发泡陶瓷材料用于船舶内装的可行性研究

龙国烨，陈超核

（华南理工大学，广州 510641）

1 引言

随着人们生活质量和追求的不断提高，造船与旅游行业迅速发展，船员和旅客对居住环境的要求也越来越高。陆上建筑物的装修风格和材料逐渐被船上采用，甚至一些船内装修比陆上的建筑物更豪华，船舶内装质量的提升对整体舒适性的提升起着至关重要的作用。然而，目前国内船舶行业整体的内装质量以及重视程度远落后于一些先进的发达国家，难以满足发展需求，迫切需要提高国内整体的船舶内装水平和质量，内装材料的选用是影响船舶内装质量至关重要的因素。

新型船用内装材料不但要求具有良好的隔热保温性能，还要求有轻质、耐火、隔声及装饰效果良好等功能，开发性能优秀的新型船舶内装材料具有重大意义。发泡陶瓷是兼具以上优秀性能的新兴材料，目前已广泛应用于陆上建筑等各个领域。

2 发泡陶瓷材料概述

发泡陶瓷材料一般是指高温发泡陶瓷材料，其通常由陶瓷碎片、大理石以及花岗岩废料、黏土尾料、粉砂等建筑废料组成，在约1 200 ℃的高温隧道窑中锻造而成。发泡陶瓷是具有高孔隙率和三维网格结构的无机多孔陶瓷体，孔径一般可达微米甚至纳米，孔隙率为20%～95%，外形犹如钢化泡沫[1]。发泡陶瓷的表面和内部都具有无数的连通孔，属于非柔顺性多孔结构，这种结构具有较强的吸声能力。

发泡陶瓷的造孔方法很多，不同的造孔方法会影响其内部结构，从而影响其性能和特性。

发泡陶瓷具有孔隙率高、导热系数低、耐震性、耐高温性、耐腐蚀性、耐候性、抗老化性、不燃性、隔音性等众多优良性能，在航空、电气、电子、环保、建筑等领域被广泛应用。表1 为某建筑用发泡陶瓷隔板主要技术性能。

表1 某建筑用发泡陶瓷隔板主要技术性能

3 船舶内装材料分类及使用可行性分析

根据《国际海上人命安全公约》（SOLAS）以及各国船级社的规范要求，船用内装材料按照用途分类，可大致划分为：绝缘材料、装饰材料、家具材料；按照燃烧性能分类，可大致划分为：可燃性材料、不可燃性材料[4]。

3.1 根据用途分类

（1）绝缘材料主要有耐振、隔音、隔热等作用，按用途可分为两类：用于船舶舱壁保温的绝缘材料、用于甲板敷料的绝缘材料。舱壁保温绝缘材料目前主要有岩棉、玻璃棉、陶瓷棉和各类泡沫制成品等；甲板绝缘材料目前主要有甲板基层敷料、复合耐火甲板敷料、耐火浮动甲板敷料。

（2）装饰材料中，复合岩棉板是目前船舶内装使用最广泛的装饰板。它可根据需求制成各种结构的板架，分为围壁衬板、电缆专用板、高隔音板、独立安装的围壁板、天花板等。

（3）船用家具材料跟陆用家具材料在选用和安装特点上，船用家具要求更高。

3.2 根据燃烧性能分类

船用内装材料根据燃烧性能可划分为两类：可燃性材料、不可燃性材料。

船舶耐火分隔，必须采用不可燃性材料。对于船用材料是否满足不燃性、耐火性、低播焰性和烟毒性等的检验标准，是根据《国际耐火试验程序应用规则》来判定的[6]。根据该规则的规定，在耐火分隔试验中，材料被加热到750 ℃时其既不燃烧也不会释放足以引起自燃的可燃蒸发性气体，即为不可燃性材料。由玻璃、混凝土、陶瓷、普通金属和合金制备而成的材料，可认定为是不可燃性的，可以实装在船上而无需进行额外的耐火试验。

材料表面起火时能有效限制火势蔓延，即认为该材料具有低播焰性。材料是否满足低播焰性的要求必须通过表面可燃性试验来检验。

要求材料在温度升高时不会产生过量烟气和有毒产物或不致造成毒性危害时，该材料应通过烟气和毒性试验。若某种材料通过了表面可燃性试验，但在试验中材料的热量总释放值和热释放速率的峰值不满足规定时，该材料需要额外进行规则中规定的烟气密度和毒性试验。

此外，根据材料的特性和使用范围不同，船用防火材料还应进行防火门控制装置试验、垂直垂挂纺织品和薄膜的试验、软垫家具和床上用品试验等。

3.3 发泡陶瓷材料应用于船上的可行性分析

根据发泡陶瓷在其他领域中的应用及其技术性能，结合船用内装材料的分类和特点，可以发现泡沫陶瓷可制备成各种不同的产品应用于船舶各个部位的内装上。以下介绍发泡陶瓷材料在船舶内装上的两种主要用途，并进行可行性分析。

3.3.1 用于船内耐火分隔

在建筑领域中，用发泡陶瓷制作的用作承重墙体的保温墙体板，具有较高的强度、较低的容重和优秀的保温隔热隔音等性能。据此，发泡陶瓷板材可借鉴应用于船内各处所的耐火分隔结构或铺设在钢制围板周围作为耐火分隔结构。由于发泡陶瓷具有不燃性，因此不需要经过不燃性试验即可实船安装。

对于发泡陶瓷而言，不同的制成品耐火等级和适用范围会不一样，其隔热、隔声和强度等性能也会随之变化，例如：达到B～15 级的不燃板材，可以作为独立的舱室分隔板；只达到B～0 级的不燃板材，只能用于耐火分隔的衬板或天花板。因此，发泡陶瓷的制成品不仅可用作隔热材料，还能用作衬板和天花板等。

根据船体防火分隔典型耐火结构形式以及实际上常用的耐火分隔结构形式，发泡陶瓷可用于以下几种耐火分隔结构形式：

（1）是钢质舱壁＋隔热材料＋空气层＋衬板构成的A 级舱壁，这种结构形式适用于走廊和储物间的舱壁等；（2）是衬板＋空气层＋钢质舱壁＋衬板构成的A 级舱壁，这种结构形式其两侧任何一面均可向火，适用于作为主竖区限界面的舱壁等，其两侧为起居处所；（3）是钢质甲板＋空气层＋天花板构成的A 级甲板，适用于甲板下部为起居处所的区域等。这三种结构形式，如图1 所示。

目前，船舶内装隔热材料通常为岩棉、陶瓷棉和超细玻璃棉，不燃板材主要以硅酸钙板和复合岩棉板为主。发泡陶瓷不仅满足规定的耐火分隔要求及单位面积容重较轻的性能特点，相较于现有的耐火分隔材料，其抗压强度较高、抗腐蚀、在暴晒和冷热巨变等环境下不易变形、不开裂、性能稳定，还具有良好的吸音、隔音等效果。此外，相比于传统的耐火材料，发泡陶瓷材料安装简便、可现场切割拼装、不会产生有害粉尘、使用寿命长，并可大大降低日常维修成本。

3.3.2 用于船内装饰板

发泡陶瓷有较强的可塑性，可加工成不同的形状，而且可跟各种材料和表面敷料粘合成复合板材。这种材料既满足了船上的轻质防火等要求，也可根据各部位的不同审美风格而更换不同的表面饰面材料，可用于起居处所的舱壁、衬板和天花板等表面外露的部位。

本文根据《国际耐火试验程序应用规则》的要求，制备了6 块外形尺寸为：长795 mm×宽150 mm×厚20.5 mm 的样品送至远东防火中心进行表面可燃性试验。试样的熄灭时临界热流、持续燃烧热量、热释放总量、热释放速率峰值的平均值等均满足舱壁/天花板/衬板表面材料的要求。

试验结果表明，该试样符合SOLAS 公约第II-2 章要求的具有低播焰性的表面材料，且该试样同时满足总热释放值的平均值不大于0.2 MJ 和热释放率峰值不大于4 kW，不需要进行额外的烟气密度和毒性试验。因此，该复合发泡陶瓷板满足SOLAS 公约中的相关规定，可应用在船上的相关部位。

目前船舶使用最广泛的内装装饰板是复合岩棉板。复合发泡陶瓷板材与复合岩棉板类似，通过与不同材料的复合，能满足不同处所的需求，而且复合发泡陶瓷材料在各项性能和施工工艺上更加优异，具体体现在以下几个方面：（1）复合岩棉板以岩棉为基材，其强度较低，为了保证强度一般会与容重较大的材料复合来提高板材的强度。而发泡陶瓷基材则有较高的强度，在选择复合材料时可选用容重较小但强度不高的材料进行复合，从而保证了复合材料质轻的特点，对船舶的重量控制具有重要的意义；（2）由于发泡陶瓷的切割开槽非常方便，在施工过程中无论安装、切割还是拼接都大大提高了效率和安全性，同时也降低了安装成本；（3）复合岩棉板中的矿物棉材质在加工和切割等过程中会产生对环境和人体有害的粉尘，相比之下发泡陶瓷在切割和加工过程中不会产生有害的粉尘；（4）发泡陶瓷的可塑性很强，其制成品不限于平面板材的复合材料，还可根据需求制备成各种形状的复合材料，大大提升装饰美感等等。

4 几种常用材料与发泡陶瓷的性能比较

目前大型船舶上应用的内装材料，主要分为有机材料和无机材料两类：有机材料包括各类软木板和有机泡沫等；无机材料包玻璃棉、岩棉和陶瓷棉等[7]。

（1）岩棉材料

岩棉制品质量较轻、隔声性能较好、有良好的耐热和保温性能、价格比较低廉，但岩棉制品的纤维较粗、材质较脆、耐热性能较差；由于岩棉具有良好的不燃性，可直接用作船内不燃材料。但其导热系数随着温度升高而升高，不宜应用在经常暴露于高温的环境中，主要应用于船舶装饰材料或与钢制围板或其他材料复合成各级耐火分隔结构。

（2）陶瓷棉材料

陶瓷棉制品的耐火性较好、能在高温下使用（最高使用温度950℃～1 000 ℃）、高温下的热导率较小、容重较小，因此大量应用在船内各种高温环境中，例如：船用锅炉、排气管以及管系的保温隔热材料等，近几年来也被大量应用于舱壁的保温隔热材料中。

（3）玻璃棉一般是指以石英砂加废玻璃为主要材料制成的无碱超细玻璃棉

其容重很小、在低温环境下保温隔热效果非常好、但它的使用温度较低（通常在500 ℃～600 ℃），通常应用于常温和低温环境下，且只能用作C 类分隔材料。

（4）其它各种有机泡沫

这类材料耐热和保温性能都比较良好，而且具有质轻、降噪等特性。这类材料一般为难燃材料（燃点500 ℃～800 ℃），且大部分在燃烧时会释放低毒性气体，不宜在高温环境下使用，且和玻璃棉一样仅作为C 级材料使用[8]。

表2 为发泡陶瓷材料与其他常用材料的主要技术性能对比。

表2 各种常用内装材料主要技术性能对比

结合表2 和各种材料的技术特性和工艺流程，发泡陶瓷和其他材料相比，具有以下优点：

（1）原料来源广泛

除了必须的陶瓷原料以外，页岩、板岩、煤矸石等多种建筑尾矿和垃圾均可作为发泡陶瓷的原料，这些原料不仅价格低廉，而且绿色环保；

（2）不燃性较好

泡沫陶瓷具有较好的不燃性能，其使用温度可达1 000 ℃，且不产生有毒有害气体，属于绿色环保产品；

（3）隔热性能较好

具有较低的导热系数，隔热性能长期稳定；

（4）质轻且强度较高

发泡陶瓷容重较小，而且具有较强的抗压强度，是一种理想的具有自承重的保温隔热材料；

（5）耐腐蚀性能良好

具有极强的抗酸碱能力，能延长其使用寿命；

（6）性能稳定，不易老化

使用寿命较长，经济性较好；

（7）可塑性较强，装饰效果好

与其他材料复合而成的复合材料，尤其适用于客船内的文化艺术装饰；

（8）具有较强的吸声能力，隔声性能良好。

5 结论

发泡陶瓷具有诸多优点，符合当前绿色、环保、无污染和绿色造船的要求，其用于船舶内装材料，不仅使装饰、隔热、防火融为一体，而且能大幅降低维修成本；发泡陶瓷质量较轻，可减轻船舶重量，符合船舶重量控制的要求。综上所述，发泡陶瓷应用于船舶内装上具有广阔的发展前景。