玻璃钢船舶建造成型的新工艺——树脂真空导入法

FRP是20世纪60年代末出现的一种用于造船的新型复合材料。 具有重量轻、强度高、耐腐蚀、可塑性强等特点。 经过几十年的发展，玻璃钢材料已广泛应用于中小型船舶的建造中。 特别是近年来，在游艇、高速船、旅游船等领域得到广泛应用。 本文重点介绍一种玻璃钢造船成型新工艺——树脂真空引入法。

1 工艺技术简介

树脂真空导入法是在刚性模具上预先铺设增强纤维材料，然后铺设真空袋，排除系统内的真空，使模腔内形成负压。 真空产生的压力用于推动不饱和树脂穿过预先准备好的树脂。 铺设好的管道被吸入纤维层，让树脂渗透到纤维材料中，最后充满整个模具。 凝固后取出真空袋材料，将所需产品从模具中脱模。 流程部分如下图所示。

真空引入工艺采用单面刚性模具内的封闭系统，是一种新型的大型船舶成型建造技术。 该工艺在1950年就有专利记录，近十年才引入国内并发展起来。 由于该工艺是从国外引进的，所以也有很多名称，如真空引入、真空灌注、真空注射等。

2 工艺技术原理

真空引入过程以法国水利学家达西于1855年创立的水力理论为基础，即著名的达西定律：t=2hl/(2k(AP))； 式中：t为树脂引入时间，由4个参数决定； h为树脂粘度，指导树脂的粘度； z为引入长度，指树脂入口与出口之间的距离； AP为压力差，指真空袋内外的压力差； k为渗透率，是指树脂被玻璃纤维、夹层材料等浸润的参数。根据达西定律，真空引入过程中树脂引入时间与树脂引入长度和粘度成正比，与真空袋内外的压力差和纤维材料的透气性。

3、工艺技术流程

具体技术流程如下。

第一步：开工准备

首先，根据船舶的形状和尺寸制作钢制或木制的模具。 模具内表面处理必须保证高硬度和高光泽，模具边缘至少要保留15cm，以利于密封条和管道的铺设。 清洁模具后，涂上脱模材料，例如脱模蜡或脱模水。

第二步：涂上船体胶衣

根据船舶生产的要求，模具内表面涂覆含有催化剂/促进剂的胶衣树脂。 可以使用产品胶衣或抛光胶衣。 可供选择的类型有邻苯二甲酸酯、间亚苯基和乙烯基。 施工可采用手工刷涂、喷涂等方法进行。

第三步：铺设加固材料

首先根据船体线形和基本结构分别切割加强材料和骨架芯材，然后按照铺层图和成型工艺铺入模具中。 铺设时必须充分考虑增强材料的材质和连接方式对树脂流动速率的影响。

第四步：铺设真空辅助材料

在模具内铺好的增强材料上，先铺脱模布，再铺导流布，最后铺真空袋，并用密封条压实密封。 在关闭真空袋之前，请仔细考虑树脂和真空管路的布线。

第五步：抽掉袋子内的真空

将上述材料铺设在模具内后，将管道系统上各树脂进料管夹紧，用真空泵对整个系统进行抽真空，尽量排空系统内的空气，检查整体气密性，并检查漏气部位。 局部修复。

第6步：准备树脂配比

袋内真空度达到一定要求后，根据环境条件、产品厚度、铺装面积等按一定比例配制树脂、固化剂等主体。配制的树脂液必须具有适当的粘度、适当的凝胶时间和预期的固化程度。

第7步：将树脂导入模具中

将配制好的树脂引入压力泵中，充分搅拌，消除树脂中的气泡，然后按照引入顺序依次打开夹具，通过不断调节泵送压力实现树脂引入，有效控制船体厚度。

第八步：固化脱模、舾装

树脂导入完成后，应将船体在模具中放置一段时间，让树脂凝固，一般不少于24小时，其巴科尔硬度大于或等于40后才能脱模。脱模后应采取必要的措施支撑，避免变形。 完全固化后，船体被封闭并配备。

4 工艺技术优缺点分析

A、工艺技术优势

真空导入法作为一种新型的玻璃钢造船成型工艺，较传统的手工粘贴工艺具有很大的优势。

A1型船体结构强度得到有效提升

真空引入工艺可以在建造过程中同时对船舶的船体、加强筋、夹层结构等嵌件进行铺设成型，从而大大提高了产品的完整性和船舶的整体结构强度。 在原材料相同的情况下，与手糊船体相比，树脂真空导入工艺的强度、刚度等物理性能可提高30%~50%以上，更符合船体的要求。现代玻璃钢船舶大型化发展趋势。 。

A2 船体重量得到有效控制

采用真空引入工艺生产的玻璃钢船舶，纤维含量高，孔隙率低，产品性能高，特别是层间强度增加，大大提高了船体的抗疲劳性能。 在相同强度或刚度要求下，采用真空引入法建造的船舶可以有效减轻结构重量。 采用相同的铺贴设计时，树脂用量比手工粘贴工艺减少30%，浪费更少，树脂损失率低于5%。

A3船舶产品质量得到有效控制

与手工粘贴相比，真空引入工艺意味着船舶质量受操作人员影响较小，无论是一艘船还是一批船都有很高的一致性。 船体中的增强纤维量在注入树脂前已按规定量放入模具中，树脂比例比较恒定，一般为30%~45%，而手糊船体的树脂含量为一般为50%至70%，因此船舶的均匀性和重复性比手糊工艺要好得多。 同时，该工艺生产的船舶精度也优于手糊船。 船体表面光滑度好，减少了抛光、喷漆过程中的人工和材料。

A4工厂生产环境得到有效改善

真空导入过程为闭模过程，整个施工过程中产生的挥发性有机物和有毒空气污染物被封闭在真空袋内。 真空泵排气（可过滤）和树脂制备中仅存在微量挥发物。 与传统手工粘贴的开放式工作环境相比，现场施工环境得到了极大改善，有效保护了相关现场施工人员的身心健康。

B.工艺技术的缺点

B1级施工工艺相对复杂

真空引入工艺不同于传统的手糊工艺。 需根据图纸详细设计纤维材料铺放图、导流管道系统布置图及施工工艺。 在引入树脂之前，必须完成增强材料和导流介质的铺设。 导流管和真空密封材料的铺设。 因此，对于小型船舶，建造时间超过了手糊工艺。

B2生产成本比较高

真空引入工艺对纤维材料的透气性要求较高，多采用连续毡和单向布，单位成本较高。 同时，施工过程中需要真空泵、真空袋膜、导流介质、离型布、导流管等辅助材料，且大多为一次性使用，因此生产成本高于手糊工艺。 但产品越大，差异就越小。

B3流程存在一定风险

真空导入工艺的特点决定了船舶建造的一次性成型。 对树脂导入前的工作要求较高。 施工过程必须严格按照步骤进行。 树脂引入开始后，该过程不可逆。 一旦树脂灌注失败，整个船体很容易报废。 目前，为了方便施工、降低风险，一般船厂均采用两阶段真空成型船体和框架。

5 结论

真空引入工艺作为一种新型的玻璃钢船舶成型建造技术，具有很多优势，特别是在主尺寸更大、航速更高、强度更强的船舶建造中。 发挥着不可替代的作用。 随着真空引入树脂施工工艺的不断完善和原材料成本的降低，以及社会需求的不断增长，玻璃钢造船将逐步向机械成型工艺过渡，树脂真空引入法必将得到广泛应用在更多工厂。 （复合材料应用技术）