幾十年來(lái),復(fù)合材料船艇制造的基本方法,尤其是量產(chǎn)的休閑船艇,一直都是在單面模具或開(kāi)式模具上用聚酯和乙烯基制樹(shù)脂以及玻纖/芳綸纖維進(jìn)行手糊和噴涂。聚合物膠衣和表皮形成一種層壓材料以保護(hù)表面質(zhì)量。
盡管開(kāi)式成型工藝在人力和加工成本方面具有優(yōu)勢(shì),但是該工藝的操作環(huán)境比較臟亂,因此受到許多限制,因?yàn)楝F(xiàn)在許多都制定了嚴(yán)格的健康和安全規(guī)范,包括溶劑釋排放和會(huì)在空氣傳播的纖維粒子的控制。許多閉模工藝從船艇制造的早期就已被重新改進(jìn),以解決上述問(wèn)題,而且還能使復(fù)合材料部件的重量大大減輕。這些工藝由于具體操作方式的不同有著顯著的差異,例如樹(shù)脂以何種方式進(jìn)入兩片閉合模具之間的腔體,進(jìn)入時(shí)的溫度和壓力。閉模工藝主要包括樹(shù)脂傳遞成型(RTM)、輕型RTM、真空輔助RTM(VARTM)、真空樹(shù)脂浸漬成型(VRIM)、真空浸漬工藝(VIP)、閉腔真空袋成型(CCBM)和Seeman復(fù)合材料樹(shù)脂浸漬成型工藝(SCRIMP)。
美國(guó)緬因州Brunswick的一家復(fù)合材料研發(fā)和制造公司的總裁Andre Cocquyt是GRP方面的專家,也是美國(guó)復(fù)合材料制造協(xié)會(huì)(ACMA)在真空浸漬工藝方面的顧問(wèn),他明確說(shuō)明可他的觀點(diǎn):船艇行業(yè)從開(kāi)模到閉模工藝的變化實(shí)質(zhì)上都跟壓力有關(guān)。
“如果只采用負(fù)壓力,那就是VIP工藝。”他說(shuō),“如果只使用正壓力,那就是RTM;如果將正負(fù)壓力結(jié)合起來(lái),那就是輕型RTM(LTRM);SCRIMP是一種的VIP工藝;VARTM工藝有兩種:在樹(shù)脂上增加壓力就像將加料桶舉到填料區(qū)產(chǎn)生虹吸壓力一樣簡(jiǎn)單,或者使用機(jī)械泵給樹(shù)脂的進(jìn)入增加輕微的正壓力。CCBM就是用一種特殊的真空袋反復(fù)抽真空。”
Cocquyt在其職業(yè)生涯中,曾參與過(guò)北海捕魚船和賽艇的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的制造,現(xiàn)在其客戶名單里至少有20家船艇制造商。
“許多造船廠使用的大多是這幾種閉模工藝,因?yàn)槊恳环N工藝在產(chǎn)品類型、形狀、尺寸和部件數(shù)量方面都具有一定的優(yōu)勢(shì)。”他指出。
他還認(rèn)為閉模工藝沒(méi)有重大的技術(shù)壁壘,“盡管關(guān)于成本可能有些錯(cuò)誤的概念。傳統(tǒng)的開(kāi)模工藝加工商可能認(rèn)為浸漬過(guò)程所需的耗材(樹(shù)脂處理線、真空袋和密封材料)都是額外的花費(fèi),但是認(rèn)真了解過(guò)根本的底線后,我認(rèn)為這些材料將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。”
他就這一事實(shí)給出了證據(jù):“大多或所有在經(jīng)濟(jì)衰退之前就采用閉模工藝的客戶,都已經(jīng)很順利的度過(guò)難關(guān),現(xiàn)在遠(yuǎn)遠(yuǎn)于其他公司。他們擁有新的生產(chǎn)模式和更高效的生產(chǎn)技術(shù),并用回以前的員工,開(kāi)始承接大量的訂單。”
閉模工藝正成為船艇制造行業(yè)的主流工藝,這一點(diǎn)也是Scott Lewit職業(yè)生涯的重心。作為美國(guó)佛羅里達(dá)州West Melbourne地區(qū)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料公司(Structural Composites)的總裁,他研究VARTM工藝已達(dá)30年之久,30年前,他創(chuàng)立了公司,并開(kāi)始與美國(guó)海軍開(kāi)展業(yè)務(wù)往來(lái)。
“盡管閉模工藝的使用正在增多,但大多數(shù)船艇仍然是采用手糊/噴涂方法建造的。”他說(shuō),“超過(guò)35英尺的大型船艇越來(lái)越多的采用樹(shù)脂浸漬工藝,因?yàn)槠涑杀靖汀?8英尺以下的小型船艇正慢慢的轉(zhuǎn)用VARTM工藝,但是過(guò)去我們并沒(méi)有看到總體數(shù)量上的增長(zhǎng)。”
Lewit繼續(xù)說(shuō)到:“加工工藝的選擇與部件非常相關(guān)。浸漬工藝適合大型部件,例如船身和甲板,或者需要高纖維含量的部件。RTM可能非常適合小型的大量生產(chǎn)的部件,而VARTM以及LRTM、VIP和CCMB工藝適用于中等產(chǎn)量的中小型部件,而且生產(chǎn)出來(lái)的部件表面兩側(cè)都比較美觀。這些工藝所帶來(lái)的負(fù)面影響可能就是設(shè)計(jì)上的變化,這可能會(huì)導(dǎo)致模具的重大改變。”
結(jié)構(gòu)復(fù)合材料公司(Structural Composites)目前正在建造一種輕型戰(zhàn)艦(7.8米和11米),這是美國(guó)海軍資助的一項(xiàng)”小型公司創(chuàng)新研究(SBIR)”項(xiàng)目的二期和三期工程的一部分。
“浸漬工藝可以達(dá)到海軍要求的可重復(fù)性和層壓質(zhì)量。”Lewit解釋說(shuō),“采用創(chuàng)新的浸漬工藝設(shè)計(jì),我們將結(jié)構(gòu)重量減輕了40%,而且不需要所謂的高級(jí)纖維。我們所做的工作還包括開(kāi)發(fā)新的涂層系統(tǒng)以取代膠衣。我們正在開(kāi)發(fā)一系列新的涂層配方,這些產(chǎn)品可以使我們將延伸率從2%提升到100%。”(延伸率指抵抗表面微裂紋和吸濕性的彈性性能表現(xiàn)。)

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