舰船上的“隔热衣”:气凝胶涂料在舰船上的应用优势
2026-08-06 14:26:33 作者:本网整理 来源:网络 分享至:

2025年8月,美国海军“新奥尔良”号两栖船坞运输舰在冲绳附近起火,扑救持续约12小时;2024年7月,印度海军“布拉马普特拉”号护卫舰在改装期间发生火灾,之后舰体严重倾斜。近年多起舰船火灾说明,钢铁巨舰并不怕火烧吗?

答案恰恰相反。舰船舱室密、管路多、通风系统复杂,火焰、烟气和高温一旦扩散,处置难度很大。藏在舱壁、甲板、管路和设备外面的隔热材料,就是舰船热防护的重要一环。

 

 

热量传递主要有传导、对流、辐射3种方式

要理解隔热材料,先要弄清热量怎么“跑”。热传递主要有3条路:

一是热传导,好比铁勺一头放进热汤里,另一头很快发烫;

二是热对流,热空气、烟气随气流流动,把热量带到别处;

三是热辐射,火焰和高温表面会像“小太阳”一样向外放热。

舰船隔热材料的任务,就是尽量挡住这3条路,让热量慢下来、火势慢下来、危险慢下来。


在舰船上,隔热材料首先用于防火分隔。机舱、弹药相关舱室、厨房、油料管路附近,都是热风险较高的部位。舱壁和甲板敷设耐火隔热层后,火灾发生时可以延缓高温穿透,尽量把火控制在起火舱室内,为关舱、断电、排烟、灭火和人员撤离争取时间。它不是替代损管行动,而是给损管行动创造条件。

 

 

美海军“约翰·斯坦尼斯”号航母舰员为管路敷设隔热包覆层(来源:Wikimedia Commons/U.S. Navy)

隔热材料还用于高温设备和管路。柴油机排气管、蒸汽管路锅炉、燃气轮机附近温度高,如果隔热不好,热量会不断向外散,既浪费能量,也会让周边舱室升温,影响人员作业和设备稳定。隔热层包得好,相当于给热源加了一层“保温罩”,让该保住的热量保住,该隔开的高温隔开。

隔热材料为什么能隔热?关键在“孔”。许多隔热材料内部不是实心的,而是布满细小孔隙。空气本身导热能力弱,被困在细孔里后又不容易流动,热量就难以快速通过。这和冬天穿羽绒服保暖类似,真正发挥作用的不只是羽绒本身,还有被蓬松结构锁住的空气。

 

 

石棉纤维细小,破碎后进入密闭舱室会带来健康风险(来源:CDC PHIL/Wikimedia Commons)

过去,一些舰船曾使用石棉类材料。石棉耐高温、价格低,但纤维粉尘进入人体后危害健康。国际海事组织已明确禁止船上新装含石棉材料。现在常见的舰船隔热材料包括岩棉、玻璃棉、硅酸铝纤维、硅酸钙材料和微孔材料等。

从各国海军应用情况看,舰船隔热与防火体系已形成较为统一的技术路线。北约海军的舰船隔热与防火设计体系具有较强的标准化特征。美国海军通常依据NAVSEA技术体系和MIL-STD相关规范,在舰艇中广泛使用满足A-60级防火分隔要求的隔热系统,并配套低烟、低毒材料以适应密闭舱室环境;英国、法国等北约成员国海军则主要依据《国际海上人命安全公约》(SOLAS)及国际海事组织(IMO)防火测试规范(FTP Code)进行材料选型与结构设计,强调舱壁耐火完整性与分区隔热能力。俄罗斯海军在逐步淘汰石棉材料后,更多采用矿物棉类替代方案。上述各类材料各有适用场景,选材时不仅要看隔热性能,还要看耐火等级、重量、厚度、吸水性、抗振性和施工维修难度,以及受火后是否产生有害烟气。

 

 

气凝胶具有纳米级孔隙结构,是典型的新型高效隔热材料(来源:NASA/JPL-Caltech/Wikimedia Commons)

新型隔热材料正在向更轻、更薄、更高效发展。比如气凝胶材料,内部孔隙达到纳米尺度,能进一步限制气体分子运动,隔热效果突出。对舰船来说,材料薄一点,舱室空间就多一点;重量轻一点,平台负担就小一点;热特征低一点,被红外探测发现的概率也会随之降低。

从工作方式看,隔热材料并不是让热量消失,而是延缓热量传递、控制热量流向。不同部位对材料要求也不同,高温管路外层要耐高温、抗振动、抗烟气冲刷;舱室保温区域要兼顾防潮、防凝露;防火分隔部位则要求材料受火后仍能保持一定完整性,并尽量减少有害烟气。

现代舰船热防护设计,通常会把隔热材料、金属外护层、固定件和通风系统统筹考虑,形成完整的热管理体系。它既关系到防火安全,也影响动力效率、舱室环境和舰船红外特征,是舰船综合防护能力的重要组成部分。  

以上来源:光明网

气凝胶涂料(气凝胶保温隔热涂料)凭借其极低的导热系数、优异的耐高温性能、极薄的涂层厚度和便捷的施工方式,在船舶与舰艇的隔热领域得到了广泛应用,有效解决了舰艇空间受限、减重需求高、防火要求严苛等痛点。其主要应用场景及优势如下:

1. 高温管道与设备隔热

(如动力舱、蒸汽管道)

应用场景:舰艇动力舱内管道排布密集,传统保温材料厚度大,难以满足空间要求。气凝胶涂料可直接喷涂或刷涂于高温管道(如400℃以上的高压蒸汽管道)及设备表面,形成连续无缝的隔热层,有效降低表面温度,减少热量散失,并最大限度释放舱室空间。

优势:涂层极薄(通常2-5mm即可达到传统材料同等隔热效果),减重效果显著,且无缝包覆异形件(如阀门、法兰)可消除热桥,隔热效果优于传统板材。

2. 异形结构与局部修补

(如舰岛、复杂管线节点)

应用场景:舰艇上存在大量形状复杂、难以用传统硬质板材包覆的局部区域(如舰岛内部、管线密集交叉处)。

优势:气凝胶涂料施工便捷(刷涂、喷涂均可),适应性强,能完美贴合复杂表面,解决传统板材拼接带来的缝隙热桥问题,且施工后无需复杂的机械固定,适合舰艇的局部快速修补和复杂结构隔热。

3. 舱室(如机舱、厨房、住舱)

应用场景:舰艇舱室空间有限,且需满足严格的“A-60”级防火隔热标准。气凝胶涂料可涂刷于舱室围壁、天花板及甲板表面,作为防火隔热保护层。

优势:涂料为无机材料,防火阻燃性能优异(达到A级耐火标准),且涂层轻量化,不增加舰体结构荷载;同时具备优异的憎水性和耐腐蚀性,能适应舰艇高湿、高盐雾的恶劣环境,防止设备腐蚀。

4.飞行甲板及上层建筑表面隔热

(抗辐射与降温)

应用背景:船舰飞行甲板(如航母)常受舰载机起降时高温尾流、夏季强烈太阳辐射的炙烤,表面温度极高,易影响甲板结构及人员作业。

应用效果:气凝胶反射隔热涂料通过高太阳光反射比(反射近红外热量)和半球红外发射率,将大部分太阳辐射热反射回大气,并主动向外辐射散发热量,实现表面大幅降温(最大降温可达30℃),有效保护甲板表面,降低甲板降温能耗。

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