發現者游艇的灌注成型質量 zund S3-1600-紡織pos架台中切割加工－黃國伸焦點新聞熱搜

自由撰稿人George Marsh調查了復合材料船艇生產企業如發現者游艇公司等將濕法層積工藝改成浸漬成型工藝的原因。

很多纖維增強塑料船艇生產企業正積極將傳統手工濕法層積技術改成更加易于控制的、環境友好的工藝。他們發現樹脂灌注成型技術是個非常不錯的選擇。預浸料（或半預浸工藝如SPRINT/Zpreg）工藝路線是一種高技術方法，需要大量的資金投入，其投入不低于加熱模具和固化爐所需的資金。

英國南安普敦的March-wood發現者游艇公司是采用這種浸漬技術的廠家之一。這家公司新生產的具有很多功能的巡邏游艇是去年在南安普敦船舶展覽上亮相的發現者57。這種由Ron Holland和Ken Freivokh設計的、令人印象深刻、長17.5m的游艇大量采用了樹脂灌注成型工藝。

正如常務董事Nigel Stuart近期在接受《增強塑料》采訪時所說，這種改變的動因是為了控制結構部件的重量。

“性能是我們游艇的關鍵屬性”，Stuart說，“因此重量對于我們來說非常重要。通過精確計算灌注過程，可以使我們的產品與采用傳統濕法層積法成型的產品相比，重量減少半噸。”
通過對初始投資分析表明，采用灌注成型的初始投資為20,000英鎊，少于預浸料工藝。且可以帶來良好的生產環境――干凈、干燥，環境溫度處于16°C～25°C，且與預浸料工藝需要加熱模具和大型固化爐相比，制作鋼架GRP初級模具相對容易，成本也比較低。

另一方面，為了得到高質量的表面效果，發現者游艇需要在表面涂裝膠衣層。這對于灌注成型工藝來說和手工濕法成型工藝一樣簡單。此外還需要一種既適合用于生產船體和其他關鍵部件所用的乙烯基酯樹脂，也適合用于窗框周圍的不飽和聚酯樹脂的工藝。

關于乙烯基酯樹脂的特性，Stuart介紹說：“不飽和聚酯樹脂強度不夠。因此，為了達到設計強度，需要使用更多的增強玻璃纖維，這會導致層板厚度的增加、固化放熱時熱量的聚集，并增加重量。我們也考慮過使用環氧樹脂，但是鑒于成本和工藝的相容性，現階段還是不會采用。”

灌注成型的另一個好處就是可以使用不同材料一次成型多層結構制品。以發現者57為例，其主要采用的是E玻璃纖維增強乙烯基酯樹脂，同時還在船體前部使用了凱夫拉芳綸纖維以提高抗沖擊性能，并在局部采用碳纖維增加強度。船身為夾芯結構，也采用了結構泡沫作為芯材。

生產時間表
關于灌注成型有爭議的地方在于，為了確保所有的增強材料被充分浸漬，在操作中必須非常仔細。如果出現大型氣泡或未充分浸漬區域，就會導致大型部件的報廢，這將是非常昂貴而痛苦的事情。為了避免這種情況的出現，整個團隊必須進行多次實驗，并在1/4尺寸的船體上進行確認。還要對導流網和材料鋪放、樹脂導流管和注射口的設置進行多次實驗。

生產工藝確定以后，下一步就是根據事先認真制定的時間表制作船體。船體的生產周期為5天，即一個工作周。這個周期對于小批量生產來說足夠了。
天，在陰模上涂覆膠衣，并成型膠衣增強層；
第二天，鋪放外層干的增強布；
第三天，鋪放預縫制的泡沫芯材，泡沫上事先進行了開槽，以供樹脂流動時所用。
第四天，成型里層，然后安放真空袋和其他輔助材料。帶有端口的樹脂導流管通常以400mm的間隔安放，但是在關鍵部位，如邊緣、拐角處就要密集一些，以防止空氣富集。
第五天，一般是星期五，進行樹脂導入。樹脂要進行預熱。為了去除層間的空氣，一開始采用大功率真空泵，到后期可以改為常規真空泵。由于在開發階段進行了實驗和模擬，樹脂通常會均勻向前推進，并逐步浸透整個船體。關鍵的是要調整好樹脂的狀態和參數。樹脂裝在帶加熱套的密封罐中，并通過樹脂泵輸送。要采用高級樹脂注射槍以確保樹脂可以順利進入增強材料。

經過長達一周的生產作業后，并不需要急于將成型的船體脫模。通常需要帶模放置4～5周，直到內部所有結構和事先預制的部件如：縱梁、肋、艙壁、承載龍骨、地板、發動機座等充分固化、粘結，達到足夠的強度。
同時，在成型泡沫和輕木夾芯結構的船甲板時，將五金配件預埋在里面，一起固化成型。然后用起重機將甲板吊起，再安裝在脫模后的船體上。

大部分工作都是在室內完成。這樣可以很好控制游艇的生產時間、質量和成本。Nigel Stuart通過對比，發現在英國生產比離岸生產節約了人力成本。

他說：“我們在英國擁有很豐富的技術資源和大量的熟練工人。在南方造船業具有非常好的基礎。因此很多事情我們可以自己解決，包括在成型過程中所需的木工、模具、模具制造、機械、電氣技術等。我相信，由于我們在復合材料生產工藝上的充分投入、對質量的重視，將會讓我們在市場上具有競爭優勢。”
大部分復合材料原材料，包括樹脂、纖維氈、膠衣、粘接膠等都來自Scott Bader。船體采用了結晶樹脂、面漆、永久亮麗的膠衣樹脂和大量縫編氈，使其具有很高的強度-重量比。船體和甲板的粘結使用的是Crestomer粘接膠，包括兩個配合法蘭。Gurit提供了Corecell結構泡沫芯材。其他易耗材料由Marineware有限公司提供。
船身用了兩層間苯型膠衣，吃水線以下沒有添加顏料，均經過抗滲透性測試，膠衣層是透明的，能看見下面的層板。為了更進一步進行抗滲透性保護，船體在吃水線以下還涂了環氧樹脂。后在下水之前，還涂了兩層防污涂層。 [-page-]

結構計算委托Gurit進行。Gurit’s Hamble辦公室的海洋工程咨詢主任Alex Shimell說在大程度輕量化和生產流程標準化方面費了很多心思。重量方面，例如，巴薩木使得Corecell吸收非常少的樹脂，因此在保證同樣強度的前提下，層板可以更薄更輕。一開始采用的是ISA標準，后來發現需要層數太多，不適用，于是改用了意大利船級社RINA的方法和代碼。

為了優化內部加強結構，花了很多時間，使住宿區和家具設計發生了非常大的變化。發現者公司擁有室內設計部門，采用了Solid Works的輔助設計軟件CAD。
轉變仍在進行

在我們參觀發現者游艇公司時，向灌注成型工藝的轉變還沒有徹底完成。有些甲板（有些型號，包括發現者57）和一些內飾部分如廚房和浴室還是采用濕法成型。結構梁也是用手工成型。公司在發現者57之前生產的姊妹船發現者55仍然采用手工濕法層積成型，但是該型號的生產工藝也在轉變中。
總之，該公司采用的是循序漸進模式而不是一步到位，因此，可以在實施過程中不斷學習，并對工藝過程進行優化。

正如Stuart指出的，“現在需要解決的問題之一是通過對工藝過程的嚴格控制，確保產品厚度均勻一致。如果我們能做到產品尺寸精確一致，當所有的部件安裝完成后，就不需再進行打磨和縫隙填補。”
對于終目標，他毫不猶豫地說：“我們正在務實地進行快速轉變。我們很高興在合適的時候仍然采用濕法積成成型，但是從整體來說，我們正在積極向灌注成型轉變。”

這個不到100人的工作團隊（其中1/10是學徒）對這種新工藝給出了很高的評價。由于無需直接接觸液體樹脂，作業工人對車間的操作環境非常滿意。而且灌注工藝不用像傳統手糊工藝那樣需要擔心混好后的樹脂會因為時間過長發生膠凝而失效。灌注工藝帶來的不僅是整潔的作業環境，而且車間內還配備了很好的加熱和照明設施。工廠包括復合材料加工車間、木工車間和配備了先進設備的機修車間，例如五面數控木工銑床等。現代環境控制成型系統包括真空操作臺，可以用于艙板鋪層和固化。公司擁有液壓設備，可以生產用于船艙內板和家具的柚木面膠合板。

Nigel Stuart和他的團隊堅信，與傳統濕法手糊成型的產品相比，由于灌注方法可以精確控制纖維含量，采用該工藝生產的產品具有質量更輕、剛度更高、質量一致性更好的特點。這樣可以在競爭激烈的市場上更好地吸引客戶。目前，該公司按照歐洲海洋聯盟A類標準，通過灌注工藝生產的幾艘發現者57已經建造完成，即將下水。
6000升樹脂灌注能力

發現者游艇公司是專業從事高質量、高性能帆船巡洋艇生產的制造商。而且在英國南部沿海有一家著名豪華游艇制造商已經大規模采用了灌注成型工藝。普利茅斯公主游艇公司近在采用灌注工藝生產長132英尺的P40M型游艇時使用了6000升樹脂，該型號船的成品是去年下水的皇家公主號。該公司采用這種灌注工藝生產小型船體已經有一段時間了。但是產品尺寸增大到P40M時，還是面臨了一些挑戰。船體灌注用了7個小時，而且工藝過程經過了詳細規劃。預熱樹脂的注射通過觸摸屏計算機控制，附帶的壓力反饋系統確保了工藝參數與工藝規范的完全一致。

與發現者游艇公司不同，公主游艇公司采用的是流體加熱后固化模具。復合材料帶頭人Julian Spooner說他們公司開發的灌注工藝生產的產品韌性很好，纖維含量非常高，氣孔率則低于2%。他預計，船體的重量比手工成型的相同尺寸的產品減少了1/5。游艇的很多平面都是在100m2的帶加熱的真空操作臺上成型的。Spooner還說，閉模灌注成型的好處還包括低揮發性，這是影響船艇制造企業進行ISO14000認證的關鍵因素。

其他快速巡邏艇生產商，包括機動船和帆船，也都從真空灌注成型工藝中獲得了類似好處。例如，作為采用現代生產方法代表者的德國Hanse游艇公司，其630e快帆巡洋艇也采用灌注工藝來生產玻璃纖維/環氧樹脂外層，以及Corecell泡沫夾芯結構。值得一提的是，Hanse收購了Dehler游艇公司。Dehler 41游艇也是采用類似的灌注工藝生產的，盡管樹脂采用的是乙烯基酯樹脂。

X-Yachts’ Xp 38帆船的基本結構也是灌注成型的夾芯結構（p代表性能），樹脂是環氧樹脂，之前生產的Xp33是以乙烯基酯樹脂作為基體的。采用灌注工藝成型的高性能巡邏艇還包括參加近期德國造船大賽的C72CS帆船、e-Yachts公司的Solaris One-60、J-Boats公司的J-111，以及美國Tartan游艇公司的Tartan 4700（Tartan 4700還采用了碳纖維復合材料的桅桿和檣）。克羅地亞的AD游艇公司將灌注工藝作為生產性能優化后的Salona 38的選擇之一。Oyster游艇公司以生產高質量帆艇而著名，它在土耳其的子公司RMK也開始采用灌注工藝生產超級游艇，在金融危機之前建造的3個船艙總長度達到了125英尺。

證明這種趨勢的例子非常多。手糊成型盡管還在大量使用，但是由于被閉模成型，很明顯已經退出了其主導者的地位。在這個領域，直接樹脂灌注成型正在面臨樹脂膜灌注（采用的是半預浸材料如SPRINT?和Zpreg?）和預浸料法的挑戰。后兩種技術在游艇和船體制造上也正得到積極應用。但是灌注工藝由于具有可生產高質量、尺寸穩定產品，且可減少有機物揮發、降低樹脂用量，實現快速成型、工藝轉變時對現有設備改變較少、費用在可接受范圍內等優點而受到廣泛歡迎。

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