团队围绕 T700 级碳纤维复合材料国产化，通过碳纤维高性能编织技术、碳纤维界面性能强化技术、高强抗冲击乙烯基酯树脂的研制、碳纤维复合材料综合性能评价、碳纤维复合材料成型工艺、典型舱段建造与考核评价等，实现了国产化替代的重大突破。

研究结果表明，自研国产碳纤维与树脂匹配后，性能与进口材料水平相当，相比于铝制船减重 20%以上，达到了船舶设计指标与建造工艺需求。其中，灌注型乙烯基酯树脂还优于进口。由于良好的工艺适应性，织物和树脂均已取得中国船级社（CCS）认证证书。

三方合作还形成了国产化织物和树脂产业化生产线的设计方案，突破了碳纤维织物和配套乙烯基酯树脂的批产工艺，对国产树脂和 5 种碳纤维编织物建立了企标，制定了过程工艺要点、控制点相关文件，确保产品性能稳定，满足供货需求。目前，自研国产碳纤维与树脂已成功应用于碳纤维高速客船上建或整船建造。

Part 2

碳纤维在船舶领域的应用优势

增加航速。轻量化的船体可以降低船舶的阻力，提高船舶的航行速度。对于高速客船和游艇等对速度要求较高的船舶类型，碳纤维的应用可以显著提升其性能。例如，“新明珠 6”号采用碳纤维材料和混合动力系统，提高了船舶的航行速度，为乘客提供更加快捷的出行体验。

增强稳定性。碳纤维的高强度和高刚度可以提高船体的结构强度和稳定性。在恶劣的海洋环境中，船舶需要具备良好的抗风浪能力和稳定性，以确保乘客和货物的安全。碳纤维船体能够更好地抵抗海浪的冲击和扭曲，减少船体的振动和摇晃，提高船舶的舒适性和安全性。

降低能耗。轻量化的船体可以降低船舶的能耗，提高燃油效率。对于货船和油轮等大型船舶，降低能耗可以显著降低运营成本。此外，碳纤维的耐腐蚀性能可以减少船体的维护需求，进一步降低运营成本。

降低船舶的能耗可以减少温室气体和污染物的排放，符合全球航运业向绿色、低碳转型的大趋势。碳纤维船舶的轻量化设计和高效的动力系统可以显著降低船舶的碳排放和污染物排放，为环境保护做出贡献。

同时，与传统的金属材料相比，碳纤维的生产能耗较低，且不会产生大量的废弃物和污染物。在船舶使用寿命结束后，碳纤维船体可以进行回收和再利用，减少对环境的影响，实现可持续发展。

降低噪音和振动。碳纤维的高刚度和阻尼特性可以有效降低船体的噪音和振动。对于客船和游艇等注重舒适性的船舶类型，碳纤维的应用可以为乘客提供更加安静、舒适的乘坐环境。

提高防火性能。碳纤维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。与传统的木质和塑料材料相比，碳纤维不易燃烧，能够有效减少火灾的发生和蔓延。防火处理和涂层的使用，如 svt 防火织物等创新防火材料的使用，可提升传统复合材料在高温环境下的结构完整性和防火性能。

Part 3

碳纤维在船舶领域的应用案例

碳纤维复合材料在船舰制造中的应用范围十分广泛。从船体到船桨，从甲板到舱室，碳纤维复合材料都可以发挥其独特的性能优势。

高速客船：如中国香港的“新明珠 6”号、“新明珠2”号，采用碳纤维材料和混合动力系统，提高了航行速度和环保性能。高速客船对速度和舒适性要求较高，碳纤维的轻量化和高强度特性使其成为理想的材料选择。此外，碳纤维船体的流线型设计可以降低阻力，提高水动力性能，进一步提升船舶的速度和效率。

游艇、竞赛帆船：碳纤维在游艇、竞赛帆船制造中也得到了广泛应用。游艇作为高端消费品，对外观设计和性能要求极高。碳纤维可以实现复杂的形状设计，为游艇的外观设计提供更多的可能性，满足消费者对个性化和美观的需求。例如，Baltic公司建造的超级游艇“巴拿马”号，采用了碳纤维/环氧树脂蒙皮和Nomex®蜂窝结构，使得船身长达60米，但总重仅为210吨，展现出速度快、油耗低的性能。

军用船舶：碳纤维在军用船舶领域也具有重要的应用价值。军用船舶需要具备高强度、高速度和隐身性能等特点，碳纤维的特性正好满足这些需求。碳纤维复合材料透波、透声性好，无磁性，现有的隐身型军舰就是用碳纤维复合材料打造的。用碳纤维复合材料制造舰船的上层建筑，在减轻船体重量的同时，可通过在夹层中嵌入有滤波功能的频率选择层，就可以在预定的频率下发射和接受电磁波，从而屏蔽敌方的雷达电磁波。

碳纤维在应用于侦察舰和快速巡航舰推进系统的螺旋桨和推进轴系时，能明显减轻船体的振动效应和噪声。应用于方向舵、特殊的机械装置和管道系统时，整体性能远优于传统金属材料。

此外，碳纤维的耐腐蚀性能可以延长军用船舶的使用寿命，降低维护成本。例如，挪威海军的“Skjold”级巡航艇和瑞典的Visby级护卫舰都采用了碳纤维复合材料，以提高其低磁性、抗红外能力和抗雷达扫描的特性。

增强超轻型船用泵：日本 Naniwa Pump Manufacturing 日前开发了一款由碳纤维增强复合材料（CFRP）制成的超轻型船用泵，这款高耐用性的船用泵也是“世界上第一款碳纤维船用泵”，其将服务于川崎重工制造的水翼喷射船“SEVEN ISLANDS YUI”。采用碳纤维的船用泵重量超轻，仅为用于海船的标准青铜铸造泵重量的四分之一。相关测试及实际应用亦证明了 CFRP 泵的耐用性和可维护性远远优于以往安装在川崎 Jet Foil 系列上的铝制泵。

水下耐压构件：因为具有低密度、高强度、高模量、耐疲劳、耐腐蚀和较好的可设计性等优点，碳纤维复合材料已在多种潜水器、深海滑翔机等装备的耐压构件上得到了广泛应用。

船舶螺旋桨推进器：碳纤维增强复合材料（CFRP）也被应用于船舶的螺旋桨推进器，以提高其耐腐蚀性、降低疲劳裂纹的产生，并减少声学阻尼性相对较差的问题。

海洋工程修复：碳纤维复合材料也用于海洋工程建筑的修复，利用其轻质高强耐腐的特性，替代传统钢筋建材，解决海水侵蚀问题。

Part 4

碳纤维在船舶领域应用的技术挑战

成本较高。目前，碳纤维的生产成本相对较高，这是限制其在船舶领域广泛应用的主要因素之一。碳纤维的生产过程复杂，需要大量的能源和原材料，导致其价格较高。此外，碳纤维船舶的制造工艺也相对复杂，需要专业的技术和设备，增加了制造成本。

技术难度大。碳纤维船舶的制造需要掌握先进的复合材料技术和工艺。碳纤维与树脂等基体材料的结合需要严格的工艺控制，以确保复合材料的性能和质量。此外，碳纤维船体的设计和制造需要考虑到结构强度、稳定性、耐久性等多个因素，技术难度较大。

维修和保养困难。碳纤维船舶在使用过程中，如果出现损坏或故障，维修和保养相对困难。碳纤维材料的修复需要专业的技术和设备，且修复成本较高。此外，碳纤维船体的检测和评估也需要专业的技术和设备，以确保船舶的安全性和可靠性。

Part 5

碳纤维在船舶领域的发展现状

目前，全球范围内越来越多的船舶制造商开始关注和应用碳纤维材料。一些知名的船舶制造商如意大利的法拉帝集团、美国的 Brunswick 公司等，都推出了采用碳纤维材料的高端游艇和高速客船。此外，一些国家的海军也开始尝试使用碳纤维材料制造军舰，以提高军舰的性能和隐身性能。

在我国，碳纤维在船舶领域的应用也逐渐受到重视。一些国内的船舶制造商和科研机构开始开展碳纤维船舶的研发和制造工作。中国船舶集团旗下的广州船公司成功交付了中国香港首艘碳纤维混合动力高速客船“新明珠 6”号，为我国碳纤维船舶的发展树立了榜样。

于2021年11月8日下水的“海珠湾”号客轮，是国内首艘总长超过40米的全碳纤维结构高速客轮，该船船体线型优美，船长42.8米，型宽10.8米，可载客260人，设计航速超过37节，采用喷水式推进。与传统铝合金船相比，它可节省30%以上燃油，重量更轻、强度更高、航速更快。其碳纤维船壳是使用一次真空成型技术制造而成，填补了国内40米以上碳纤维船舶整船建造的技术空白。

此外，我国的一些高校和科研机构也在开展碳纤维船舶的技术研究工作，为我国碳纤维船舶的发展提供了技术支持。

Part 6

碳纤维在船舶领域的未来前景

随着碳纤维生产技术的不断创新和进步，碳纤维的生产成本有望逐渐降低。例如，采用新的碳纤维生产工艺和原材料，可以提高生产效率，降低能源消耗，从而降低碳纤维的价格。此外，随着碳纤维船舶制造技术的不断成熟，制造成本也将逐渐降低，为碳纤维在船舶领域的广泛应用创造条件。

减碳时代，随着全球对环境保护和可持续发展的要求不断提高，航运业对绿色、节能、环保船舶的需求将不断增长。碳纤维船舶作为一种具有显著优势的绿色船舶，将迎来广阔的市场前景。未来，碳纤维有望在更多类型的船舶上得到应用，如货船、油轮、集装箱船等大型船舶，以及海洋工程船舶等特种船舶。

同时，为了推动航运业的绿色转型，各国政府纷纷出台了一系列政策措施，鼓励船舶制造商采用环保节能的技术和材料。例如，欧盟推出了“绿色航运计划”，对采用环保技术的船舶给予补贴和税收优惠。我国也出台了一系列政策，鼓励船舶制造业的绿色发展，为碳纤维在船舶领域的应用提供了政策支持。

Part 6

开启绿色航运的新时代

碳纤维作为一种高性能的材料，在船舶领域具有广阔的应用前景。其高强度、轻量化、耐腐蚀等特性，为船舶的性能提升、环保节能和舒适性提供了有力的支持。尽管目前碳纤维在船舶领域的应用还面临着成本较高、技术难度大等挑战，但随着技术创新和市场需求的增长，以及国内各方积极推进国产化进程，这些挑战将逐渐得到克服。未来，碳纤维有望在船舶领域得到更广泛的应用，开启绿色航运的新时代。