橡膠在艦船中應用現狀及發展

韋定江 苑志江 蔣曉剛

（1．海軍大連艦艇學院學員八隊，遼寧 大連 116018；2．海軍大連艦艇學院航海系，遼寧 大連 116018）

1 橡膠材料的性質特點

1.1 天然橡膠的性質特點

天然橡膠是從三葉橡膠樹中獲取并經過加工得到的天然高分子化合物材料，主要成分為高順式聚異戊二烯，含量占97%以上，鏈上含有少量的醛基。天然橡膠中含有少量的非膠組分，含量大約為5%～8%，其中含有少量蛋白質、磷脂以及脂肪酸等物質。由于天然橡膠具有良好的拉伸誘導結晶性，因此其具有相當高的拉伸強度和撕裂強度。在常規的使用條件下，由于低于天然橡膠的玻璃化轉變溫度，使天然橡膠的鏈段能夠運動，所以具有高彈性和一定的塑性，變形時產生的熱量較少。因為其主要成分聚異戊二烯是非極性的，所以總的來講，天然橡膠是非極性的，是1種良好的絕緣材料，在艦船中有廣泛的應用。

1.2 合成橡膠的性質特點

合成橡膠可分為特種橡膠如氟橡膠（FPM）和通用橡膠如丁苯橡膠（SBR）、BR等。特種橡膠材料主要分為2類，一是碳鏈飽和極性橡膠，另一類是雜鏈橡膠。特種橡膠優異性質主要體現在5個方面：耐天候性、電絕緣性、透氣性、氣密性、生物醫學材料性能等，主要用于特種設備和需在特殊條件下使用的設備。通用橡膠中SBR是丁二烯和苯乙烯的共聚物[1]，具有中等彈性、耐磨性、抗濕滑性、耐龜裂性，在工業上可用于輪胎制造。順丁橡膠是1種用量較高的通用橡膠，由于其分子鏈上沒有側基，具有良好的分子柔性，其彈性在通用橡膠中是最好的，低溫性能好，具有良好的耐磨性，耐屈撓性，但吸水性較差[1]。

2 當前艦船橡膠材料的應用

2.1 制作橡膠膠管

現代艦船上的橡膠膠管種類繁多，基本由合成橡膠材料制成，如EPDM合成橡膠在一些管材上的應用[2]。為避免類似普通膠管在高溫下使用時出現的壓縮變形、膠管老化、高溫爆裂等質量問題，一些新配方的硫化工藝可以使橡膠膠管在更高的溫度下滿足使用要求[2]（見表1）。目前船用膠管（如圖1所示）可根據組成結構的不同分為鋼絲編織膠管、棉線編制膠管、夾布膠管以及純膠管等。又可根據用途分為輸水膠管、耐油膠管、耐酸膠管以及耐熱膠管等。其中耐油膠管多由丁晴橡膠制成；耐熱膠管由乙丙橡膠制成；其他非耐油、非耐熱等特殊要求的橡膠膠管，多數由順丁橡膠和丁苯橡膠組成。

表1 普通膠管與耐高溫膠管對比

圖1 船用膠管

2.2 用于密封絕緣設備

密封絕緣的工作環境苛刻，要求有較好的耐油耐溫性和較好的物理特性[3]。艦船上的電氣設備、通信設備大多都依賴于橡膠作為設備的密封絕緣材料。艦船上使用的密封橡膠制品主要是L型、J型、O型和U型（如圖2所示）等橡膠密封圈與橡膠油封圈，被用于船用機械轉軸、伸縮桿等封油封水場合[4]。絕緣橡膠制品主要是絕緣硬質橡膠棒、板和絕緣電纜涂料，用于保護可能發生漏電事故的設備。部分液體橡膠也可以做艦用電子元器件的密封套，經過澆筑后可作為絕緣套、絕緣圈等。

圖2 U型密封圈

合成橡膠如丁基橡膠，乙丙橡膠和聚氨酯橡膠都屬于碳鏈飽和非極性橡膠，化學性質穩定[5]。其中丁基橡膠具有密集的側甲基，具有良好的穩定性與氣密性，可用作密封材料。乙丙橡膠由于其具有良好的耐水性、耐老化性以及電絕緣性，常作為艦船的絕緣材料。聚氨酯因其具有優越的耐磨性、機械強度、耐壓性和氣密性等特點而受到廣泛關注，是近年創新的多功能綜合性橡膠材料，在多個方面均優于普通橡膠，成為發展密封新技術（結構）的關鍵材料之一[5]。

2.3 用于碰撞吸能減震裝置

由于橡膠具有高彈性，在文獻[6]中，將稀土與順丁橡膠材料進行配合，使橡膠材料的特性有了顯著的改善，不同的稀土配合對順丁橡膠的玻璃化轉變溫度有顯著的影響，說明不同稀土配合對其彈性以及使用條件有顯著的影響，見表2。

表2 3種BR的微觀結構對比

圖3 DA型橡膠護舷

現代艦船多利用該特性做橡膠護舷和其他小型的碰撞吸能裝置，例如DA型（如圖3所示）、Π型（如圖4所示）等橡膠護舷。當船舷靠碼頭時，橡膠材料吸收船靠泊沖擊的能量，保障船舷和碼頭結構安全。橡膠護舷具有吸收能量多、反力小以及壽命長等許多優點[7]。

除橡膠護舷外，橡膠還可做機械設備的緩沖減震墊料，如橡膠隔振器。在沖擊等大變形條件下，橡膠件先剪切變形再壓縮變形，從而吸收沖擊的能量和機械設備工作時摩擦碰撞產生的能量，提高機械設備的穩定性，延長其使用壽命[8]。

2.4 制作防護材料

合成橡膠材料通過共混改性后可具有特殊的性能，如聚硫橡膠和環氧丙烷膠，有良好的耐油性、耐臭氧性和耐溶劑性，在艦船特殊設備上可以作為特種防護材料，混合料可以作為推進軸的耐蝕防護表層。通過添加阻燃劑的EPDM的材料配方所示可制作為電池阻燃材料[9]，見表3。

表3 EPDM材料的配方

特種橡膠因其具有優異的使用性能使其在各個領域中有廣泛的應用，如特種硅橡膠在制造橡膠防護材料上的應用，該材料由點陣金屬夾層板、硅橡膠、剪切增稠流體復合而成，實現了高強度、剛度、吸能和抗震能力等多功能的耦合，解決了剪切增稠流體的流動、定型、沉降、吸潮問題。橡膠還可以制作防護服和防護鞋，保護人在特殊工作環境下（機電和化工）的生命安全。

3 未來艦船橡膠材料發展趨勢

3.1 特種橡膠用于損害管制

圖4 Π型橡膠護舷

損害管制是艦船日常航線工作的重要組成部分。膨脹止水橡膠作為1種新型功能高分子材料主要由丁腈橡膠和吸水樹脂組合而成。該材料一方面具有橡膠制品的彈性和延伸性，可以密封止水；另一方面，遇水后膨脹在接縫中產生了緊密擠壓力，從而起到止水的作用，由于該膨脹止水橡膠的分解溫度為410 ℃，所以該橡膠可以在高溫的條件下使用。

因此膨脹止水橡膠多應用于水壩和閥門，同時還可以制作特種損害管制設備。當艦船遇到海上特情，船體出現破口需要進行堵漏抗沉作業時，可利用膨脹止水橡膠在水中膨脹的特性，先用其自身高彈性進入破口，開始吸水膨脹，當吸收到一定量時，由于其具有高彈性，可以隨破口而發生形變直至與破口的形狀大小發生貼合。同時膨脹止水橡膠材料又具有一定的粘合性，可以使其緊密地貼住破口，可以完成由外向里、由里向外2種方向的堵漏，堵住艦船中的缺口完成堵漏抗沉作業，保障艦船在遭遇海上特情時的航行安全。

3.2 特種橡膠用于艦船阻燃材料

橡膠在與阻燃劑如氯化石蠟或者阻燃材料如碳酸鈣、陶土等共混后，可做阻燃橡膠。利用阻燃橡膠制作艦船滅火救援設備，例如用阻燃橡膠制作滅火防護服，防護鞋，保障人員安全。同時利用阻燃橡膠制作耐高溫耐燃燒的輸水膠管或輸送氣體的膠管，使火情發生處可以得到充足的滅火水源，又能將海上火情艙室內有害氣體經過膠管向外排出。阻燃橡膠還可以直接布置在易發生火情的艙室中，利用阻燃橡膠設計阻燃板或保護罩，在火情發生時，阻燃板或保護罩可以有效地控制火勢蔓延，將火情控制在一定的狹小范圍內。

3.3 艦船隔離防護材料

由于橡膠材料的分子結構穩定，具有耐老化、耐天候等優點，因此可以使用橡膠材料作為艦船特殊工作環境的隔離材料。例如硅橡膠的表面張力極低，對絕大部分材料都不粘，且在橡膠材料中有最優越的耐高溫、耐低溫性能，可在艦船電子元器件中使用，保護艦船電子元器件，避免海洋環境因素對其產生影響，也可以作為艦艇中的防護材料進行使用，同時也可以用硅橡膠等特種橡膠制作隔音罩等設備，減少對艦船內部噪聲的影響。

橡膠材料具有耐高溫、耐油和耐酸堿溶液特性，可用于運送危化品船舶的防護材料。例如聚硫橡膠，利用其氣密性和耐溶劑性制作隔離設備，減少有害揮發物質對人體的損害和對艙內設備的破壞。

橡膠材料可以與有機補強劑配合，如與石油樹脂配合，提高橡膠的耐水、耐酸堿以及電絕緣等性能，可以在水密艙室的特定位置或特定設備中使用，例如作隔離罩，隔離帶、隔離板，當溶劑發生泄漏時，可以及時的完成隔離布置。

3.4 艦船修復粘合材料

由于海洋效應的影響，艦船電子器件、金屬等都易出現脫落老化現象，可使用小劑量的液體橡膠和氯丁橡膠進行修補。目前有1種利用廢橡膠進行生產的新型和環保型的自粘合材料，該產品命名為JF自粘性粘合材料，主要用于防水卷材中制備復合防水卷材，是國內防水卷材的一大突破，其主要物理性能：耐熱性（80 ℃，2 h，垂直），不流淌、無氣泡，柔度（-20 ℃，Φ20 mm，3 s，180°）無裂紋，剝離強度為 1.5 kN/m～1.7 kN/m，未來可能被廣泛地作為艦船的修復材料使用。

液體橡膠是在室溫下呈黏稠狀的液體，具有粘合性，一些分子量小的液體橡膠可以作為粘黏劑，對木材、金屬和玻璃等均具有較好的粘黏效果，同時還具有良好的導電性，可用于電子元器件的修復。除此之外，高結晶的氯丁橡膠可做黏著劑，使用時氯丁橡膠與酚醛樹脂等增黏劑配合，可以提高黏合效果，用于黏合艦船用電子元器件，修補脫落老化橡膠制品。

4 結語

綜上所述，由于橡膠本身的種類繁多，加上每種橡膠的性能各不相同，橡膠與橡膠之間可以進行取長補短的復合，橡膠還可以與其他的材料進行復合，如塑料、炭黑以達到補強的目的，對各種橡膠如天然橡膠、合成橡膠以及特種橡膠的改性被世界各國的科研人員所研究，未來我們將看到更多性能更為優異的橡膠材料橡膠制品應用于我們生活中的各個方面，同樣，橡膠材料在船舶中具有廣闊的應用前景，艦船上的大部分設備也離不開橡膠。該文從橡膠材料的基本特點入手，介紹了各種類型的橡膠，結合橡膠材料的應用，以艦船實際情況為例，分析了橡膠材料在艦船上的應用，并針對我國航運現狀提出了未來艦船橡膠材料的發展前景，對于橡膠材料在艦船中的應用具有一定的參考價值。