玻璃钢游艇艇体成型真空芯材导流工艺实施与应用研究
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玻璃钢游艇体真空导流成型工艺道恩提供游艇作为满足人们精神需要或享受需要的高级消费品,其需求随着经济的发展和购买力的提高必然呈不断上升的趋势。
而随着玻璃钢游艇产业的迅速发展,对艇体成型工艺的要求越来越高,特别是成型工艺的环保及成本方面的要求越来越高。
目前国内外游艇是金属材质的较少,大多采用玻璃钢材质。
道恩游艇设计认为传统的艇体成型大部分采用手糊制,而手糊成型生产率低,劳动强度大,劳动卫生条件差,产品质量不易控制,性能稳定性不高,产品力学性能较低。
尤其对于结构复杂、力学性能要求高、体形庞大的大型船体,应用传统的手糊成型工艺已很难实施,所以道恩游艇设计在游艇材料上选择真空芯材导流工艺来解决这一难题。
真空灌注工艺(Vacuum infusion process),简称VIP,在模具上铺“干”增强材料(玻璃纤维,碳纤维,夹心材料等,有别于真空袋工艺),然后铺真空袋,并抽出体系中的真空,在模具型腔中形成一个负压,利用真空产生的压力把不饱和树脂通过预铺的管路压入纤维层中,让树脂浸润增强材料最后充满整个模具,制品固化后,揭去真空袋材料,从模具上得到所需的制品。
道恩游艇设计总结——真空芯材导流工艺的优势1 更高质量制品:在真空环境下树脂浸润玻纤,与传统制造工艺相比,制品中的气泡极少。
体系中不留有多余的树脂,玻纤含量很高,可达到时70%,甚至更高。
所得制品重量更轻,强度更高。
批与批之间也非常稳定。
2 更少树脂损耗:用VIP 工艺,树脂的用量可以精确预算,对于手糊或喷射工艺来说,会因操作人员的多变性而难于控制。
VIP 可以使得树脂的损耗达到最少,更重要的是,这样可以节约成本。
3 树脂分布均匀:对于一个制品来说,不同部分的真空产生的压力是一致的,因此树脂对玻纤的浸润速度和含量趋于一致。
这个对于重量要求稳定的FRP 制件来是很关键的。
4 过程挥发更少:生产过程中没有刷子或辊子之类,不会造成树脂的泼洒或滴落现象发现,更不会有大量的气味出现。
玻璃钢船舶成型通用工艺文件玻璃钢船舶成型通用工艺文件本厂建造的玻璃钢船舶,必须在材料、技术、工艺、质量和安全诸方面遵循中华人民共和国船舶检验局《纤维增强塑料船建造规范》和中国船级社《小艇入级与建造规范》之要求,为此制定本通用工艺文件,现予以公布并贯彻实施。
一、船艇玻璃钢层板的机械强度以玻璃纤维增强的玻璃钢层板,其树脂含量应在35-52%范围内,其机械强度应符合下列要求:抗拉强度>180 N/mm2抗拉模量>1100 N/mm2抗弯强度>180 N/mm2抗弯模量>1100 N/mm2抗压强度>120 N/mm2抗压模量>7000 N/mm2二、玻璃钢原材料采购和仓贮规定1、用于建造船艇的不饱和聚脂,必须从具有船检部门认可的船用树脂生产厂家或供应商处采购;2、用于建造船艇的玻璃纤维增强材料(布或毡)必须选用具有良好工艺性,并经船检部门认可的无碱玻璃纤维或增强型中碱玻璃纤维的织物;3、树脂采购应注意供应商提供的生产日期。
从生产日期至本厂使用日期之间的仓贮时间,原则上不超过三个月,在日常气温偏低时,最多的不超过六个月;4、原材料仓库应确保通风、干燥,避免阳光直射并具有控温和消防设施;5、固化剂中的引发剂和促进剂原则上应分开存放并标识清楚;6、玻璃纤维材料应使用垫仓板离地架空存放。
三、配料工序操作规程1、确认从仓库领用的固化剂(引发剂和促进剂)类型,并按生产厂技术文件的规定确定配比量,亦可根据操作条件和环境温差做适当调整;2、引发剂的用量:采用过氧化环已酮不超过树脂重量的4%,采用过氧化甲乙酮不超过树脂重量的2%;3、钴盐(钴水)促进剂的用量:根据施工环境合理选用,在较适宜的环境温度15-250C时施工建议由树脂重量的2.5~4%进行试用,并视固化情况作适当调整至最佳,在冬季、夏季施工时必须通过小样试验来确定其用量;4、配料时通常先在树脂中加入促进剂,并搅拌均匀后方可使用,切忌引发剂和促进剂同时加入;5、视糊制船艇或其他产品的大小,确定树脂的用量,但一次配胶量不宜过多,应分批配制,以避免不必要的浪费;6、胶衣与固化剂的配比与树脂相同;7、颜料糊在本色胶衣树脂中的投入量,一般为胶衣重量的4%左右,深颜色糊可适当减少,浅颜色糊可适当增加,以产品色泽鲜艳为宜。
真空辅助艇体成型工艺系统的可靠性分析近年来,随着民用船舶发展的不断推进,艇体成型工艺系统的可靠性得到了更广泛的关注。
艇体成型在民用船舶建造中占据着重要的地位,它的可靠性直接影响着船舶建造的整体水平,也影响着船舶的安全、稳定性和高效性。
由于艇体成型的复杂程度甚至超过了正常船舶建造,因此在技术、经济等方面需要更多的关注。
为此,采用真空辅助艇体成型工艺系统进行可靠性分析成为必要。
真空辅助艇体成型工艺系统是一种特殊的艇体成型工艺,它采用真空辅助艇体成型工艺来帮助艇体成型。
由于真空辅助艇体成型工艺系统能有效提高材料加工效率,在短时间内获得艇体成型的实现,因此有着广泛的应用。
真空辅助艇体成型工艺系统的可靠性分析旨在检验该工艺系统的有效性,从而确保艇体成型的安全性。
首先,真空辅助艇体成型工艺系统的可靠性分析应从总体上考虑其功能完备性,以确保其系统能顺利实现艇体成型任务。
其次,需要分析其结构和材料,以确定其可靠性及对时间和环境状态的适应性。
最后,应进行实际测试,确定真空辅助艇体成型系统的可靠性,评估任务完成时间和成本。
真空辅助艇体成型工艺系统的可靠性分析也需要考虑设备的安装和使用,以确保其安全性和可靠性。
例如,应对真空辅助艇体成型系统进行全面的质量检查,以确定系统的可用性并避免维修和更换等费用损失;同时,要确保设备的安装和使用符合安全要求,以避免意外事故的发生。
此外,在真空辅助艇体成型工艺系统的可靠性分析中,还必须考虑人员的培训和安全管理,以保证艇体成型的安全性。
通过建立和完善安全管理体系,并使用安全健康技术措施,确保操作人员的安全,同时确保工艺的可行性和可靠性。
总之,真空辅助艇体成型工艺系统的可靠性分析是一项复杂的工作,需要综合考虑系统功能、材料、安装、安全管理等多个方面。
只有全面分析,才能确保艇体成型的可靠性,以保障船舶建造的安全和质量。
浅谈游艇建造工艺研究作者:范叔卡来源:《科学与财富》2017年第12期摘要:目前,我国游艇制造产业发展迅速,主要集中在沿海城市,但作为高端消费品,特殊的游艇行业也面临着技术瓶颈、人才短缺等问题,本文从游艇生产过程及特点出发,研究了玻璃钢游艇两种主流的建造工艺:手糊成型和真空导入,并总结了各自的优缺点,希望对我国游艇制造业有实践性意义。
关键词:游艇;玻璃钢;手糊工艺;真空导入工艺一、引言随着社会经济的不断发展,人们也愈发追求更加有品质的生活方式和新鲜的运动体验。
游艇作为一种水上娱乐用耐用消费品,兼具航海、运动、娱乐、休闲等功能,目前已在世界范围内迎来了产业发展的热潮。
上世纪80年代以来,全球产业链大规模转移的背景下,我国游艇制造业也悄然兴起,[1]至2014年游艇行业市场规模达到24亿元。
作为一种高端消费品,游艇的建造工艺复杂,工程量巨大,而国内关于游艇建造工艺的研究还比较少,本文从游艇生产过程及特点出发,主要研究了玻璃钢游艇两种主流的建造工艺,以期对游艇制造业的生产有建设性意义。
二、游艇的建造过程及特点1.游艇的建造过程游艇建造首先是根据顾客的用途和需求设计图纸,对游艇进行造型设计,设计是决定着整个游艇建造的关键一步。
游艇具体施工建造大致可以分为六大生产过程,首先是船体工程和装配工程;其次是轮机工程、电气工程和装饰工程;最后一步就是实船总检。
[2]经历船体设计和六大生产流程,一艘游艇至少要耗时3-6个月才能交付使用,每一道流程都有严格的技术要求。
2.游艇的建造特点(1)设计高超。
游艇属于高端耐用消费品,多以游艇俱乐部的形式向消费者提供消费服务,但随着人们消费形式的越来越多样化,游艇成为私人消费品。
游艇制造出了采用先进技术外,更加注重设计,以满足顾客多样化的需求。
近几年,台湾游艇工业快速发展,其主要原因是借鉴发达国家以设计制胜的经验。
(2)材料、设备、配件选用考究。
游艇的使用环境和主要用途不同于普通的船舶,这决定了其在建造选材、配套、装饰等环节,要考虑工艺性、安全性、审美性等各方面的因素。
1研究现状真空辅助树脂传递模塑(VARTM),是在固定的玻璃钢模具上铺设增强复合材料(玻璃纤维、碳纤维等),在复合材料上面铺设真空袋,在模具边缘敷设密封胶带等,然后将真空袋中的气体抽除,在模具和密封袋间形成负压,利用此负压将树脂直接从预敷的管道中导入此真空袋中,进而浸润纤维层和芯材,最后让树脂充满整个模具,制品固化后,揭除真空袋,进而从模具上得到所需形状的产品。
VARTM技术就是采用单面模具建立一个闭合系统,利用真空导入的技术,将不饱和树脂固化成型。
目前VARTM技术在汽车和风力发电领域应用较多,在船艇船体成型工艺上的应用方面,由于船艇自身型线复杂,模具制造困难,工艺存在失败风险等诸多原因,致使玻璃钢真空导入成型工艺在船舶建造领域仍处于起步阶段。
国外对灌注工艺较重视,相继开展研究,不仅复合材料行业对此进行专门研究,玻璃钢船生产厂商如意大利船舶制造商Agostini Nautica等自行研究开发船艇生产专用的灌注技术,在改善树脂含量、提高产品机械性能上有显著作用,可在满足力学性能的前提下,有效降低船艇自身重量,这对船艇的性能十分有利[1];P.Sinacek,Y.S Songs等人建立VARTM工艺后注射过程的控制模型和探索此过程的数值模拟,并研究了后注射阶段的影响因素和浸润机理,以及厚度的变化规律[2];Chensong Dong等应用二次衰退模型研究双重渗透性多孔介质的三维流动,以及探索VARTM工艺的数值模拟和优化设计[3]。
S.Xiu Dong等提出了VARTM工艺的流动模型,将树脂在导流介质中的流动看作是一种存在垂直渗玻璃钢夹芯结构真空导入树脂流动特性分析及验证Analysis and Verification of Flow Characteristics of Vacuum Imported Resin for FRPSandwich Structure孙风胜,张维英,黄亚南,栾剑(大连海洋大学,辽宁大连116023)SUN Feng-sheng,ZHANG Wei-ying,HUANG Ya-nan,LUAN Jian(Dalian Ocean University,Dalian116023,China)【摘要】真空辅助树脂传递模塑(VARTM)是制备高性能复合材料尤其是船用玻璃钢(FRP)的有效方法。
海上施工防腐玻璃钢材料在海洋强腐蚀介质环境中的应用研究摘要:海上施工工程中,材料的抗腐蚀性能是至关重要的。
本文研究了海上施工防腐玻璃钢材料在海洋强腐蚀介质环境中的应用。
通过对玻璃钢材料的组成、性能和加工工艺进行分析,总结了其在海上施工中的特点和应用效果。
研究发现,玻璃钢材料具有优异的耐腐蚀性能和良好的抗裂性能,适用于海洋强腐蚀介质环境下的施工工程。
同时,探讨了玻璃钢材料在海洋环境中存在的一些问题,并提出了相应的解决方案和改进措施。
本研究对于提高海上施工工程材料的抗腐蚀性能具有重要的参考价值。
1. 简介海洋工程是指在海洋环境中进行的各类工程活动,如海洋石油开发、海底电缆铺设、海上风电场建设等。
这些工程活动需要使用抗腐蚀性能良好的材料,以应对海洋环境中的强腐蚀介质。
玻璃钢材料由于其特殊的性能,在海上施工中发挥着重要的作用。
2. 玻璃钢材料的组成及性能玻璃钢材料是一种由玻璃纤维和树脂组成的复合材料。
其主要成分包括玻璃纤维和增强树脂。
玻璃纤维具有高强度、低收缩率和优异的耐腐蚀性能,而树脂则具有良好的粘结性和抗渗透性。
玻璃钢材料具有抗化学腐蚀、抗水腐蚀、电绝缘和低热导率等优点,是一种理想的材料选择。
3. 玻璃钢材料在海洋强腐蚀介质环境中的应用玻璃钢材料在海上施工工程中具有广泛的应用。
首先,玻璃钢材料可以用于海洋石油钻井平台、海洋石油储罐等设备的防腐蚀工程。
其次,玻璃钢材料可以用于海底电缆的装配和维修,保障电缆在海洋环境中的正常运行。
此外,玻璃钢材料还可以应用于海上风电场的建设,提供良好的抗腐蚀性能和结构强度。
4. 玻璃钢材料在海洋环境中存在的问题及解决方案尽管玻璃钢材料具有优异的性能,但在海洋环境中仍然存在一些问题。
首先,由于玻璃钢材料的表面光滑,容易受到海藻、贝类等附着物的侵蚀,影响其抗腐蚀性能。
解决这一问题的方法包括在玻璃钢材料表面增加防附着层,以减少附着物的粘附。
其次,玻璃钢材料在长时间暴露于海洋环境中,可能会发生表面老化、腐蚀或发白等现象。
海上施工防腐玻璃钢材料在海洋均质环境中的应用研究近年来,海洋工程建设迅猛发展,特别是海上施工工作在勘探、开采和输送海底资源方面发挥着重要作用。
然而,海洋环境的恶劣性质对工程设施的耐久性提出了巨大的挑战。
在这个任务中,我们将研究海上施工防腐玻璃钢材料在海洋均质环境中的应用。
海洋环境的挑战海洋是一个具有高盐度、高湿度、高温度、强风浪等复杂条件的特殊环境。
这些因素会对施工设施的材料产生严峻的腐蚀和磨损影响。
因此,有效的防腐措施是确保海洋施工设施长期运行的关键。
玻璃钢材料的特性玻璃钢材料是由玻璃纤维和树脂组成的复合材料。
它具有重量轻、强度高、耐腐蚀、绝缘性好等优良特性,被广泛应用于海洋建设领域。
在海上施工中,玻璃钢材料的应用已经得到了广泛认可。
海上施工防腐玻璃钢材料的应用研究为了深入了解海上施工防腐玻璃钢材料在海洋均质环境中的应用,我们进行了一系列的实验研究。
首先,我们对不同材料进行了腐蚀实验。
将玻璃钢材料与其它常用材料如钢材和混凝土进行对比,通过暴露于海水中,模拟了海洋环境对这些材料的腐蚀作用。
实验结果表明,玻璃钢材料具有较好的抗腐蚀性能,其腐蚀速率相较钢材和混凝土材料更低,有利于减少维修和更换频率。
其次,我们对玻璃钢材料的机械性能进行了测试。
在海上施工过程中,玻璃钢材料需要承受风浪冲击、水流压力和结构荷载等多重力量。
实验结果显示,玻璃钢材料具有较高的强度和刚度,能够满足在海洋均质环境中的施工要求。
另外,我们还研究了玻璃钢材料的阻燃性能和绝缘性能。
由于海洋环境中存在着极高的氧气含量和温度变化,对材料的阻燃性能和绝缘性能提出了更高的要求。
实验结果显示,玻璃钢材料具有良好的阻燃性能和绝缘性能,能够有效避免火灾和电气故障的发生。
此外,我们还对玻璃钢材料的使用寿命进行了预测模拟。
通过建立耐久性模型,分析了海洋均质环境中的材料老化机理和损坏模式。
模拟结果表明,玻璃钢材料在适当的维护和保养下,能够满足长期使用需求并具有较长的使用寿命。
玻璃钢船艇模具成型工艺应用的探讨作者:田伟王荣生王宏来源:《今日财富》2016年第31期摘要:随着时代的发展以及社会的进步,我国的有关部门加强了对于水运事业的发展。
在这样的背景之下,为了进一步促进玻璃钢船舶制造的质量、工艺以及效率的提升,需要制造厂商在实际的作业过程中加强对于各类新型材料以及技术的运用。
目前,玻璃钢船艇模具成型工艺凭借着其自身的特点而获得了相关主管部门和广大制造厂商的青睐,并在实际的作业过程中获得了广泛的运用,得到了广大玻璃钢船船主的认可。
本文基于此,分析探讨玻璃钢船艇模具成型工艺在实际生产制作过程中的重要性,及就该技术的运用流程进行论述,进而为玻璃钢船舶制造业提供相关的借鉴。
关键词:玻璃钢;船艇模具;成型工艺;工艺运用玻璃钢(FRP, Fiber Reinforced Plastics),亦称作GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastics),即纤维强化塑料,一般指用玻璃纤维增强不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂基体。
以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料,称谓为玻璃纤维增强塑料,或称谓玻璃钢,注意与钢化玻璃区别开来。
由于所使用的树脂品种不同,因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢之称。
质轻而硬,不导电,性能稳定.机械强度高,回收利用少,耐腐蚀。
可以代替钢材制造机器零件和汽车、船舶外壳等。
玻璃钢是一种复合材料,它的生产与成型有着独特的工艺流程,为了进一步促进设计意图的贯彻落实,促进产品制造的质量以及效率的提高,需要作业人员在实际的作业过程中加强对于各项工艺流程的设计优化以及严格的方案执行。
基于此可以得知:工艺的内涵状况往往对产品质量产生较为直接的影响。
近年来,我国玻璃钢生产厂家在实际的作业过程中往往忽视了对于工艺的合理性以及优化性进行把握,进而导致相关作业的开展受到了不同程度的阻碍,不利于相关效益的取得。
本文基于此,主要论述玻璃钢船艇模具的制作工艺过程以及要求,进而促进玻璃钢船艇模具生产质量以及效率的显著提升。
海上施工防腐玻璃钢材料在海洋高温高压环境中的应用研究在海洋工程建设中,施工材料的选择对工程的稳定性和安全性具有重要影响。
海上施工防腐材料的研究和应用已经成为关注的热点问题。
其中,玻璃钢材料由于其优良的性能,在海洋高温高压环境中得到了广泛的应用。
本文将对海上施工防腐玻璃钢材料在海洋高温高压环境中的应用进行研究和探讨。
一、海洋高温高压环境对施工材料的要求1.1 高温环境在海洋工程建设过程中,由于海水的温度较高,施工材料需要能够耐受高温环境,防止材料失去原有的性能。
1.2 高压环境海洋深海中存在极高的水压,施工材料需要具备良好的耐压性能,以避免造成材料变形和破裂。
二、玻璃钢材料的特点及优势2.1 耐腐蚀性玻璃钢材料具有极强的耐腐蚀性能,能够防止海水、氯离子等腐蚀物质对材料的侵蚀,保护工程结构的稳定性。
2.2 耐高温性由于玻璃钢材料的高熔点和低热导率,能够抵御高温环境对材料性能的影响,保持材料的稳定性和强度。
2.3 耐压性玻璃钢材料在设计和制造过程中采用了增强纤维增强材料,赋予材料良好的耐压性能,能够承受海洋深海的高压环境。
三、海上施工防腐玻璃钢材料的应用案例3.1 油井平台防腐油井平台是海洋工程中的重要部分,其常常处于高温高压环境之中。
使用玻璃钢材料进行平台的防腐工作,能够有效延长平台的使用寿命,并降低维护成本。
3.2 海洋管道防腐海洋管道的防腐工作尤为关键,而玻璃钢材料由于其卓越的耐腐蚀性能,在长期受海水腐蚀的环境下表现出良好的稳定性和耐用性。
3.3 船舶外壳修复船舶在海上工作中不可避免地会受到高温高压环境的影响,船舶外壳的防腐修复常常是必要的工作。
采用玻璃钢材料进行船舶外壳的修复,能够提高修复质量和效率。
四、海上施工防腐玻璃钢材料应用研究的挑战4.1 材料的耐用性研究海洋环境的复杂性要求对玻璃钢材料的耐用性进行深入研究,以确保其在长期高温高压环境中的性能稳定。
4.2 施工工艺的改进海上施工防腐工作的工艺要求高,而玻璃钢材料的施工技术仍需进一步改进和完善,以提高工程的质量和效率。
海上施工防腐玻璃钢材料在海洋强碱性介质环境中的应用研究海洋是人类重要的资源领域之一,然而,海洋的强碱性介质环境对海上建筑设施的防腐蚀提出了极高的要求。
为了保护海上建筑设施的结构完整性和使用寿命,研究人员一直致力于开发新的材料和技术来解决这一问题。
海上施工防腐玻璃钢材料作为一种重要的防腐蚀材料,在海洋强碱性介质环境中的应用研究备受关注。
首先,海上施工防腐玻璃钢材料具有出色的耐腐蚀性能。
玻璃钢是一种由玻璃纤维与树脂组成的复合材料,具有优异的耐腐蚀性能。
在海洋强碱性介质环境中,海水中的碱性物质容易引起金属材料的腐蚀,而玻璃钢材料具有良好的抗碱性能,可以有效地防止碱性物质对建筑设施的腐蚀破坏。
其次,海上施工防腐玻璃钢材料具有良好的机械性能。
玻璃钢材料具有高强度、低密度的特点,可以轻松应对海上施工的各种复杂环境。
此外,玻璃钢材料还具有优异的抗冲击性能和耐疲劳性能,确保了海上建筑设施的长期使用安全。
此外,海上施工防腐玻璃钢材料具备良好的耐候性能。
海洋环境条件恶劣,极端的气候和水下腐蚀性物质会对建筑设施材料造成严重的损害。
然而,玻璃钢材料具有卓越的抗老化性能和耐候性能,能够在恶劣环境下长期保持材料的稳定性和耐久性。
进一步研究表明,通过改变玻璃钢材料的组成和结构,可以进一步提高其在海洋强碱性介质环境中的应用性能。
例如,研究人员可以添加特殊的化学添加剂来提高玻璃钢材料的抗碱性能。
此外,研究还发现,在玻璃钢材料的生产过程中,适当的固化工艺和热处理工艺可以显著改善材料的耐腐蚀能力。
然而,海上施工防腐玻璃钢材料在应用过程中依然存在一些挑战。
首先,玻璃钢材料的制造工艺和设备要求较高,需要一定的技术支持和专业人员的操作。
其次,玻璃钢材料的成本相对较高,对于海上建筑设施的投资造成了一定的影响。
此外,由于玻璃钢材料的特殊结构,其可塑性和加工性较差,限制了其在一些特殊形状和结构上的应用。
为了进一步推动海上施工防腐玻璃钢材料在海洋强碱性介质环境中的应用研究,研究人员可以从以下几个方面进行深入研究。
玻璃钢游艇艇体成型真空芯材导流工艺实施与应用研究孙卫东,朱清(镇江市金舟船舶设备有限公司,江苏镇江212003)摘要:真空芯材导流工艺是最近兴起的复合材料加工方法,本文介绍了真空芯材导流技术的原理,并与其它工艺在玻璃钢复合材料的性能上做了对比,阐述了由真空芯材导流技术所制作的玻璃钢游艇的优势,及其实施方法,以及在生产实施过程中应予注意的事项。
关键词:玻璃钢游艇;艇体成型;真空芯材导流;玻璃纤维;树脂游艇作为满足人们精神需要或享受需要的高级消费品,其需求随着经济的发展和购买力的提高必然呈不断上升的趋势。
据国外游艇产业发展中的统计数据显示:当地区人均GDP超过3000美元时,游艇消费开始起步,而2010年中国人均GDP将达到4000美元,因此,游艇产业作为中国后汽车时代的消费热点对引导高端消费、形成新的国民经济增长点具有重要的作用。
目前国内外游艇是金属材质的较少,大多采用玻璃钢材质。
随着玻璃钢游艇产业的迅速发展,对艇体成型工艺的要求越来越高,特别是成型工艺的环保及成本方面的要求越来越高。
传统的艇体成型大部分采用手糊制,而手糊成型生产率低,劳动强度大,劳动卫生条件差,产品质量不易控制,性能稳定性不高,产品力学性能较低。
对于成型相对较小的产品,手糊成型成本低,易于实施,但对于结构复杂、力学性能要求高、体形庞大的大型船体,应用传统的手糊成型工艺已很难实施,迫切需要一种新的成型工艺来解决这一难题[1]。
1真空芯材导流工艺的特点和优势玻璃钢材料成型技术的机械化、程序化,可使玻璃钢复合材料性能进一步优化,使成本降低,使生产过程更加环保[2]。
真空导流工艺是将玻璃纤维增强材料和泡沫夹心材料干法预铺设在密闭的模具内,然后安装供树脂进入和流动扩散的进胶接头和引流管道,通过真空薄膜袋密封和真空泵的抽气实现整个模具面积上铺层内部的高真空环境(一般为99%以上的真空度)。
在系统保压良好的情况下将低粘度的树脂,经进胶管道由大气压注入系统内部,树脂按照预先设计的管道扩散,在预订时间内浸泡所有铺层结构,待胶液固化后,揭去真空袋材料,就可从模具上得到所需的制品。
整个真空导流过程可重复,可质量控制,产品气泡含量降到最低,产品的纤维含量达到65%以上。
而且由于真空薄膜的密闭作用把苯乙烯等有害气体的扩散降低了90%以上,实现了健康、环保的要求。
与传统工艺相比,真空芯材导流工艺将夹芯复合材料的所有优点与闭式压模工艺、复合性能以及卫生保健和安全保障等多方面的优势有机地结合在一起。
采用夹芯结构与FRP单板结构、铝材、钢材相比,在保持强度的同时明显减轻了重量、增加了刚度,在基本不增加重量的情况下,通过增加芯材的厚度,获得更高的强度和刚度,在同样原材料的情况下,与手糊构件相比,真空树脂导入工艺成型构件的强度、刚度及其它的物理特性可提高30% 50%以上,见表1。
工艺稳定后成品率可接近100%。
因此,采用该种工艺方法可以使得玻璃钢艇体在减少支撑结构的同时,进一步减轻重量,如图1所示,同时,闭孔夹芯材料如图2所示,板表面长和宽的方向上开导流槽(可以在一面或者两面),在采用树脂注射工艺时,可以作为树脂的流动通道,也表1典型聚酯玻璃钢性能比较增强材料成型工艺无捻粗纱布手糊双抽向织物手糊无捻粗纱布真空树脂扩散双抽向织物真空树脂扩散玻纤含量45506065拉伸强度(MPa )273.2389383.5480拉伸模量(GPa )13.518.517.921.9压缩强度(MPa )200.4247215.2258压缩模量(GPa )13.421.315.623.6弯曲强度(MPa )230.3321325.7385弯曲模量(GPa )13.41716.118.5层间剪切强度(MPa )2030.73537.8纵横剪切强度(MPa )48.8852.17纵横剪切模量(GPa )1.621.84可以赶走积存的空气。
同时在结构上,可以裁剪成如图3所示形状,附着在船体结构上,起到吸振缓冲、隔音绝热的作用。
因此,采用夹芯结构,给设计带来更大的自由度,夹芯的复合曲线形状可易于组合,外部表层可以正确地对准载荷路径方向,从而使结构更趋完整和优化。
采用夹芯结构,使得玻璃钢复合材料实现了出众的强重比,为设计更加高速船艇和续航力更强,装载能力更大的船艇提供了可能,同时,艇体重量的减轻也相应的降低艇自身的功率需求量。
以一艘36英尺游艇为例,通过夹层工艺的提升,减轻了38%的艇体重量,同时也使得船舶的加速性能大大提升,其最大航速由原来的35kn 提升到37.5kn ,全速续航力由原来的333km 提高到583km ,即油耗大为降低,为船艇产品的运营带来了宝贵的低碳效应[3]。
2真空芯材导流工艺的实施及其注意事项真空芯材导流工艺在实施初期需要对模具、工厂环境以及实施人员进行必要的准备和培训。
1)模具需要考虑的第一件事就是:使用现有的模具还是加工新的模具,无论选择哪一种方法,都必须核查一些关键问题,方能确保所用的模具合适。
具体事项如下:①模具要保证很好的气密性;②模具必须有足够的刚度,能够承受真空形成的压力;③在制品固化期间,模具必须能够承受树脂固化周期的放热;④模具必须有凸缘法兰边,并且应足够宽,以放置真空管和密封胶带;⑤任何次模件都必须和主模接合在一起,以免在部件导流过程中发生系统的漏气;⑥模具表面必须具有较高的平整度。
防止因带有孔洞、龟裂或裂缝的模具对系统真空度的影响。
在生产之前,须对模具进行压降试验来检验是否存在上述问题。
确认模具是否适合导流工艺的要求。
2)铺层第二个需要考虑的事项便是铺层的选择。
这会影响到艇体壳体的重量、承重能力以及建造时间。
真空芯材导流工艺在提高艇体硬度的同时又不会增加重量。
同时避免了采用芯材的壳体中出现分层的现象,芯材与强化表层之间的粘结性能大幅提高,有效解决了脱层问题。
采用夹芯结构的纤维铺层通常要比实心铺层薄。
由于硬度提高了,板材尺寸也得以加大,而且需要的支撑物(加固装置、框架、舱壁等等)也更少了。
另外,铺层的安装速度也加快了,从而缩短了建造时间并降低了材料的总体使用量,如图4、5所示,纤维已铺完,导流网包着导流管在铺放的过程[2]。
运用这种方法还比其他任何的导流方法都更快,透过真空袋的连接线路和进料管的数量也减少了,这些又进一步缩短了整体建造时间并降低了耗材的成本。
3)材料的选择作为以真空导入工艺生产游艇壳体使用的树脂要求:(1)具有低粘度。
一般在100 400mPa.s左右。
最好不高于200mPa.s;(2)需要适当的放热峰温度,一般不高于80ħ;(3)在使用温度达到60ħ前,玻璃钢层材仍有合适的强度;(4)长期在潮湿环境下(相对湿度95%),仍与所选玻璃布有很好的结合强度;(5)可在常温下固化;(6)有足够长的凝胶时间,保证工艺的完成,而且最后能完全固化;(7)耐气候性好;(8)耐油脂性好;(9)阻燃性好;(10)价格低;(11)固化收缩率低等。
因此,对于树脂体系的各种组分,如树脂、固化剂、促进剂、阻聚剂、色浆和填料等都要开展相应的树脂流动性、粘度和固化反应动力学的试验研究,以保证工艺的可靠性,如图6所示,采用等温差示扫描量热法(DSC/DTA)和动态粘度计[4],来测量固化温度与固化时间的关系,试验表明,随着固化温度的增加,固化完成需要的时间缩短;峰值出现在固化开始一段时间后,这正是自催化固化模型的特征,因为自催化模型有诱导期,反应的极大速率出现在固化度达到30% 40%。
分析峰值出现的时间和相应的固化度见表2,可以发现,固化温度比较低时,固化峰值出现时的固化度就越接近自催化模型的要求,这主要是因为当温度比较高时,确定数据的初始开始点比较困难,当开始记录时,反应可能已经进行了一点,进行等温试验的难点也在于此。
表2出现固化峰值时的固化度和时间温度(ħ)140150160170180190200固化度(%)32.1433.2429.6524.8719.2417.6612.33反应时间(main) 2.9 1.80.810.610.350.270.20作为以真空导入工艺生产游艇壳体使用的材料要求:一般来说,各种形式的增强材料,如短切毡、长丝毡、无捻粗纱织物(方格布)、加捻织物、缝编织物以及夹芯材料(泡沫、轻木和蜂窝)等都可以应用,应用的织物面密度最大可至87kg/m2。
但是要注意到,不同织物对真空导入工艺的影响是很大的,要尽量采用渗透率高、对树脂浸润性好的织物。
在采用芯材时,则需采用GPS芯材。
要考虑各种材料组合后的整体效果,不能低估任何一种材料的重要性。
它们彼此之间必须相容才能达到最佳的效果。
因此,在向供应商采购材料时,需说明使用真空导流工艺来成型玻璃钢复合材料,并要对采购的材料进行检查,以确保供应商推荐的材料适合于真空导流工艺。
4)人员的培训当一切准备就绪,加工模具也已安排妥当,选择了建造部件所需的材料,掌握了正确的复合材料工艺和技术后,最后需要对施工的人员进行培训。
导流技术的一大优势在于,与较为“传统的”方法相比,它是一种半自动化的过程,除了一些关键管理人员外,只需要一个人数相对较少、并且技能要求也不高的操作人员队伍。
由于导流技术采用的是闭式压模工艺,因此工作环境更为清洁。
另外,这种环境也有利于工人的健康,因为他们不会再置身于刺激性气体和有害粉尘中。
由于材料可以成套购买,因此员工能够更加迅速、更加轻松地进行安装材料,进而缩短生产时间。
经过导流工艺培训过的人员,很快便会在导流工艺的某一领域或某一特定的环节发挥出其特长。
在生产车间里,人员通常会被安排在导流工艺的专门区域,并且他们在完成自己的工艺环节后,便从一个模具转移到另一个模具。
因此,这种工艺,使得在模具数量足够的情况下,进行流水式的批量作业有了可能。
一般来说,女员工适合于叠放和装填铺层以及芯材,因为她们更能够胜任这类工作。
由于材料通常都是成套包装的,因此也易于操作。
当第一批员工完成培训之后,他们既可以胜任真空导流工艺的玻璃钢复合材料制品的生产过程,而新的员工则可与第一批已经培训过的员工一起工作,并向他们学习必要的技能。
5)工厂设置工厂是导流工艺实施需要考虑的最后一项重要的事项。
一般来说,原有的已在生产复合材料部件的工厂,适合引进导流工艺,但是必须做一些相应的改造,以提高生产效率,预防一些日后可能突发的问题。
首先,生产场地应进行分区,以最大限度地降低“交叉污染”。
涂胶衣和表层的区域应安排在工厂的一端。
这样可以限制该工艺流程中所产生的烟雾以及粘附喷涂物。
模具可以移至干燥的物料存放区域或执行导流操作的主要区域。
在这里,便可以开始在部件上铺设纤维织物、芯材以及真空管和进料管。
随后,安装真空袋。
这一过程应尽可能安排在工厂最安静的区域进行。
真空袋装好后通常需要检测是否存在微小的泄漏,因为泄漏的声音很难听到,所以需要声学检漏仪进行检测。