小型聚乙烯材料渔业船舶应用分析

杨 烨 ， 沈 烈， 隋江华， 孙继光

(1. 大连海洋大学 航海与船舶工程学院,大连 116023； 2.辽宁渔业船舶检验局，大连 116015)

小型聚乙烯材料渔业船舶应用分析

杨 烨1， 沈 烈1， 隋江华1， 孙继光2

(1. 大连海洋大学 航海与船舶工程学院,大连 116023； 2.辽宁渔业船舶检验局，大连 116015)

随着国家对低碳、节能、环保的日益重视，渔民对小型渔业船舶使用要求不断提高，节能环保、耐腐蚀、耐碰撞、低成本的小型聚乙烯渔业船舶开始崭露头角。在充分进行国内市场调研的基础上，阐述了采用不同聚乙烯原材料和建造工艺建造船舶的优缺点，分析了聚乙烯材料船舶的特点。研究了低密度聚乙烯船舶和高密度聚乙烯船舶的生产工艺和关键性技术。最后针对我国渔船的发展现状，对聚乙烯渔业船舶的应用提出建议和措施。

聚乙烯船舶； 滚塑成型； 焊接成型

我国渔业船舶发展现状为：小型渔船多，大型船舶少；木质渔船多，钢质渔船少；老旧渔船多，新造渔船少；沿岸渔船多，远海渔船少；能耗投入多，效益产出少。我国渔船的发展现状不符合国家绿色船舶发展战略，小型木质渔船数量庞大，迫切需要升级改造，渔船老化现象十分普遍，急待更新，安全能耗问题突出[1]。

目前，国内长15 m以下的各类小型渔业船舶大多数都是木船，少数为铁船和玻璃钢船等，这些船舶的存在和发展有其历史的必然性。随着国家对低碳、节能、环保的日益重视，对水环境防污染要求的不断提高，以及用户对小型渔业船舶使用要求的提升，耐腐蚀、耐碰撞的聚乙烯船开始崭露头角，这种迄今为止环保特性最好的新型船舶，有望成为小型渔业船舶领域替代木船、铁船和玻璃钢船的新一代船舶。

1 小型聚乙烯材料渔业船舶主要成型工艺特点分析

聚乙烯(简称PE)在物理性能上有密度小(0.930 ～ 0.972 g/cm3)，无毒无味，无磁性，不导电的特点；化学性能上有稳定性高，耐各种腐蚀，分解温度高的特点；加工性能上有流动性好，加工温度低，黏度适中的特点；力学性能上有良好的冲击强度(≥15 J/mm)和耐受环境应力开裂性能，是建造船舶的理想材料[2]。聚乙烯材料按密度的不同又分为：低密度聚乙烯(LDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)[3]等。

聚乙烯船体目前主要有两种加工成型工艺：一是直接滚塑成型，二是先加工成聚乙烯板材后通过焊接形成船体结构。通过调研发现，这两种加工成型方式国内聚乙烯船企都有采用，并各有优缺点，下面具体加以介绍。

1.1滚塑成型聚乙烯船体

1.1.1 滚塑成型聚乙烯船体的优点

滚塑成型最显著的特点就是原料的加热、成型和冷却过程都是在无压的模具内进行[4-5]。这样的特点使得滚塑制品具有以下优点：

(1)滚塑成型可以生产制造出大型复杂的中空制品。

(2)滚塑制品整体一次成型，无接缝，无内应力，不易变形，强度较高。

1.1.2 滚塑工艺对于滚塑成型原材料的限制条件

(1)树脂的熔体流动速率：熔体流动速率过大，树脂流动性提高，制品的内表面易出现凹凸不平的流迹线，致使制品强度降低；若熔体流动速率过小，则树脂流动性差，成型困难。聚乙烯滚塑专用树脂的熔体流动速率一般要求在2～10 g/10 min[6-7]。

(2)树脂密度：密度高时，材料刚性大，抗冲击性能差。密度低时，抗冲击性能好，耐环境应力开裂性好,但强度和刚性较差。聚乙烯滚塑专用树脂的密度一般在0.924～0.94 g/cm3。

(3)树脂的热稳定性：聚乙烯滚塑专用树脂必须具有良好的热稳定性以承受一定时间的高温作用。

1.1.3 滚塑成型聚乙烯船体的生产方式

为了满足滚塑成型工艺特点要求，滚塑成型的聚乙烯船体原材料大都采用流动性较好的LLDPE材料，该原材料目前90%以上都要依靠进口。但由于LLDPE强度、刚度较低，用其生产船体时为了保障船舶的安全性，需要对LLDPE船体进行增强处理。经调研，目前聚乙烯船体生产企业普遍采用的技术手段有三种。

(1)采用双层中空技术来加强聚乙烯船体的总强度。这种技术对滚塑工艺温度、旋转速度、投料时间、发泡时间等参数的控制有较高的要求，要保障双层中空船体厚度均匀、性能一致难度较大，且无损检测难度也较大。

(2)先制造出单层聚乙烯船体，再仿照木船的内部结构在聚乙烯船体内部焊接横向舱壁、加强筋等结构进行加固。仿照木质船舶焊接内部加强结构的方法操作简单，但焊缝强度和疲劳性能仍需做进一步的测试来进行验证，如悬臂梁缺口冲击强度和简支梁缺口冲击强度测试。

(3)采用三层结构新工艺一次成型制作。这种结构是由两片硬质面层和芯层组成，硬质面层为聚乙烯材料，芯层采用低密度聚乙烯发泡材料，经过挤压、压延定型后的三层结构板材具有质量轻、强度高的优点。

1.2焊接成型聚乙烯船体

仿照钢质船舶的制造工艺，采用HDPE板材直接焊接成型船体结构[6]。该工艺简单，投资少，成本低，船型设计灵活，且船体强度要高于普通滚塑材料。

采用高密度聚乙烯材料制造的船舶与用其它材料建造的船舶相比具有如下优势：

(1)安全性能进一步提高。船体采用高压挤出型材，经进口焊接设备焊接成型，焊缝强度接近本体强度，所有接触水的部位采用双层焊接工艺，强度是常压条件下成型的滚塑制品无法比拟的。材料本身比水轻，尤其是低温条件下抗冲击强度大，不易破损，发泡填充双层船体，结构强度大、载重量大。

(2)养护成本大幅下降。HDPE船体不受海水腐蚀，密度较高，分子量较大，孔隙小，材料表面自润滑性高，难以附着海洋生物，不虫蛀，不用除锈、涂油漆，不存在玻璃钢应力分层、冬季发脆现象，破损修补容易，是真正意义上的船体免维护船舶。

(3)节能环保。HDPE船体与水的摩擦系数很低，不吸水、附着海洋生物少，航速较同规格同功率的其它材料船舶要快至少25%以上，降低了排放，报废后可再生利用，既节能又环保。

(4)使用寿命长。HDPE船舶理论寿命达30年。

2 聚乙烯材料渔业船舶特点分析

与木船、铁船和玻璃钢船等传统材质的小型渔业船舶相比，聚乙烯船舶有以下优势。

2.1安全性好

作为船舶首要考虑的问题，从抗沉性、抗风性和耐碰撞性这三个方面进行分析。

2.1.1 抗沉性

聚乙烯的比重只有0.951 g/cm3左右，比水轻，大约只有铁的1/7，玻璃钢的1/2。因此聚乙烯的密度小于水，与水接触时始终会浮在水面上，用聚乙烯材料制造的船舶抗沉性好，船舶本身即使灌满水也不会沉没，反而还可以成为救生的物体。装上机器设备后重量增加，但因为船体水密舱的存在，船舶也不易沉没。

2.1.2 抗风性

聚乙烯船艇的压载重心低，稳性好、抗风能力强，与同类钢质船相比，在其他参数不变的情况下，聚乙烯船的横摇周期可缩短2～3 s[8]，在风浪中起浮性好，复原能力强，相对而言抗风能力增强。

2.1.3 耐碰撞性

聚乙烯船舶由于采用了一次性整体成型的滚塑工艺制造，船体无接缝，无内应力，再加上使用的是有韧性、回弹性好、抗冲击的聚乙烯材料，碰撞力易于被吸收，所以耐碰撞性能较好，船体不易出现裂纹、凹陷等。采用焊接成型的高密度聚乙烯船舶，在保障焊缝强度不低于基体的情况下，也表现出良好的耐冲击性能。

2.2节能降耗

由于聚乙烯材料比重较小，所以聚乙烯船艇自重更轻，燃料消耗更少，能效比更高，比木船、铁船和玻璃钢船等更节能。以内河(湖泊)聚乙烯船舶为例，根据估算，内河聚乙烯船舶的自重只有木船重量的2/3、铁船的1/2。按载荷比计算，耗油量一般可以节省15～25%[9]，以10m内河渔船年耗油量1.5万元计算，使用聚乙烯船艇每艘船每年可以节省燃料费用0.3万元以上。使用寿命长，抗老化、耐腐蚀、耐蚌壳及水藻类吸附。

2.3绿色环保

在环保特性上，主要体现在船舶原料的环保、制造和维护的环保以及船艇报废后的环保等三个方面。

2.3.1 原料的环保性

木质渔船原材料资源日益短缺，玻璃钢船艇原料有大量石棉、纤维、树脂和稀释剂等，具有较大的毒性。而聚乙烯材料无毒无味，不会对人体健康、大气和水域环境产生有害的影响。

2.3.2 制造、使用与维护过程中的环保性

木船、铁船在制造和每年的维修保养过程中，锈铁、油灰、油漆等都对水体和空气有较大的污染与破坏作用。玻璃钢船在制造过程中会释放材料中的有毒有害物质以及大量的粉尘，对周围环境及人体健康有较大的影响。而聚乙烯船艇由于材料本身的稳定性，无毒无味，耐腐免漆，不需要对船体外表进行维修保养，对水体和空气不会产生污染和破坏。

2.3.3 回收再利用特性

木船和铁船报废时，其船体已基本腐烂，一般情况都将船体废弃在水面或近岸，对周边的水体和环境会造成污染和破坏。而废弃的玻璃钢船无法腐烂降解，大多随意丢弃，成为永远的垃圾，造成对环境的二次污染和破坏。而聚乙烯船艇在到了使用年限后，还可以全部回收再利用，不会造成对环境的污染。

2.4维护简便节省费用

木船每年都要上排维修一次，更换捻缝油灰，更换部分腐烂损坏的骨架和船板。沿海木船约5～8年时间，整船的船板和骨架都已更新一次。铁船也需定期上排维修，进行除锈油漆，更换锈蚀损坏变形的骨架和船板。玻璃钢船舶碰撞后容易破损，维修也十分复杂，要清理原有的船体，在一定的温度和气候条件下才能维修。以上几种船体的维护时间一般最少也要数天。而聚乙烯是耐腐蚀材料，所以船体不用每年上排涂漆维护，这就节约了大量的材料费用、人工费和时间等。即便需要修补时，只要裁剪一块与破损处同样大小的聚乙烯板材，然后通过焊接修补即可，简易快捷。聚乙烯船艇的维护费用和维护时间比木船、铁船和玻璃钢船降低了90%[10]。

3 结论

通过以上分析可见，聚乙烯渔业船舶目前的生产工艺主要有两种：滚塑成型和焊接成型，两种成型方式都存在相应的限制条件和优势，可根据不同类型的聚乙烯材料选择最佳的船体成型工艺。

聚乙烯船舶是一种安全、环保、节能的新型产品，大力推广这种新一代船舶，不但符合国家“以塑代木”、“以塑代钢”的产业发展政策，也符合“保护森林、保护生态、节能环保”的可持续发展理念，经济意义和社会效益非常显著。

为推动老旧渔船进行更新换代，提出以下建议：[l4]

(1) 加强对聚乙烯渔船的宣传，让渔民充分了解聚乙烯渔船的优点和益处，提升渔民使用新型渔船的动力，在渔船建造指标申请上也可给予聚乙烯船舶适当的政策倾斜。

(2) 政府机构和渔船生产企业采取鼓励措施，鼓励渔民使用聚乙烯渔船，可将聚乙烯材料船舶列入新材料、新技术船舶补贴范围，由政府财政补助造船经费。

(3) 加强对新型聚乙烯渔业船舶船型设计与研发投入，加强新型聚乙烯渔业船舶研发，在条件允许的地区进行应用示范。

(4) 加快聚乙烯材料渔业船舶建造及检验规范和标准的制订。

[1] 朱孝信.舰船用高技术新材料的发展[J].材料开发与应用,1999,14(1):25-30.

[2] 袁聪慧,王仕峰,张勇,等.回收高密度聚乙烯结构与性能的研究[J].中国塑料，2011,25(10):81-85.

[3] 王鲁民,胡萍,施锦飞,等.渔用高强度聚乙烯材料研究[J].水产学报,1998(S1):41-46.

[4] 裴小静,张健,刘少龙,等.国内滚塑用聚乙烯塑脂市场调研[J].齐鲁石油化工，2013,41(2):156-159.

[5] 何跃龙.游艇滚塑成型工艺研究[D].北京：北京化工大学，2009.

[6] 郭骏骏,晏华,代军.基于主成分分析的高密度聚乙烯热氧化特性研究[J].后勤工程学院学报,2015,31(3)：81-86.

[7] GB50661-2011，CCS材料与焊接规范[S].

[8] 张斌,张维英,张光发，等.小型高密度聚乙烯(HDPE)船艇设计与研究[J].中国水运，2017，2(17)：6-10.

[9] 任永华，陈建华，张兆德.滚塑成型在小型节能船艇中的应用[J].浙江海洋学院学报，2013，32(4):352-356.

[10] 张维英,魏文,张斌，等.高密度聚乙烯(HDPE)敞开艇结构强度分析研究[J].中国水运，2017,17(2)：1-4.

Analysisontheapplicationofsmallfisheryvesselsmadeofpolyethylenematerials

YANG Ye1, SHEN Lie1, SUI Jiang-hua1, SUN Ji-guang2

(1.SchoolofNavigationandNavalArchitecture,DalianOceanUniversity,Dalian116023,China; 2.RegisterofFishingVesselofLiaoNingofthePeople’sRepublicofChina,Dalian226015,China)

With more attention paid to the concept of low carbon, energy saving and environmental protection by the Chinese government and the increasing requirements for small fishery vessels from fishermen, fishery vessels made of polyethylene have increased their presence in this industry. On the basis of full domestic market research, the advantages and disadvantages of fishery vessels made of different polyethylene raw materials with different technologies were introduced, and the features of these kinds of vessels were analyzed. And the production engineering and key manufacturing technology of both low density and high density polyethylene were studied. Finally, based on the current situation of fishing vessels in China, the suggestions and measures were proposed for the application of fishery vessels made of polyethylene materials.

polyethylene material vessel；rotation molding；weld-molding

2095-3666(2017)04-0281-04

10.13233/j.cnki.fishis.2017.04.007

2017-03-23

2017-06-05

2016年农业部项目“聚乙烯船舶安全评价研究”

杨 烨(1985-)，硕士，研究方向：新材料渔业船舶、渔船大气防污染、船舶柴油机、船舶轮机管理等。

E-mail:yangye@dlou.edu.cn

S 981

A