滲透作用對膠衣鼓泡的影響

    對于玻璃鋼船舶來說,表層膠衣鼓泡是一種非常嚴重的缺陷,很多人認為膠衣鼓泡難以克服,故被稱為“玻璃鋼船舶瘟疫”。我們發現并通過這篇文章指出,滲透作用是造成表層鼓泡的主要原因?,F在,玻璃鋼船舶制造商們可以使用更加合適的材料來減少滲透作用的發生,從而減少鼓泡現象。
    在二十世紀七十年代和八十年代初,AMOCO公司-作為間苯二甲酸和聚酯原料的供應商做了很多卓有成效的工作。他們通過TURTLE BOX測試得出:除膠衣的產品質量外,結構層樹脂在膠衣鼓泡現象中也起到相當重要的作用。
    在KINGSTON Polytechnic大學,Pritchard教授領導的實驗工作對玻璃鋼積層中水的滲透速度以及鼓泡層中的分解產物進行了詳盡的分析研究,確定了不同材質對滲透壓的影響。
    在美國,尤其是American Colours(美國顏料公司),他們通過65℃下的完全浸泡實驗,得到了很多與鼓泡相關的數據,不過他們的研究表明顏料對鼓泡的作用并不是非常顯著。
    The British Plastics Federation(英國塑料協會)仔細回顧了有關滲透鼓泡方面的相關課題,并撥款在Loughborough大學成立了一個專門的研究小組,專門研究鼓泡形成的機理。他們通過40℃下的完全浸泡實驗對有膠衣層的玻璃鋼積層樹脂的水解穩定性和應力因素進行了分析研究。
    概括這些正在進行和已經完成的課題,我們總結出影響膠衣產生鼓泡的一些主要因素:
1 操作工藝
    其中操作工藝是非常重要的環節。將成型加工和原料貯存的環境控制在規定的溫度和濕度下是很關鍵的。溫度在16℃到22℃,相對濕度低于80%是保證樹脂充分固化的佳條件。玻璃纖維會吸收水分從而影響材料間的結合力并終影響到樹脂的固化,從而容易引起膠衣層鼓泡。在我國并不普及除濕設備,但在一些歐洲的造船廠,特別是在航天工業中,常常使用這些設備。
    我們研究了水份對鼓泡所起的影響。實驗結果顯示,在有水存在的情況下,鼓泡發生時間從600小時驟減到少于100小時,這樣的效果是讓人震驚的,我們應在生產過程中對水份和濕度的控制多加重視。
2 膠衣的質量和厚度
    控制膠衣的厚度是生產玻璃鋼制品的關鍵部分,這是我們特別要強調的。膠衣制作的好壞體現在它的抗水解性和致密程度(無空隙)這兩個方面,因此如何正確地施工是非常重要的。
    可以使用QCT(冷凝測試儀),在60℃水溫下,進行鼓泡評估,得到了不同膠衣板鼓泡程度的真實數據。例如,在采用同一標準鄰苯積層樹脂,通過改變間苯膠衣的質量,發現不同膠衣所制作的玻璃鋼板發生鼓泡的時間有著顯著的差異。
  在相同條件下,標準質量的間苯膠衣70小時就發生鼓泡現象,而與此同時,專門設計的航海級膠衣可以抗500個小時。
    對于膠衣厚度的研究表明厚度對膠衣的抗鼓泡性起著重要的作用。比如一種航海級的間苯膠衣,采用鄰苯積層樹脂制成的玻璃鋼樣板,如果膠衣層厚度為0.254毫米,發生鼓泡的時間為350小時,但如果膠衣層厚度增加為1毫米,則發生鼓泡的時間就增加到1500小時。顯而易見,如果膠衣厚度太薄,整個產品的性能將會大大的降低。因此,這是影響產品抗鼓泡性的重要的因素之一,并且是生產工藝中所要控制的重要的環節,好在我們可以使用很便宜的測厚儀就可以很方便地測量并控制好膠衣的厚度。
3 積層樹脂
    因為鼓泡總是發生在積層或積層和膠衣的界面上,積層樹脂的型號和質量也是很重要的因素。
    不飽和樹脂的原料,例如鄰苯二甲酸酐,間苯二甲酸,間苯二甲酸/新戊二醇都是大家非常熟悉的名字。眾所周知,間苯的抗水性要強于鄰苯,間苯/NPG體系的抗水解性好。但是傳統的認識并不都是真理,例如對于好的鄰苯產品與差的間苯產品并不能輕易下結論,因此,對造船者來說,他必須考慮到并測試各種不同的參數,包括不同類的膠衣樹脂和積層樹脂,才能對產品的質量進行全面的控制。
    對于在水解穩定性和耐海水鹽蝕性沒有達到佳水準的產品,廠家可以使用間苯樹脂和膠衣,好采用航海級的產品。
    采用不同類的積層樹脂也會對復合材料的抗鼓泡性能產生重要影響。采用同樣品質    大多數氈片的性能都差不多,但好的粉末粘結劑型短切氈還是要比差的乳液粘結劑型短切氈好2~3倍,但我們還很難僅僅憑借其粘結劑的類型來判定氈片的好壞;無論對粉末型還是乳液型氈片來說,單纖維總是以一種熔液的形態按一定的形狀固化成為不同溶解度的纖維絲束的。一般來說,使用粉末狀的粘結劑比乳液型有更好的效果。通過一次性的測試,雙面各只有一層粉末粘結劑型短切氈增強的強芯氈仍然比乳液型的氈片具有更好的效果。不過,如果增加一層粗方格布將會使出現鼓泡的時間大大地延長。在一次性測試中,基于KEVLAR粗紗為增強材料的復合材料可以耐3000小時而不鼓泡,這顯然是纖維束中好的材料。
    使用一層表面氈可以使抗滲透能力成倍地增加。我們對玻璃薄氈和合成材料薄氈進行測試和檢查,發現兩者之間對表層出現鼓泡時間的影響沒有太大的差別,雖然合成材料薄氈具有更佳的性能。然而有表面氈的試板抗滲透的能力要明顯強于那些沒有表面氈的試板。
    另一方面,我們研究了玻璃纖維氈片的不良結合對產品的影響以及大量內藏空氣是否對產品質量有嚴重危害。結果表明,以上兩點都在一定程度上減低了產品抗滲透能力,因此在成型過程中始終要保證高水平的品質控制。
5 添加劑
    添加劑是一個非常廣泛的定義,包括很多方面,例如催化劑的效果和類型,顏料以及填料等。
    我們前面提到過American Colours公司進行的研究表明顏料對鼓泡性的影響是微不足道的,但是他們的研究是基于固體顏料直接添加到膠衣樹脂中的。一種更為普及的實驗方法是將顏料以顏料糊的形式按10%和2%的配比加入至膠衣和積層樹脂中的,結果顯示后者發生鼓泡的時間明顯較前者短,并且對不同的體系,有著明顯的差別。例如,在實驗中一種藍色顏料只產生很小甚至不起任何作用,可另一種黑色顏料卻能產生很大的影響。這更加提醒我們的船舶制造商們需要對可能導致船舶鼓泡現象的各種因素進行全面的測試。
    我們得到的結果與American Colours得到的一定范圍內顏料對鼓泡時間沒有明顯影響的結論有很大的沖突。其中的一個主要區別就是在美國的研究中,固體粉末是被碾磨后直接加入膠衣體系的?,F在 Freeman正在對顏料碾磨進行更深入的研究和實驗。
    過氧化物催化劑是體系中另一種重要物質,并同樣對鼓泡有著一定的作用。法國曾經就有這么一個很有名的案例,嚴重鼓泡的原因終追溯到不經意地將催化劑載體由鄰苯二甲酸酯類增塑劑換成了二甘醇(DEG)。這起事故再次提醒船舶制造者們必須對生產過程中每一個細節都進行全面控制和檢測。
    通過QCT實驗,我們發現在膠衣和基體樹脂中使用過低劑量的催化劑會使發生鼓泡現象的時間縮短。
    我們還試驗了丙酮對鼓泡現象的影響。丙酮是FRP生產車間里普遍的清洗用溶劑,通常我們在涂布膠衣層之前對模具表面進行清洗。在實驗中,我們在涂層中加入5%的丙酮,無可否認,這個劑量是相當高的,但在實際生產中,我們并不排除在一定的局部(例如零散的滴聚點)能達到這樣的當量。結果表明丙酮的存在對復合材料抗鼓泡能力有明顯的不良影響。這點也充分說明了不能用丙酮稀釋膠衣。
    綜上所述,引起復合材料因滲透作用而發生鼓泡的因素是多種多樣的,同時它們就象一條鏈條上的相互關聯的各個環節,薄弱的那個環節限制整根鏈條的強度品質。在諸多這些環節中,我們先要重視良好的操作施工水平,這是影響產品抗滲透鼓泡能力的主要環節。結合不牢固,氣泡空隙,溶液污染和潮濕的玻璃纖維,都會對復合材料終抗鼓泡性能產生嚴重影響。其次,膠衣層的質量和厚度都會對終的抗滲透性產生很大的影響。第三,添加劑(固化劑,顏料等)的型號,性質以及用量不當,都會大大降低材料抗鼓泡的能力,縮短發生鼓泡的時間。第四,增強膠衣用的積層基體樹脂質量也有相當的影響。后,同樣也是很重要的是,增強材料的型號,質量以及編織方式對抗鼓泡的性能有著重要的影響。
    以上所提到的各種因素大多可以通過非常方便快捷,可靠便宜的測試方法進行監控和預測。船舶制造商們可以方便而且切實可行地運用全面質量控制的方法和手段來控制自己的生產和產品。在澳大利亞,造船者們對每一條船,每一次與鼓泡性能有關的原材料改變都做了嚴格的檢測,在英國這也成為一項切實可行的建議并得到大多數人的支持。這也使船舶使用者有了更加放心的選擇。采用優良的能更好地抗滲透鼓泡的原材料的船舶在國外很受歡迎,雖然它們的價格要高出很多。相反,如果你不進行嚴格的測試和控制,就可能出現問題。檢測能使我們把更好的原材料與劣質的材料區別開來,為真正的全面質量控制的實現奠定堅實的基礎,終通過卓越的FRP控制體系使我們的終產品真正發揮出100%的零返修零維護的水平。