由中國船舶集團有限公司攜手中國船級社及用戶共同打造香港地區純電動碳纖維客船，開創了“碳纖維”和“純電推進”兩項綠色低碳技術相結合的發展先河。

自 2022 年以來，中國船舶集團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。

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酯樹脂，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”。

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》。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、高強抗沖擊乙烯基酯樹脂的研制、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。

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，灌注型乙烯基酯樹脂還優于進口。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。

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。

Part 2

碳纖維在船舶領域的應用優勢

增加航速。輕量化的船體可以降低船舶的阻力，提高船舶的航行速度。對于高速客船和游艇等對速度要求較高的船舶類型，碳纖維的應用可以顯著提升其性能。例如，“新明珠 6”號采用碳纖維材料和混合動力系統，提高了船舶的航行速度，為乘客提供更加快捷的出行體驗。

增強穩定性。碳纖維的高強度和高剛度可以提高船體的結構強度和穩定性。在惡劣的海洋環境中，船舶需要具備良好的抗風浪能力和穩定性，以確保乘客和貨物的安全。碳纖維船體能夠更好地抵抗海浪的沖擊和扭曲，減少船體的振動和搖晃，提高船舶的舒適性和安全性。

降低能耗。輕量化的船體可以降低船舶的能耗，提高燃油效率。對于貨船和油輪等大型船舶，降低能耗可以顯著降低運營成本。此外，碳纖維的耐腐蝕性能可以減少船體的維護需求，進一步降低運營成本。

降低船舶的能耗可以減少溫室氣體和污染物的排放，符合全球航運業向綠色、低碳轉型的大趨勢。碳纖維船舶的輕量化設計和高效的動力系統可以顯著降低船舶的碳排放和污染物排放，為環境保護做出貢獻。

同時，與傳統的金屬材料相比，碳纖維的生產能耗較低，且不會產生大量的廢棄物和污染物。在船舶使用壽命結束后，碳纖維船體可以進行回收和再利用，減少對環境的影響，實現可持續發展。

降低噪音和振動。碳纖維的高剛度和阻尼特性可以有效降低船體的噪音和振動。對于客船和游艇等注重舒適性的船舶類型，碳纖維的應用可以為乘客提供更加安靜、舒適的乘坐環境。

提高防火性能。碳纖維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。與傳統的木質和塑料材料相比，碳纖維不易燃燒，能夠有效減少火災的發生和蔓延。防火處理和涂層的使用，如 svt 防火織物等創新防火材料的使用，可提升傳統復合材料在高溫環境下的結構完整性和防火性能。

Part 3

碳纖維在船舶領域的應用案例

碳纖維復合材料在船艦制造中的應用范圍十分廣泛。從船體到船槳，從甲板到艙室，碳纖維復合材料都可以發揮其獨特的性能優勢。

高速客船：如中國香港的“新明珠 6”號、“新明珠2”號，采用碳纖維材料和混合動力系統，提高了航行速度和環保性能。高速客船對速度和舒適性要求較高，碳纖維的輕量化和高強度特性使其成為理想的材料選擇。此外，碳纖維船體的流線型設計可以降低阻力，提高水動力性能，進一步提升船舶的速度和效率。

游艇、競賽帆船：碳纖維在游艇、競賽帆船制造中也得到了廣泛應用。游艇作為高端消費品，對外觀設計和性能要求極高。碳纖維可以實現復雜的形狀設計，為游艇的外觀設計提供更多的可能性，滿足消費者對個性化和美觀的需求。例如，Baltic公司建造的超級游艇“巴拿馬”號，采用了碳纖維/環氧樹脂蒙皮和Nomex?蜂窩結構，使得船身長達60米，但總重僅為210噸，展現出速度快、油耗低的性能。

軍用船舶：碳纖維在軍用船舶領域也具有重要的應用價值。軍用船舶需要具備高強度、高速度和隱身性能等特點，碳纖維的特性正好滿足這些需求。碳纖維復合材料透波、透聲性好，無磁性，現有的隱身型軍艦就是用碳纖維復合材料打造的。用碳纖維復合材料制造艦船的上層建筑，在減輕船體重量的同時，可通過在夾層中嵌入有濾波功能的頻率選擇層，就可以在預定的頻率下發射和接受電磁波，從而屏蔽敵方的雷達電磁波。

碳纖維在應用于偵察艦和快速巡航艦推進系統的螺旋槳和推進軸系時，能明顯減輕船體的振動效應和噪聲。應用于方向舵、特殊的機械裝置和管道系統時，整體性能遠優于傳統金屬材料。

此外，碳纖維的耐腐蝕性能可以延長軍用船舶的使用壽命，降低維護成本。例如，挪威海軍的“Skjold”級巡航艇和瑞典的Visby級護衛艦都采用了碳纖維復合材料，以提高其低磁性、抗紅外能力和抗雷達掃描的特性。

增強超輕型船用泵：日本 Naniwa Pump Manufacturing 日前開發了一款由碳纖維增強復合材料（CFRP）制成的超輕型船用泵，這款高耐用性的船用泵也是“世界上第一款碳纖維船用泵”，其將服務于川崎重工制造的水翼噴射船“SEVEN ISLANDS YUI”。采用碳纖維的船用泵重量超輕，僅為用于海船的標準青銅鑄造泵重量的四分之一。相關測試及實際應用亦證明了 CFRP 泵的耐用性和可維護性遠遠優于以往安裝在川崎 Jet Foil 系列上的鋁制泵。

水下耐壓構件：因為具有低密度、高強度、高模量、耐疲勞、耐腐蝕和較好的可設計性等優點，碳纖維復合材料已在多種潛水器、深海滑翔機等裝備的耐壓構件上得到了廣泛應用。

船舶螺旋槳推進器：碳纖維增強復合材料（CFRP）也被應用于船舶的螺旋槳推進器，以提高其耐腐蝕性、降低疲勞裂紋的產生，并減少聲學阻尼性相對較差的問題。

海洋工程修復：碳纖維復合材料也用于海洋工程建筑的修復，利用其輕質高強耐腐的特性，替代傳統鋼筋建材，解決海水侵蝕問題。

Part 4

碳纖維在船舶領域應用的技術挑戰

成本較高。目前，碳纖維的生產成本相對較高，這是限制其在船舶領域廣泛應用的主要因素之一。碳纖維的生產過程復雜，需要大量的能源和原材料，導致其價格較高。此外，碳纖維船舶的制造工藝也相對復雜，需要專業的技術和設備，增加了制造成本。

技術難度大。碳纖維船舶的制造需要掌握先進的復合材料技術和工藝。碳纖維與樹脂等基體材料的結合需要嚴格的工藝控制，以確保復合材料的性能和質量。此外，碳纖維船體的設計和制造需要考慮到結構強度、穩定性、耐久性等多個因素，技術難度較大。

維修和保養困難。碳纖維船舶在使用過程中，如果出現損壞或故障，維修和保養相對困難。碳纖維材料的修復需要專業的技術和設備，且修復成本較高。此外，碳纖維船體的檢測和評估也需要專業的技術和設備，以確保船舶的安全性和可靠性。

Part 5

碳纖維在船舶領域的發展現狀

目前，全球范圍內越來越多的船舶制造商開始關注和應用碳纖維材料。一些知名的船舶制造商如意大利的法拉帝集團、美國的 Brunswick 公司等，都推出了采用碳纖維材料的高端游艇和高速客船。此外，一些國家的海軍也開始嘗試使用碳纖維材料制造軍艦，以提高軍艦的性能和隱身性能。

在我國，碳纖維在船舶領域的應用也逐漸受到重視。一些國內的船舶制造商和科研機構開始開展碳纖維船舶的研發和制造工作。中國船舶集團旗下的廣州船公司成功交付了中國香港首艘碳纖維混合動力高速客船“新明珠 6”號，為我國碳纖維船舶的發展樹立了榜樣。

于2021年11月8日下水的“海珠灣”號客輪，是國內首艘總長超過40米的全碳纖維結構高速客輪，該船船體線型優美，船長42.8米，型寬10.8米，可載客260人，設計航速超過37節，采用噴水式推進。與傳統鋁合金船相比，它可節省30%以上燃油，重量更輕、強度更高、航速更快。其碳纖維船殼是使用一次真空成型技術制造而成，填補了國內40米以上碳纖維船舶整船建造的技術空白。

此外，我國的一些高校和科研機構也在開展碳纖維船舶的技術研究工作，為我國碳纖維船舶的發展提供了技術支持。

Part 6

碳纖維在船舶領域的未來前景

隨著碳纖維生產技術的不斷創新和進步，碳纖維的生產成本有望逐漸降低。例如，采用新的碳纖維生產工藝和原材料，可以提高生產效率，降低能源消耗，從而降低碳纖維的價格。此外，隨著碳纖維船舶制造技術的不斷成熟，制造成本也將逐漸降低，為碳纖維在船舶領域的廣泛應用創造條件。

減碳時代，隨著全球對環境保護和可持續發展的要求不斷提高，航運業對綠色、節能、環保船舶的需求將不斷增長。碳纖維船舶作為一種具有顯著優勢的綠色船舶，將迎來廣闊的市場前景。未來，碳纖維有望在更多類型的船舶上得到應用，如貨船、油輪、集裝箱船等大型船舶，以及海洋工程船舶等特種船舶。

同時，為了推動航運業的綠色轉型，各國政府紛紛出臺了一系列政策措施，鼓勵船舶制造商采用環保節能的技術和材料。例如，歐盟推出了“綠色航運計劃”，對采用環保技術的船舶給予補貼和稅收優惠。我國也出臺了一系列政策，鼓勵船舶制造業的綠色發展，為碳纖維在船舶領域的應用提供了政策支持。

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開啟綠色航運的新時代

碳纖維作為一種高性能的材料，在船舶領域具有廣闊的應用前景。其高強度、輕量化、耐腐蝕等特性，為船舶的性能提升、環保節能和舒適性提供了有力的支持。盡管目前碳纖維在船舶領域的應用還面臨著成本較高、技術難度大等挑戰，但隨著技術創新和市場需求的增長，以及國內各方積極推進國產化進程，這些挑戰將逐漸得到克服。未來，碳纖維有望在船舶領域得到更廣泛的應用，開啟綠色航運的新時代。