玻璃鋼船舶樹脂真空導入技術分析
玻璃鋼是20世紀60年代后期船舶制造的一種新型的復合材料，具有質量輕、強度高、耐腐蝕、可塑性強的特點。經過數十年的發展，玻璃鋼材料已在中小型船艇建造上得到了大量應用，尤其是近年來在游艇、高速艇和旅游客船上得到了廣泛的使用。本文著重介紹玻璃鋼船舶建造成型的新工藝——樹脂真空導人法。
1 工藝技術介紹
樹脂真空導人法是在剛性模具上預先鋪敷增強纖維材料，然后鋪真空袋，并抽除體系中的真空，在模具型腔中形成一個負壓，利用真空產生的壓力把不飽和樹脂通過預鋪的管路吸人纖維層中，讓樹脂浸潤纖維材料，后充滿整個模具，固化后揭去真空袋材料，從模具中脫模得到所需的產品。其工藝剖面下圖所示。
真空導人工藝采用在單面剛性模具內建立一個閉合系統，是一種新型的大尺寸船艇成型建造技術。該工藝在1950年出現了記錄，直到近幾年才引入國內，并得到了發展。由于這種工藝是從國外引入，在命名上亦有多種稱呼，如真空導人、真空灌注、真空注射等。
2 工藝技術原理
真空導人工藝是基于1855年法國水力學家達西創立的水力學理論，即著名的達西定律：t=2hl／(2k(AP))；式中：t為樹脂導人時間，由4個參數來決定；h為樹脂粘度，指導人樹脂的粘度；z為導人長度，指樹脂進料口與出料口之間的距離；AP為壓力差，指真空袋內外的壓力差值；k為滲透性，指玻纖、夾心材料等對樹脂浸潤的參數。由達西定律可知：真空導人工藝樹脂導入時間與樹脂導人的長度和粘度成正比，與真空袋內外的壓力差值和纖維材料的滲透性成反比。
3 工藝技術流程
具體工藝技術流程如下。
步：開工準備工作
先按照船舶型線、尺寸制作鋼質或木質模具，模具內表面處理必須保證要有較高的硬度和較高的光澤，并且模具邊緣至少保留15cm，便于密封條和管路的鋪設。在對模具進行清理后，涂敷脫模材料，可以打脫模蠟或抹脫模水。
第二步：施涂船體膠衣
根據船舶生產制作的要求，在模具內表面涂布含催化劑／催進劑的膠衣樹脂，可以用產品膠衣或打磨膠衣，選用類型有鄰苯、間苯和乙烯基?？刹捎檬炙⒑蛧娡康姆椒ㄟM行施工。
第三步：鋪敷增強材料
先按照船體線型和基本結構，分別裁制增強材料和骨架芯材，然后按照鋪層圖和成型工藝在模具內進行鋪設。鋪敷時，必須充分考慮增強材料的材質和連接方式對樹脂流速的影響。
第四步：鋪敷真空輔材
在模具內鋪敷好的增強材料上，先鋪上脫模布，接著是導流布，后是真空袋，利用密封條進行壓實封閉。在合上真空袋之前，要仔細考慮樹脂和抽真空管路的走向。
第五步：抽除袋內真空
在模具內完成以上材料的鋪設后，夾緊管系上各樹脂導入進管，利用真空泵對整個體系抽真空，盡量把體系中空氣抽空，并檢查整體的氣密性，對漏氣的地方進行局部修補。
第六步：調配樹脂比例
袋內真空達到一定要求后，根據環境條件、制品厚度、鋪敷面積等來將樹脂、固化劑及其他主機按一定比例進行調配。調配好的樹脂液要兼顧有適當的粘度、合適的凝膠時間和預期要求的固化度。
第七步：模具導人樹脂
把調配好的樹脂導人壓力泵，經充分攪拌排除樹脂內氣泡，再根據導人順序依次打開夾子，并通過不斷的調整泵人壓力實施樹脂導人，達到有效控制船舶艇體的厚度。
第八步：固化脫模舾裝
在樹脂導人竣工后，船體應在模具中擱置一段時間讓樹脂固化，一般不低于24 h，在其巴柯爾硬度大于或等于40后方可脫模。脫模后，應采取必要的措施予以支撐，避免產生變形。徹底固化后，開始艇體合攏及舾裝。
4 工藝技術優缺點分析
A、工藝技術的優點
真空導人法作為一種新型的玻璃鋼船船舶建造成型工藝，較傳統手工糊制工藝具有很大的優勢。
A1 船體結構強度得到有效提高
真空導人工藝在施工時可同時鋪敷成形船舶的艇體、加強筋、夾芯結構及其他嵌件，因而大大提高了產品的整體性，船舶整體結構強度得到很大的提高。在同樣原材料的情況下，與手工糊制的船體相比，樹脂真空導人工藝成型船體的強度、剛度及其他的物理特性可提高30％ 一50％以上，比較契合現代玻璃鋼船舶的大型化發展趨勢
A2 船舶艇體重量得到有效控制
真空導人工藝生產的玻璃鋼船舶纖維含量高、孔隙率低、產品性能高，尤其是層間強度的提高，大大提高了船體的抗疲勞性能。在強度或剛度要求相同的情況下，采用真空導入法建造的船舶可有效地減輕結構重量。當采用同樣鋪層設計時，較手工糊制工藝樹脂用量減少30％ ，浪費少，樹脂損耗率低于5％ 。
A3 船舶產品質量得到有效控制
真空導人工藝較手工糊制，船舶質量受操作人員影響小，不論是一艘船還是一批次船都存在高度的一致性。船舶的增強纖維用量在注入樹脂前已按規定的量放人模具中，樹脂比也相對恒定，一般為30％ ～45％ ，而手工糊制船體的樹脂含量一般為50％ 一70％ ，因此船舶的均勻性和重復性比手糊工藝要好得多。同時該工藝生產的船舶的精度也優于手糊船舶，船體表面的平整度好，減少了打磨和涂漆工序的人工和材料。
A4 工廠生產環境得到有效改善
真空導人工藝是一種閉模工藝，整個施工過程中產生的揮發性有機物和有毒空氣污染物均被局限于真空袋中。僅在真空泵排氣(可過濾)和樹脂調配時有微量的揮發物，較傳統手工糊制的開敞式工作環境，現場施工環境得到大大改善，有效地保障了相關現場施工人員的身心健康。
B、工藝技術的缺點
B1 施工工藝較為復雜
真空導人工藝不同于傳統手糊工藝，需要按照圖紙詳細設計好纖維材料的鋪層圖、導流管系布置圖和建造施工流程，在樹脂導人前必須完成增強材料的鋪敷和導流介質、導流管、真空密封材料的鋪設。因此對于小尺寸船舶來講，其施工時間反而超過手糊工藝。
B2 生產成本較為偏高
真空導人工藝對纖維材料的滲透性要求較高，多采用連續氈、單向布，單位成本高。同時在建造施工過程中需要使用到真空泵、真空袋膜、導流介質、脫模布及導流管等輔助材料，且大多為一次性使用，所以生產成本比手糊工藝要高。但產品越大，這個差別就會越小。
B3 工藝存在一定風險
真空導人工藝自身特點決定了船舶建造的一次性成型，對樹脂導入前工作要求很高，必須嚴格按照施工工藝有步驟的實施，在開始樹脂導入后過程就不可逆轉，一旦在樹脂灌注中失敗，整個船體就容易報廢。目前一般船廠為了施工方便和降低風險，一般企業采用船舶艇體和骨架分兩階段真空成型。
5 結語
真空導人工藝作為一種新型的玻璃鋼船舶的成型建造技術，有其許多優點，特別在建造主尺度較大、航速較高、強度較強的船舶方面，有其不可替代的作用。隨著真空樹脂導入施工工藝的不斷改進和原材料成本的降低，以及日益增長的社會需求，玻璃鋼船舶建造會逐步向機械成型工藝過渡，樹脂真空導人法勢必將在更多的工廠得到廣泛應用。
