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海運(yùn)領(lǐng)域發(fā)展的業(yè)務(wù)之一是越來越多地使用新一代閉模成型工藝與先進(jìn)環(huán)氧樹脂來生產(chǎn)船體結(jié)構(gòu)。灌注環(huán)氧樹脂體現(xiàn)了船只的質(zhì)量及顯著提高的性能，同時(shí)還消除了揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）的排放，以滿足美國和歐盟的官方標(biāo)準(zhǔn)。
歷史上，制造商生產(chǎn)船只，采用濕法/ 手糊成型法建成一個(gè)樹脂/ 織物層合板?；蛘卟捎幂^高成本的預(yù)浸漬織物來生產(chǎn)復(fù)合材料船體的制造方法，該方法生產(chǎn)的船體質(zhì)量更高、更一致，并且減少了浪費(fèi)、雜亂和所需的勞力。
船只制造方法通常都基于聚酯纖維（PE）和乙烯基酯（VE）樹脂來生產(chǎn)層合板船只結(jié)構(gòu)。這種材料耐水性較強(qiáng)，易于使用，且固化時(shí)間短。但是聚酯纖維和乙烯基酯的收縮率較高，有7-10%，會(huì)產(chǎn)生討厭的織物“透印”，引起外觀瑕疵。聚酯纖維和乙烯基酯樹脂系統(tǒng)的苯乙烯含量都較高，需要特殊的通風(fēng)系統(tǒng)，以減少工人接觸。
灌注環(huán)氧樹脂
今天，基于灌注工藝和環(huán)氧樹脂使用性能這兩方面的優(yōu)勢，生產(chǎn)廠家用以建造改善水動(dòng)力性能和速度的輕量船，以及等級(jí)A級(jí)、即使是黑色船體，表面光潔度也無瑕疵的船體。這種新的工藝為建造比以往任何時(shí)候更大體積、更高品質(zhì)的船只創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。而且此外，采用這種工藝可以改善工作場所的清潔，并且減少揮發(fā)性有機(jī)化合物排放。
灌注風(fēng)力葉片和航空航天領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)有助于推動(dòng)在海洋產(chǎn)業(yè)這一新的發(fā)展趨勢。設(shè)計(jì)工程師增加織物成分，以及實(shí)現(xiàn)對(duì)樹脂流動(dòng)和灌注速度更好的控制的能力，對(duì)船只建造業(yè)來說有著極大的好處。此外，如亨斯邁公司等環(huán)氧樹脂制造商，制備灌注用的新型樹脂，代表了相對(duì)傳統(tǒng)的聚酯纖維和乙烯基酯樹脂，其有著顯著的改善。這些環(huán)氧樹脂系統(tǒng)具有更低的粘度和更長的使用周期，經(jīng)由多點(diǎn)噴射線沿著很長一部分以易于灌注。此外，環(huán)氧樹脂固化可能比以前放熱效應(yīng)更低，而且在較低溫度下，不需要使用高壓釜就能進(jìn)行固化。該樹脂具有良好的膠粘劑性能，能很好地膠接在增強(qiáng)結(jié)構(gòu)中所用的膠衣、芯材和織物上。
環(huán)氧樹脂，作為一類材料，比聚酯纖維和乙烯基酯（PE和VE）結(jié)實(shí)20%到30%，具有較高的延伸率、抗拉強(qiáng)度和模量/剛度性能。因此，在不影響強(qiáng)度或性能的情況下，船只制造者可以減少用于船體的層合板層數(shù)。減少的層數(shù)減輕了整個(gè)結(jié)構(gòu)的重量，使船體擁有更快的速度，而且減少了燃料消耗。此外，由于環(huán)氧樹脂具有<2%的固化收縮率，它們可以直接從模具中生產(chǎn)出非常光滑的表面。這顯著地減少了通常需要對(duì)船體進(jìn)行的勞動(dòng)密集型二次加工。
Scout Boat 公司新的LXF420 豪華運(yùn)動(dòng)型漁船的船體，采用高性能的亨斯邁先進(jìn)材料公司的環(huán)氧樹脂灌注。
環(huán)氧樹脂也具有改善的抗疲勞性能和抗微裂紋性能。隨著時(shí)間的推移，這些性質(zhì)提高了船體的耐用性，而且船體即使暴露在鹽水中和紫外光下，外部也擁有良好的表面光潔度。環(huán)氧樹脂還經(jīng)受得起滲透性重量增加，因?yàn)榇w層壓板吸收了水分，這會(huì)降低船只的速度。
多年來，雖然灌注工藝一直越來越受歡迎，而且在需要的應(yīng)用中使用環(huán)氧樹脂，其性能優(yōu)勢是公認(rèn)的，但在海洋產(chǎn)業(yè)中使用灌注環(huán)氧樹脂才剛剛新興起來。船只制造商在評(píng)估新方法和材料的優(yōu)勢時(shí)，可以預(yù)期其在改善船體的質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的更好控制和生產(chǎn)能力更經(jīng)濟(jì)有效等方面的好處。
Scout公司環(huán)氧樹脂灌注新的42英尺長的運(yùn)動(dòng)漁船
新工藝減輕了重量，提高了水動(dòng)力性能，改善了黑色船體的外表面。
在2015年春天，Scout Boats, Inc.（位于美國南卡羅來納州的薩默維爾）推出了新的42英尺長的豪華運(yùn)動(dòng)型漁船，船隊(duì)中大的型號(hào)，420LXF，這是近三年來其內(nèi)部研究和開發(fā)的產(chǎn)品，旨在將漁船的性能與美學(xué)相融合，設(shè)計(jì)出高端的中心控制臺(tái)巡洋艦。該漁船的創(chuàng)新設(shè)計(jì)之處是其光滑、能夠達(dá)到鏡面拋光度的黑色船體。
在真空袋中，固化環(huán)氧樹脂灌注的420 LXF 船體。
Scout Boats公司的老板Steve Potts解釋說：“我們建造了新的420 LXF型號(hào)，以滿足并超越客戶對(duì)我們的期望，使其成為真正新一代的船”。作為這項(xiàng)成果的一部分，Scout Boats 公司將傳統(tǒng)的聚酯纖維（PE）和乙烯基酯（VE）樹脂開模成型生產(chǎn)船體改成環(huán)氧樹脂灌注閉模成型生產(chǎn)船體。先進(jìn)環(huán)氧樹脂系統(tǒng)生產(chǎn)出剛度更高、強(qiáng)度更高、重量更輕、以及改進(jìn)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，水動(dòng)力性能，更高的速度和更好的節(jié)約燃料的船體。此外，低收縮環(huán)氧樹脂生產(chǎn)出等級(jí)A級(jí)、無瑕疵、黑色的船體表面，比傳統(tǒng)的深色聚酯纖維船只需要的保養(yǎng)更少。
當(dāng)Scout公司管理層開始考慮使用灌注工藝加工新船體時(shí)，他們號(hào)召Composites One公司（位于美國密蘇里州阿靈頓海茨），一家復(fù)合材料零部件制造原材料的供應(yīng)商，為Scout公司的內(nèi)部設(shè)計(jì)工程師提供指導(dǎo)。隨著項(xiàng)目的繼續(xù)，Composites One公司也將培養(yǎng)Scout公司構(gòu)建團(tuán)隊(duì)，開發(fā)一個(gè)真空密封的法蘭工具，在一個(gè)封閉的模具中灌注樹脂。
他們建立了一個(gè)試驗(yàn)程序，使用由亨斯邁先進(jìn)材料公司提供的聚酯纖維、乙烯基酯以及環(huán)氧樹脂，灌注一條小船的深色硬頂。目標(biāo)是：比較每種材料的使用和固化性能。
Composites One公司420 LXF項(xiàng)目的技術(shù)支持經(jīng)理Corbett Leach說：“這個(gè)項(xiàng)目大的一個(gè)挑戰(zhàn)是生產(chǎn)黑色的船體，因?yàn)楹谏拇w很容易看到瑕疵。使用聚酯纖維樹脂建造船體往往需要額外添加印染阻滯劑和阻擋層以防止表面變形和瑕疵。此外，建造完成的船體通常需要費(fèi)時(shí)的二次返工和再精制”。420 LXF環(huán)氧樹脂灌注的黑色船體在脫模后，需要非常少的二次加工——如果真需要的話——從而顯著地減少了勞動(dòng)時(shí)間，加快了總體的生產(chǎn)速度。因此決定使用環(huán)氧樹脂來生產(chǎn)新的LXF420船體。
船體的生產(chǎn)
Scout公司開發(fā)了采用乙烯基酯/玻璃纖維/芯材夾層結(jié)構(gòu)的真空密閉模具來生產(chǎn)新船體。為了建造船體，Scout公司構(gòu)建團(tuán)隊(duì)和Composites One公司以聚酯纖維膠衣開始，背面是纖維填充乙烯基酯表層。打磨表層后，放置根據(jù)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的層合板方向預(yù)切割的多層干燥的玻璃纖維。將重量輕、硬質(zhì)泡沫芯材夾在玻璃纖維層合板層與層之間。接著，將增粘粘合劑噴射到所有層，使其固定到適當(dāng)?shù)奈恢?，直至灌注環(huán)氧樹脂。為了優(yōu)化灌注工藝，放置了一層背面是外部流體的剝離層。
準(zhǔn)備灌注時(shí)，工程安裝了一次性真空袋，緊緊固定到模具法蘭以防止漏氣。然后根據(jù)船體將要灌注的區(qū)域，加入一系列已數(shù)字編碼的樹脂灌注線。
將環(huán)氧樹脂和固化劑混合，并使用高輸送MVP Patriot泵灌注。為專門用于大型部件而設(shè)計(jì)的高性能的樹脂系統(tǒng)，具有水一樣的粘度，可以使樹脂流遍層合板。這樣可以確保完全潤濕增強(qiáng)織物，甚至在階梯式船體的切口的部分，也沒有樹脂貧區(qū)。灌注后，在室溫下將環(huán)氧樹脂固化，然后在帶有電熱毯的帆布下保持160° F的溫度、八小時(shí)進(jìn)行后固化。
Corbett解釋說：“亨斯邁公司新的先進(jìn)環(huán)氧樹脂后固化溫度可能比以前低。淺色部分甚至可以在室溫下固化，并且仍然能夠?qū)崿F(xiàn)高品質(zhì)。其結(jié)果是，工藝控制大化而能源成本小化”。
隨著經(jīng)驗(yàn)的積累，構(gòu)建團(tuán)隊(duì)能夠減少所需的灌注線的數(shù)量，并且將灌注時(shí)間從1到1個(gè)半小時(shí)縮短到45分鐘。他們還開發(fā)了閉模灌注成型，比以前采用的開模成型工藝更快。目前，Scout公司生產(chǎn)一個(gè)船體的時(shí)間在不到一個(gè)星期內(nèi)，完成一個(gè)船只的時(shí)間在3至3個(gè)半周。
Potts補(bǔ)充道：“灌注工藝更進(jìn)一步的好處是，它比開模成型更加清潔，產(chǎn)生的浪費(fèi)更少并且減少了揮發(fā)性有機(jī)化合物的排放。環(huán)境的潔凈改變了員工的整個(gè)心態(tài)”。
基于Scout公司新的420 LXF船體中環(huán)氧樹脂的出色性能，公司已計(jì)劃通過灌注來建造新的35英尺和32英尺的豪華漁船。而在過去，環(huán)氧樹脂灌注工藝常常被船只制造者用于單船體項(xiàng)目，Scout公司引領(lǐng)著海洋產(chǎn)業(yè)才用灌注來連續(xù)地生產(chǎn)船只。
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