玻璃鋼是20世紀(jì)60年代后期船舶制造的一種新型的復(fù)合材料，具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、可塑性強(qiáng)的特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，玻璃鋼材料已在中小型船艇建造上得到了大量應(yīng)用，尤其是近年來(lái)在游艇、高速艇和旅游客船上得到了廣泛的使用。本文著重介紹玻璃鋼船艇建造成型的新工藝——樹脂真空導(dǎo)入法。
1、工藝技術(shù)介紹
樹脂真空導(dǎo)入法是在剛性模具上預(yù)先鋪敷增強(qiáng)纖維材料，然后鋪真空袋，并抽除體系中的真空，在模具型腔中形成一個(gè)負(fù)壓，利用真空產(chǎn)生的壓力把不飽和樹脂通過(guò)預(yù)鋪的管路吸入纖維層中，讓樹脂浸潤(rùn)纖維材料，最后充滿整個(gè)模具，固化后揭去真空袋材料，從模具中脫模得到所需的產(chǎn)品。
真空導(dǎo)入工藝采用在單面剛性模具內(nèi)建立一個(gè)閉合系統(tǒng)，是一種新型的大尺寸船艇成型建造技術(shù)。該工藝在1950年出現(xiàn)了專利記錄，直到2000年左右才引入國(guó)內(nèi)，并得到了發(fā)展。由于這種工藝是從國(guó)外引入，在命名上亦有多種稱呼，如真空導(dǎo)入、真空灌注、真空注射等。
2、工藝技術(shù)原理
真空導(dǎo)入工藝是基于1855年法國(guó)水力學(xué)家達(dá)西創(chuàng)立的水力學(xué)理論，即著名的達(dá)西定律：t=2hl／(2k(AP))；式中：t為樹脂導(dǎo)入時(shí)間，由4個(gè)參數(shù)來(lái)決定；h為樹脂粘度，指導(dǎo)入樹脂的粘度；z為導(dǎo)入長(zhǎng)度，指樹脂進(jìn)料口與出料口之間的距離；AP為壓力差，指真空袋內(nèi)外的壓力差值；k為滲透性，指玻纖、夾心材料等對(duì)樹脂浸潤(rùn)的參數(shù)。由達(dá)西定律可知：真空導(dǎo)入工藝樹脂導(dǎo)入時(shí)間與樹脂導(dǎo)人的長(zhǎng)度和粘度成正比，與真空袋內(nèi)外的壓力差值和纖維材料的滲透性成反比。
3、工藝技術(shù)流程
具體工藝技術(shù)流程如下：
第一步：開工準(zhǔn)備工作
首先按照船舶型線、尺寸制作鋼質(zhì)或木質(zhì)模具，模具內(nèi)表面處理必須保證要有較高的硬度和較高的光澤，并且模具邊緣至少保留15cm，便于密封條和管路的鋪設(shè)。在對(duì)模具進(jìn)行清理后，涂敷脫模材料，可以打脫模蠟或抹脫模水。
第二步：施涂船體膠衣
根據(jù)船舶生產(chǎn)制作的要求，在模具內(nèi)表面涂布含促進(jìn)劑／引發(fā)劑的膠衣樹脂，可以用產(chǎn)品膠衣或打磨膠衣，選用類型有鄰苯、間苯和乙烯基。可采用手刷和噴涂的方法進(jìn)行施工。
第三步：鋪敷增強(qiáng)材料
首先按照船體線型和基本結(jié)構(gòu)，分別裁制增強(qiáng)材料和骨架芯材，然后按照鋪層圖和成型工藝在模具內(nèi)進(jìn)行鋪設(shè)。鋪敷時(shí)，必須充分考慮增強(qiáng)材料的材質(zhì)和連接方式對(duì)樹脂流速的影響。
第四步：鋪敷真空輔材
在模具內(nèi)鋪敷好的增強(qiáng)材料上，先鋪上脫模布，接著是導(dǎo)流布，最后是真空袋，利用密封條進(jìn)行壓實(shí)封閉。在合上真空袋之前，要仔細(xì)考慮樹脂和抽真空管路的走向。
第五步：抽除袋內(nèi)真空
在模具內(nèi)完成以上材料的鋪設(shè)后，夾緊管系上各樹脂導(dǎo)入進(jìn)管，利用真空泵對(duì)整個(gè)體系抽真空，盡量把體系中空氣抽空，并檢查整體的氣密性，對(duì)漏氣的地方進(jìn)行局部修補(bǔ)。
第六步：調(diào)配樹脂比例
袋內(nèi)真空達(dá)到一定要求后，根據(jù)環(huán)境條件、制品厚度、鋪敷面積等來(lái)將樹脂、固化劑及其他主機(jī)按一定比例進(jìn)行調(diào)配。調(diào)配好的樹脂液要兼顧有適當(dāng)?shù)恼扯取⒑线m的凝膠時(shí)間和預(yù)期要求的固化度。
第七步：模具導(dǎo)入樹脂
把調(diào)配好的樹脂導(dǎo)入壓力泵，經(jīng)充分?jǐn)嚢枧懦龢渲瑑?nèi)氣泡，再根據(jù)導(dǎo)入順序依次打開夾子，并通過(guò)不斷的調(diào)整泵入壓力實(shí)施樹脂導(dǎo)入，達(dá)到有效控制船舶艇體的厚度。
第八步：固化脫模舾裝
在樹脂導(dǎo)入竣工后，船體應(yīng)在模具中擱置一段時(shí)間讓樹脂固化，一般不低于24 h，在其巴柯爾硬度大于或等于40后方可脫模。脫模后，應(yīng)采取必要的措施予以支撐，避免產(chǎn)生變形。徹底固化后，開始艇體合攏及舾裝。
4、工藝技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)分析
A、工藝技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
真空導(dǎo)入法作為一種新型的玻璃鋼船舶建造成型工藝，較傳統(tǒng)手工糊制工藝具有很大的優(yōu)勢(shì)。
A1 船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度得到有效提高
真空導(dǎo)入工藝在施工時(shí)可同時(shí)鋪敷成形船舶的艇體、加強(qiáng)筋、夾芯結(jié)構(gòu)及其他嵌件，因而大大提高了產(chǎn)品的整體性，船舶整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度得到很大的提高。在同樣原材料的情況下，與手工糊制的船體相比，樹脂真空導(dǎo)入工藝成型船體的強(qiáng)度、剛度及其他的物理特性可提高30％-50％以上，比較契合現(xiàn)代玻璃鋼船舶的大型化發(fā)展趨勢(shì)
A2 船舶艇體重量得到有效控制
真空導(dǎo)入工藝生產(chǎn)的玻璃鋼船舶纖維含量高、孔隙率低、產(chǎn)品性能高，尤其是層間強(qiáng)度的提高，大大提高了船體的抗疲勞性能。在強(qiáng)度或剛度要求相同的情況下，采用真空導(dǎo)入法建造的船舶可有效地減輕結(jié)構(gòu)重量。當(dāng)采用同樣鋪層設(shè)計(jì)時(shí)，較手工糊制工藝樹脂用量減少30％ ，浪費(fèi)少，樹脂損耗率低于5％ 。
A3 船舶產(chǎn)品質(zhì)量得到有效控制
真空導(dǎo)入工藝較手工糊制，船舶質(zhì)量受操作人員影響小，不論是一艘船還是一批次船都存在高度的一致性。船舶的增強(qiáng)纖維用量在注入樹脂前已按規(guī)定的量放人模具中，樹脂比也相對(duì)恒定，一般為30％ -45％ ，而手工糊制船體的樹脂含量一般為50％ -70％ ，因此船舶的均勻性和重復(fù)性比手糊工藝要好得多。同時(shí)該工藝生產(chǎn)的船舶的精度也優(yōu)于手糊船舶，船體表面的平整度好，減少了打磨和涂漆工序的人工和材料。
A4 工廠生產(chǎn)環(huán)境得到有效改善
真空導(dǎo)入工藝是一種閉模工藝，整個(gè)施工過(guò)程中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物和有毒空氣污染物均被局限于真空袋中。僅在真空泵排氣(可過(guò)濾)和樹脂調(diào)配時(shí)有微量的揮發(fā)物，較傳統(tǒng)手工糊制的開敞式工作環(huán)境，現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境得到大大改善，有效地保障了相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)施工人員的身心健康。
B、工藝技術(shù)的缺點(diǎn)
B1 施工工藝較為復(fù)雜
真空導(dǎo)入工藝不同于傳統(tǒng)手糊工藝，需要按照?qǐng)D紙?jiān)敿?xì)設(shè)計(jì)好纖維材料的鋪層圖、導(dǎo)流管系布置圖和建造施工流程，在樹脂導(dǎo)人前必須完成增強(qiáng)材料的鋪敷和導(dǎo)流介質(zhì)、導(dǎo)流管、真空密封材料的鋪設(shè)。因此對(duì)于小尺寸船舶來(lái)講，其施工時(shí)間反而超過(guò)手糊工藝。
B2 生產(chǎn)成本較為偏高
真空導(dǎo)入工藝對(duì)纖維材料的滲透性要求較高，多采用連續(xù)氈、單向布，單位成本高。同時(shí)在建造施工過(guò)程中需要使用到真空泵、真空袋膜、導(dǎo)流介質(zhì)、脫模布及導(dǎo)流管等輔助材料，且大多為一次性使用，所以生產(chǎn)成本比手糊工藝要高。但產(chǎn)品越大，這個(gè)差別就會(huì)越小。
B3 工藝存在一定風(fēng)險(xiǎn)
真空導(dǎo)入工藝自身特點(diǎn)決定了船舶建造的一次性成型，對(duì)樹脂導(dǎo)入前工作要求很高，必須嚴(yán)格按照施工工藝有步驟的實(shí)施，在開始樹脂導(dǎo)入后過(guò)程就不可逆轉(zhuǎn)，一旦在樹脂灌注中失敗，整個(gè)船體就容易報(bào)廢。目前一般船廠為了施工方便和降低風(fēng)險(xiǎn)，一般企業(yè)采用船舶艇體和骨架分兩階段真空成型。
5、結(jié)語(yǔ)
真空導(dǎo)入工藝作為一種新型的玻璃鋼船舶的成型建造技術(shù)，有其許多優(yōu)點(diǎn)，特別在建造主尺度較大、航速較高、強(qiáng)度較強(qiáng)的船舶方面，有其不可替代的作用。隨著真空樹脂導(dǎo)入施工工藝的不斷改進(jìn)和原材料成本的降低，以及日益增長(zhǎng)的社會(huì)需求，玻璃鋼船舶建造會(huì)逐步向機(jī)械成型工藝過(guò)渡，樹脂真空導(dǎo)入法勢(shì)必將在更多的工廠得到廣泛應(yīng)用。
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