生产高性能船舶的专用技术

2007年第2期

生产高性能船舶的专用技术

谢

薇译

成

源校

（上海玻璃钢研究院，上海201404）

摘

Pegorari报道。

要

意大利船舶制造商AgostiniNautica开发了一种专用的灌注工艺，以适应生产。Simonetta

基于对各种有关灌注工艺和材料的经验[包括Seeman复合材料树脂灌注工艺（SCRIMP），DIAB灌注技术，等等]，意大利船舶制造商AgostiniNautica针对自身要求研发了一套技术。这种专门定制的技术为的是让产品的性能达到最佳，尤其是针对灌注工艺设计的产品（树脂、芯材、纤维），以及针对流量控制设计的系统（脱模布、树脂注入点和线、导流网、真空袋、排放系统等等；参见图1）。

图1灌注材料

造船厂投资优化自身灌注产品技术，生产符合高技术要求的高性能产品，给客户提供新的选择。意大利厂商已经用传统的手糊工艺制造了复合材料船舶。42

灌注工艺的采用使壳体的制造有个不同的特点。船壳按照设计（整体的底座，而非聚氯乙烯芯材，舱壁和灌注结构板材或者传统板材）和材料（从针织布到四轴向布，然后到无捻粗纱布）制成。无论哪种情况，生产的产品都符合设计要求，同时和手工（手糊）生产的产品进行比较，能改善树脂含量和重量。

1灌注船体

灌注工艺所带来的良好机械性能和轻量化是造船厂打算采用此技术生产船舶的主要原

因。事实上，如果想要从灌注工艺中获得全部优势，在船舶的设计中，就得考虑成品类型。

在设计刚开始起步时，负责船舶的技术部和负责建造过程的制造商之间的信息交流至关重要。事实上，有些细节一旦确定下来，就关系到灌注工艺模型。比如，比底板稍短的框架并非都同时被树脂灌满，对整体式的区域，通常在窗框需要铺设特别的导流网。（图2）

图2勾画树脂导流管

结构细节确定后，必须在实验室检验材料在成品中所要求的各种性能。在两侧、底板上进行实际灌注实验，并且对纤维应用、芯材、增强层以及工艺材料进行规划与测试。

必须严格控制树脂凝胶时间（图3）。在整个灌注流程中，实验室人员要和树脂供应商一起（以丁二酸酐为例）开发出能用的不同催化剂，尤其要考虑三种参数：

生产过程中的温度和湿度环境；树脂在导流管间的流动；树脂流过层板的渗透性。

另一个需要特别注意的工作步骤是树脂导流管位置的确定，这是灌注部件的基本理论研

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究。不但要根据与纤维层压板相关的距离计算结果来放置，还要根据树脂在某些区域流动交汇的几何形状（窗框、海水引入口及其它）。一般来说，其目的是为了让树脂流动过程更加均匀，如果真空引入环安置正确的话，树脂就可从模具的中间一直流到外围。

图3凝胶时间控制

最后，产品工艺就可以开始了。灌注工艺可以根据以下几个步骤进行：手糊胶衣涂层；

铺设外部干燥涂层（胶衣涂层）的增强纤维；铺设芯材；铺设外蒙皮纤维；

铺设脱模布、树脂注入管、导流管；铺设真空袋；

树脂导流管和真空管系统定位；校准树脂灌注时间；

开启树脂注入管，开始灌注；固化，工艺结束。

涂好胶衣涂层后，放置侧面、底部的外蒙皮层纤维、芯材，还有增强层。（图4）所有干模内的布层须交错和重叠。

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图4材料的铺放

蒙皮材料铺设好之后，铺设脱模布。脱模布具有分离层压板和真空袋以及保证布层有足够孔隙的双重目的。

下一个步骤是铺设树脂导流管（图5）。然后意味着所有材料铺设完成。

图5导流管分布

用真空袋密封之后，真空管就连接到真空泵，空气从模具中抽离之后，压强达到1bar，所有增强材料都紧密贴在模具上。开始灌注树脂前，有必要检查袋子是否完好无缺。

这时就可打开树脂注入管，从龙骨线开始，树脂随管道从中间向模具外围流动，灌注到底部、尾部，同时还有两侧。当树脂在模具外缘沿着整个外围几乎同时到达，并且没有出现“干燥”区域（没有灌注到树脂的区域），灌注的过程才算正确完成。为了确保这一点，可以使用打孔开槽的PVC以及可以辅助灌注到关键区域的材料，如层间材料或者表面导流网。

灌注工艺精确性体现在：灌注布层和树脂固化的时间通过计算得出，在过程结束后并且

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树脂完成固化后，真空袋和脱模布被分离。

与传统积层过程相反，灌注从视觉上不能检查不同层面粘着是否合适，气泡是否产生。为了确定层压板达到设计要求，需彻底测试其稠密度，注意一些关键区域。AgostiniNautica制造的船舶由Q.I.CompositesSrl测试，使用的是一种超声波技术来检测和确定以下几方面：

蒙皮与芯材的粘结；厚度一致性；

两侧层压板是否对称；纤维的紧凑度；无树脂积聚；

PVC立体缺口全部填充。

通过所有测试后，才可说明成品符合设计要求。

2灌注成本

对灌注工艺成本与传统层压成本的比较要仔细拿捏，因为灌注工艺使相应的生产步骤也

不同。造船厂的模具成本可以按照以下几个方面进行区别和分析。2.1工艺材料

一个需考虑的方面（多个产品生产的平均成本）是在灌注模具过程中的工艺材料（脱模布、注胶口和导流管、导流网、真空袋、排水设备）和废料（导流管中的剩余树脂）的成本。

这些数据可以和在传统层压工艺使用工艺材料（滚筒、刷子、清洁丙酮）的成本作比较，还要考虑万一数量增多（用于布层铺设的材料）的情况。后者的成本对各个造船厂是不同的，是由不同的加工方法决定的。

另一个需要考虑的方面是灌注工艺在意大利使用率相当低。如果该工艺大范围使用，那么单件产品工艺材料成本可能下降。2.2模具内处理

由于灌注层压板质量较轻，铺设后的材料也会较轻，材料铺设所需要的时间也会使成本降低。其实，减少的并不是成型时间，而是材料铺设时间，根据船舶的不同类型，可以减少16-18%。这样一来，生产尺寸相同的船舶就可以缩短成型时间了（从胶衣到脱模过程）。跟传统积层过程相比，生产60英尺或者更长的船舶可以缩短20%以上的时间。2.3船身处理

灌注比传统手糊工艺生产的组件要贵得多。主要问题是树脂积聚后可能引起收缩；这个问题可以经过多次试验来解决，也可以在干燥材料的铺设过程中采取一些措施。目前，我们认为灌注船身比手糊成型需多耗10%的时间。想要减少这些额外成本，可以改进灌注材料或采用新的建造方法（例如，胶衣涂层与外层皮之间隔板的应用）。2.4生产人员

AgostiniNautica根据自身经验提出，灌注技术的引进可以不需要特别雇佣员工对加工过46

程监督。当然，对员工进行充分的培训也是必要的，尤其是技术部的操作员工、船舶生产主要操作人员以及材料采购负责人，要让他们知道主要事项。

其他需要预知的方面是：对面板或模具部分进行测试以分析和优化导流网的铺设、固化度、灌注时间，还有灌注的材料和几何形状。2.5质量测试

层压板质量可以从样品中来评估，这项评估服务是由其它公司完成的。AgostiniNautica认为，为客户提供一个更加可靠的产品可以抵消服务成本。2.6综合考虑事项

根据近期的相关资料和目前的经验来看，生产相同尺寸的产品，灌注工艺依然比传统积层要贵5-8%。但以下几方面应该值得注意：

灌注的产品具有更好的机械性能；

更高的纤维/树脂比率带来质量更高的产品；

该工艺使用率依然很低，但是如有更多的造船厂开始使用，价格一定会降低；需要更优化的工艺，例如对研究、开发和劳动力的投资；

使用灌注工艺能给工人创造一个更加清洁的工作环境；事实上，符合健康和安全要求

所需的成本正在下降。

等灌注工艺使用更广泛时，就有理由期待与传统生产过程相比的成本大范围减低，选择灌注工艺不是由于成型成本降低，而是产品的质量、性能、机械属性会更好。

要注意与灌注工艺相关的一些因素。根据实际经验，使用该技术的人员在以下几方面进行全面的调查。

用灌注工艺生产船舶的工程和用手糊工艺生产相比，在技术要求方面是有很大差别的。主要的差别体现在以下几方面。

传统工艺：层压数据表；成本估算；结构设计；结构细节。灌注工艺：结构细节；结构设计；层压数据表成本估算。

使用灌注工艺，可以在开始前在设计阶段解决有关构造的产品技术问题；另外，这些因素可以让设计师与客户间建立更紧密地合作关系。

根据至今为止收集到的资料来看，生产同尺寸的产品，使用灌注工艺比使用传统层压工艺，产品重量要减少30%。

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这种工艺不仅能减少气体排放（灌注工艺的苯乙烯损失低1%，而手糊为7-10%），而且能为员工创造更加良好的工作环境。

总结一下灌注工艺的优点，可以说：有了该技术，可以为玻璃纤维生产的制品提供更多工业类型的成型方法，即使手工操作非常仔细精确，灌注技术比传统手糊工艺由于手工技能引起产品质量不稳定的可能性要更小一些。

（《RP》2007，1：32-37）

我院隆重举行“复合材料性能检测及应用技术研讨会

暨上海玻璃钢研究院国家实验室揭牌仪式”

五月十八日，由中国玻璃钢工业协会上海经济区玻璃钢技术经济信息网、上海市玻璃玻璃纤维玻璃钢行业协会和上海玻璃钢研究院共同主办的“复合材料性能检测及应用技术研讨会暨上海玻璃钢研究院国家实验室揭牌仪式”在上玻院二楼多功能厅隆重举行。上海市科委、市经委、上海国防科工办、市奖励办、浦东新区科委、浦东生产力促进中心、奉贤区政府等相关政府部门的领导，以及中国玻璃钢工业协会、北玻院、哈玻院、南京玻纤院、上海船级社和信息网网员单位的专家领导约七十多人参加了本次活动，并对我院测试中心获得国家实验室认可表示祝贺。

在下午举行的研讨会上共有八位专家从不同的角度对复合材料性能检测及应用技术作了专题报告，它们分别是：在线编织拉挤成型薄壁环氧玻璃钢管的制造技术；我院细观力学研究；玻璃纤维及其织物的概况和发展趋势；长三角玻璃钢产业的现状和思考；碳纤维在复合材料中的应用；陶氏环氧树脂在复合材料中的新应用；不饱和树脂、乙烯基酯树脂在风力叶片制造上的系统解决方案；乙烯基酯树脂新领域之应用。通过这次会议，玻璃钢行业内众多厂家了解了玻璃钢原材料的最新发展情况和应用技术，相互交流了信息，加强了彼此之间的联系和沟通，有助于促进玻璃钢行业内的整体发展。

亚什兰扩大环氧乙烯基酯的产能

亚什兰复合材料聚合物公司称它将扩大DERAKANE产能，以满足市场不断增长的需求。

和HETRON环氧乙烯基酯的

和

亚什兰建筑建造业务部的全球经理AndyBeer谈道：“我们认识到DERAKANE足这种需求。”

这些树脂被用来制造抗腐蚀复合材料设备，用于废水处理、化工和采矿工业。它们也可以用于空气污染控制和风力机叶片上。48

HETRON树脂的市场增长迅速，因此在接下来两年中我们将在美国增加必要的产能，以满