近日，中國香港渡輪項目碳纖維高速客渡船主船體順利完工。2022年以來，中國船舶集團有限公司旗下廣州船舶工業有限公司已成功承接港澳地區船舶29艘，其中多艘為碳纖維高速客船。為此，廣州公司聯合相關方開展了船用碳纖維國產化研制及推廣，成功應用于部分建造項目，打破了高端碳纖維進口材料在國產高速客船的技術壟斷局面。

 

依賴進口成“堵點”

隨著造船技術的提升和“雙碳”目標的推動，內地及港澳船舶市場對高端綠色船舶的需求越來越旺盛。碳纖維復合材料是船舶領域的一種理想材料，具有重量輕、耐腐蝕、噪音低等特點，相比傳統船用材料可進一步節省燃油、降低維護費用，節能減排、低碳環保優勢明顯。

據介紹，目前國外已研制出民船用碳纖維及配套乙烯基樹脂，并已在40米以上級別高速客船中應用多年。但是，國內此前僅在小艇或游艇領域使用碳纖維復合材料，且只用到T300級別的碳纖維（“T”代表拉伸強度，后面的數字越大，碳纖維的力學性能指標越高），在大型客船上的應用仍是空白。

廣東中威復合材料有限公司是廣州公司碳纖維船舶項目的建造方，也是國內第一家使用碳纖維材料制造40米以上級別高速客船的船企。該工藝需用到T700級別的碳纖維材料配套乙烯基樹脂，但國內此強度級別的碳纖維基本都是配套環氧樹脂，需加熱加壓后固化。因此，中威公司只能一直依賴進口國外碳纖維及樹脂。物料供應的穩定性及周期難以保證，成本高是國內發展大型碳纖維船舶的“堵點”。

產學研“抱團”闖關

想要破解“無材可用”的局面，就迫切需要有效整合優質資源，開展高端船舶用碳纖維織物及配套樹脂國產化研究。在廣州公司的大力推動下，2023年6月9日，廣州公司與中國船舶集團旗下第七二五研究所、中威公司共同簽訂了《船用碳纖維國產化研發及推廣項目合作框架協議》。其中，廣州公司負責研發產品過程協調和產業化推廣，中威公司為產品使用方，七二五所為技術支持和產品提供方，三方實現了“產、學、研”結合發展。

作為船用復合材料的主要研發機構，七二五所是國內最早開展船用復合材料研究的單位，四十多年來承擔了大量的船用復合材料研究和開發工作，主編或參與編寫國家標準及行業標準20余項。隨著七二五所的加入，三方也搭建起了高端國產碳纖維織物復合材料在高速客船示范應用的“鐵三角”。

 

研發團隊圍繞T700級碳纖維復合材料國產化，通過碳纖維高性能編織技術、碳纖維界面性能強化技術、高強抗沖擊乙烯基樹脂的研制、碳纖維復合材料綜合性能評價、碳纖維復合材料成型工藝、典型艙段建造與考核評價等，實現了國產化替代的重大突破。

三方合作“開花結果”

研究結果表明，自研國產碳纖維與樹脂匹配后，性能與進口材料水平相當，相比于鋁制船減重20%以上，達到了船舶設計指標與建造工藝需求。其中，灌注型乙烯基樹脂還優于進口。由于良好的工藝適應性，織物和樹脂均已取得中國船級社（CCS）認證證書。

據了解，三方合作還形成了國產化織物和樹脂產業化生產線的設計方案，突破了碳纖維織物和配套乙烯基酯樹脂的批產工藝，對國產樹脂和5種碳纖維編織物建立了企標，制定了過程工藝要點、控制點相關文件，確保產品性能穩定，滿足供貨需求。目前，自研國產碳纖維與樹脂已成功應用于碳纖維高速客船上建或整船建造。

T700碳纖維織物及樹脂已完成國產化，在內河、港澳跨境客船等領域將具有廣闊的市場前景。例如，碳纖維船體和純電推進技術相結合，在能源儲備相同的情況下具有更長的續航能力，是綠色船舶技術的典范。后續，三方還將積極推進大絲束碳纖維開發應用工作，成本可較現有T700級材料體系降低30%以上，計劃于今年11月獲得CCS認證。