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【真空成型】玻璃鋼船舶采用真空導(dǎo)入工藝成型的優(yōu)缺點

發(fā)布時間：2020-04-10

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玻璃鋼是20世紀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

、強度高

、耐腐蝕、可塑性強的特點

。經(jīng)過數(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負壓，利用真空產(chǎn)生的壓力把不飽和樹脂通過預(yù)鋪的管路吸入纖維層中

，讓樹脂浸潤纖維材料

，最后充滿整個模具，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年左右才引入國內(nèi)，并得到了發(fā)展

。由于這種工藝是從國外引入

，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年法國水力學(xué)家達西創(chuàng)立的水力學(xué)理論

，即著名的達西定律：t=2hl／(2k(AP))

；式中：t為樹脂導(dǎo)入時間

，由4個參數(shù)來決定

；h為樹脂粘度，指導(dǎo)入樹脂的粘度

；z為導(dǎo)入長度，指樹脂進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

、夾心材料等對樹脂浸潤的參數(shù)

。由達西定律可知：真空導(dǎo)入工藝樹脂導(dǎo)入時間與樹脂導(dǎo)人的長度和粘度成正比，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)

。在對模具進行清理后，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行施工

。

第三步：鋪敷增強材料

首先按照船體線型和基本結(jié)構(gòu)，分別裁制增強材料和骨架芯材，然后按照鋪層圖和成型工藝在模具內(nèi)進行鋪設(shè)

。鋪敷時，必須充分考慮增強材料的材質(zhì)和連接方式對樹脂流速的影響

。

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，利用密封條進行壓實封閉

。在合上真空袋之前，要仔細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)入進管

，利用真空泵對整個體系抽真空，盡量把體系中空氣抽空

，并檢查整體的氣密性

，對漏氣的地方進行局部修補。

第六步：調(diào)配樹脂比例

袋內(nèi)真空達到一定要求后

，根據(jù)環(huán)境條件

、制品厚度

、鋪敷面積等來將樹脂、固化劑及其他主機按一定比例進行調(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)充分攪拌排除樹脂內(nèi)氣泡

，再根據(jù)導(dǎo)入順序依次打開夾子

，并通過不斷的調(diào)整泵入壓力實施樹脂導(dǎo)入，達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)缺點分析

A、工藝技術(shù)的優(yōu)點

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。

A1 船體結(jié)構(gòu)強度得到有效提高

真空導(dǎo)入工藝在施工時可同時鋪敷成形船舶的艇體

、加強筋

、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

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

，尤其是層間強度的提高，大大提高了船體的抗疲勞性能

。在強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)計時，較手工糊制工藝樹脂用量減少30％

，浪費少，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，整個施工過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機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(可過濾)和樹脂調(diào)配時有微量的揮發(fā)物，較傳統(tǒng)手工糊制的開敞式工作環(huán)境

，現(xiàn)場施工環(huán)境得到大大改善，有效地保障了相關(guān)現(xiàn)場施工人員的身心健康

。

B、工藝技術(shù)的缺點

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

，需要按照圖紙詳細設(shè)計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)

。因此對于小尺寸船舶來講，其施工時間反而超過手糊工藝

。

B2 生產(chǎn)成本較為偏高

真空導(dǎo)入工藝對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

。同時在建造施工過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

，這個差別就會越小

。

B3 工藝存在一定風(fēng)險

真空導(dǎo)入工藝自身特點決定了船舶建造的一次性成型，對樹脂導(dǎo)入前工作要求很高

，必須嚴格按照施工工藝有步驟的實施

，在開始樹脂導(dǎo)入后過程就不可逆轉(zhuǎn)，一旦在樹脂灌注中失敗

，整個船體就容易報廢

。目前一般船廠為了施工方便和降低風(fēng)險，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

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，特別在建造主尺度較大

、航速較高

、強度較強的船舶方面

，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和原材料成本的降低

，以及日益增長的社會需求，玻璃鋼船舶建造會逐步向機械成型工藝過渡

，樹脂真空導(dǎo)入法勢必將在更多的工廠得到廣泛應(yīng)用

。

--------------

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1、工藝技術(shù)介紹

2、工藝技術(shù)原理

3、工藝技術(shù)流程

4、工藝技術(shù)優(yōu)缺點分析

5、結(jié)語

1
、工藝技術(shù)介紹

3
、工藝技術(shù)流程

4
、工藝技術(shù)優(yōu)缺點分析