玻璃鋼是20世紀60年代后期船舶制造的一種新型的復合材料，具有質量輕、強度高、耐腐蝕、可塑性強的特點。經過數十年的發(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——樹脂真空導入法。
1、工藝技術介紹
樹脂真空導入法是在剛性模具上預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，利用真空產生的壓力把不飽和樹脂通過預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品。
真空導入工藝采用在單面剛性模具內建立一個閉合系統(tǒng)，是一種新型的大尺寸船艇成型建造技術。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，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，如真空導入、真空灌注、真空注射等。
2、工藝技術原理
真空導入工藝是基于1855年法國水力學家達西創(chuàng)立的水力學理論，即著名的達西定律：t=2hl／(2k(AP))；式中：t為樹脂導入時間，由4個參數來決定；h為樹脂粘度，指導入樹脂的粘度；z為導入長度，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。由達西定律可知：真空導入工藝樹脂導入時間與樹脂導人的長度和粘度成正比，與真空袋內外的壓力差值和纖維材料的滲透性成反比。
3、工藝技術流程
具體工藝技術流程如下：
第一步：開工準備工作
首先按照船舶型線、尺寸制作鋼質或木質模具，模具內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。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
根據船舶生產制作的要求，在模具內表面涂布含促進劑／引發(fā)劑的膠衣樹脂，可以用產品膠衣或打磨膠衣，選用類型有鄰苯、間苯和乙烯基?？刹捎檬炙⒑蛧娡康姆椒ㄟM行施工。
第三步：鋪敷增強材料
首先按照船體線型和基本結構，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進行鋪設。鋪敷時，必須充分考慮增強材料的材質和連接方式對樹脂流速的影響。
第四步：鋪敷真空輔材
在模具內鋪敷好的增強材料上，先鋪上脫模布，接著是導流布，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：抽除袋內真空
在模具內完成以上材料的鋪設后，夾緊管系上各樹脂導入進管，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：調配樹脂比例
袋內真空達到一定要求后，根據環(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配。調配好的樹脂液要兼顧有適當的粘度、合適的凝膠時間和預期要求的固化度。
第七步：模具導入樹脂
把調配好的樹脂導入壓力泵，經充分攪拌排除樹脂內氣泡，再根據導入順序依次打開夾子，并通過不斷的調整泵入壓力實施樹脂導入，達到有效控制船舶艇體的厚度。
第八步：固化脫模舾裝
在樹脂導入竣工后，船體應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，應采取必要的措施予以支撐，避免產生變形。徹底固化后，開始艇體合攏及舾裝。
4、工藝技術優(yōu)缺點分析
A、工藝技術的優(yōu)點
真空導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 船體結構強度得到有效提高
真空導入工藝在施工時可同時鋪敷成形船舶的艇體、加強筋、夾芯結構及其他嵌件，因而大大提高了產品的整體性，船舶整體結構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
真空導入工藝生產的玻璃鋼船舶纖維含量高、孔隙率低、產品性能高，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，采用真空導入法建造的船舶可有效地減輕結構重量。當采用同樣鋪層設計時，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 船舶產品質量得到有效控制
真空導入工藝較手工糊制，船舶質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性比手糊工藝要好得多。同時該工藝生產的船舶的精度也優(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 工廠生產環(huán)境得到有效改善
真空導入工藝是一種閉模工藝，整個施工過程中產生的揮發(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，有效地保障了相關現(xiàn)場施工人員的身心健康。
B、工藝技術的缺點
B1 施工工藝較為復雜
真空導入工藝不同于傳統(tǒng)手糊工藝，需要按照圖紙詳細設計好纖維材料的鋪層圖、導流管系布置圖和建造施工流程，在樹脂導人前必須完成增強材料的鋪敷和導流介質、導流管、真空密封材料的鋪設。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 生產成本較為偏高
真空導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、導流介質、脫模布及導流管等輔助材料，且大多為一次性使用，所以生產成本比手糊工藝要高。但產品越大，這個差別就會越小。
B3 工藝存在一定風險
真空導入工藝自身特點決定了船舶建造的一次性成型，對樹脂導入前工作要求很高，必須嚴格按照施工工藝有步驟的實施，在開始樹脂導入后過程就不可逆轉，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、結語
真空導入工藝作為一種新型的玻璃鋼船舶的成型建造技術，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，樹脂真空導入法勢必將在更多的工廠得到廣泛應用。
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