[转帖]玻璃钢船体分片成型工艺及对分段成型的探讨

samstone · 发表于 2004-8-4 14:40:29

引言 　　玻璃钢船舶的生产工艺是伴随着生产的发展而逐步进展的。我国在60年代至70年代前期，基本上是整体模具成型(早期为阳模，以后逐渐转为使船体外表光洁的阴模)，期间虽然也曾有过半模成型法，但所采用的工艺仍为阳模，分两半成型后在龙骨中剖面处采用机械连接再加包玻璃钢，拼合后再打磨，上油漆，由于不能采用胶衣层，故而外表甚为粗糙。在整体成型时，工人作业条件差，质量也难以保证。经过研究，推出了分片组合(哈夫)式模具，带定位和脱模装置，并在模具下设轮子，可在地面轨道上移开和组合，但还是整体成型，只是脱模较为方便。70年代后期，随着改革开放政策的实行，国外的工艺技术逐渐传入，玻璃钢造船工艺及造模工艺也有了发展，模具表面光洁度有了进一步提高，且把模具做成可任意移动位置(即改有轨式为无轨式)，分开后可转动一定角度，以方便操作(见图1)加上使用抛光技术，模具的表面质量有了很大提高，保证了产品外观的光洁美观。在成型工艺上，过去很多生产厂习惯于一次成型完毕，好处是成型时间短、生产进度快，免去了二次成型的麻烦，但不足之处是操作人员多，劳动强度大，质量不易控制。为保证质量，有的单位采用了国外常用的多次成型法，即每次成型两层增强材料，一条艇体分若干次成型完毕。这种施工方法的好处是质量容易控制，但也存在一些问题如施工周期长，需采用专用的适于多次成型的树脂，因而，在批量小、模具少的情况下不宜采用。-------------------------------------------------------------------------------- 　　随着玻璃钢造船业的不断发展，玻璃钢船的尺度不断加大，一次成型的弊端日渐引起重视。例如一条9m长的救生艇，在成型艇体时需要近30人集中操作，进入艇体内悬挂式操作架上工作的人较多，在成型龙骨部位时，还要跪着作业，劳动强度大，操作环境恶劣，工人要求改善作业条件的呼声很高。为此，在组合式模具的基础上，实行了分片操作、组合成型的新工艺。这种工艺是把组合式模具拆开，调整到一定角度，操作工人可就地站立及在模外搭设的跳板上操作，免除了跪式作业，减少了操作人员，通风状况也有了改善。分别成型好后，在一定时间内把模具拼合，再处理拼合的部份，即成为符合要求的艇体。这是大型玻璃钢制品层糊作业工艺的一大进步，它对于成型尺寸日趋增大的船舶产品来说是具有一定意义的。由分片成型组合可进一步发展成大型船舶的分段分片成型组合，对于其它大型玻璃钢制品的成型也有一定的借鉴作用。现将有关情况介绍如下。 　　2分片成型工艺 　　2.1如何分片 　　操作上的分片实际上决定于模具的分片。模具的分片方式一般均是纵向分，多为对称式，有分成2~3片的，也有分成4~5片的。分片的界面常设在难于脱模之处，如图2所示。--------------------------------------------------------------------------------　　2.2 拼合区的设计 　　拼合区即分片作业后拼合时的胶接作业范围。它是分片成型的重要部位，是拼合成型质量成败的关键所在，因此必须予以足够的重视。拼合区由增宽区及两旁的接缝区组成。它以模具拼缝为中线，向两边扩展一定距离(见图3)，这段距离可通过计算确定，其算式为: --------------------------------------------------------------------------------　　b=2k(nla1+n2a2+n3a3+……)+c 式中：b为拼合区宽度(展开计算)(mm)； k为厚度系数，通常取30～40； n1……为各种规格增强材料尾数； a1……为各种规格增强材料厚度(mm)； c为接缝增宽，视部位而定，通常长≮100mm。 　　目前常用的增强材料大多是规格为0.18～0.24mm及0.4～0.5mm的玻璃布，并要用部分250~600g/m2的玻纤毡,为方便起见，可将上式简化为： 　　b=2k(0.2n1+0.4n2)+c 　　式中将布厚度0.18~0.24mm的均按0.2mm计算，0.4～0.5mm以及玻纤毡(表面毡除外)均按0.4mm计算。若用毡量较多，应接前式分别计算。 　　例如，一船体壳板采用0.22mm布4层，0.4mm布9层，厚度系数k取35，接缝增宽c取120mm，则拼合区宽度为： 　　b=2×35(0.2×4+0.4×9)+120=428≈430mm 　　得出拼合区的宽度后，应在模具上分别作出接缝区及增宽区的标记，并在施工工艺卡上写明。有时为了施工方便，也可适当改变拼合区宽度，但一般只宜放大，不宜缩小，如图4。若接缝区在龙骨上部垂直面及拐角处，则将给拼合作业带来不便，在这种情况下应加大拼合区宽度，使接缝区在艇底的平面上。-------------------------------------------------------------------------------- 　　2.3分片作业 　　主要过程是： 　　a)拆开组合式模具，摆放成便于作业的合适位置并加以固定。为方便操作，根据模具边缘高度情况，适当搭设作业脚手架(见图5)。 -------------------------------------------------------------------------------- 　　b)清理模具，按常规方法对模具采取脱模措施。 　　c)上胶衣。为了保证拼合处的质量，接缝增宽处暂不上胶衣，第一遍胶衣可上到超出接缝范围，进入增宽区约20mm，第二遍胶衣则比第一遍胶衣缩进20mm，即正好在接缝区边缘(见图6)。 --------------------------------------------------------------------------------　　d)层糊作业。当胶衣层固化到一定程度后即按常规操作工艺进行层糊作业。第一层增强材料铺到接合区边缘，即第二遍胶衣边缘，以后的增强材料则逐层缩进，每层错开10～15mm(视厚度而定，厚的错开多些，错开距离是厚度a与厚度系数k的乘积，通常至少10mm，ak之积不足10mm时，则取10mm)，直到全部层糊完毕。 　　e)固化后修整。 　　2.4 拼合作业 　　主要过程是： 　　a)拼合模具并仔细校核找正位置，在拼缝处作技术处理使之平整。 　　b)上肢衣。第一遍胶衣上在增宽区无胶衣范围内；第二遍胶衣则应扩大到分片成型时仅上一遍胶衣的区域上，与已成型的玻璃钢层相接，使整个胶衣层厚度均匀，见图7。 --------------------------------------------------------------------------------　　c)层糊作业。先在胶衣层上涂刷一层树脂，然后将按照拼合部位宽度裁剪好的玻璃布铺上，注意必须使接岔处吻合，既不要过宽，造成重叠，也不应过窄，形成空隙(见图8)，并要衬贴紧密，浸透树脂，赶除气泡。 -------------------------------------------------------------------------------- 　　如此逐层操作，直到规定厚度后再加糊1～2层0.2mm的薄布，覆盖在整个拼合区上，不便接缝外露(见图9)。 d)固化后修整，即可按常规进行其它作业。 --------------------------------------------------------------------------------　　2.5 注意事项 　　a)胶衣树脂须一次配色并在调配时加入数量相同(或相近)的促进剂，以保证接合部位的胶衣层与艇体各分片的胶衣层色泽一致。 　　b)玻璃布两边的单、双锁边均须剪去，以使各层玻璃布贴合紧密(现常州建材253厂已生产了毛边玻璃布，无环形锁边，可省掉剪边工序)。 　　c)在接合部位层糊玻璃布时，应将布尽量拉得平直再贴上去，各层间的接岔边缘也应尽量平齐均匀，以保证接合部位的质量。 　　d)分片作业时，应尽量防止树脂滴沾在接合部位第一遍胶衣层和增宽区的模具暴露面上，必要时可用纸或薄膜等物遮盖。 　　e)在拼合作业前应先检查接合部位和增宽区范围内模具的洁净状况，去除浮灰和清除杂物，接合面上如有气泡、毛刺及多余的纤维束、团和树脂凝聚物时，应事先修整。 　　f)接合面上应分别不同情况作表面处理: 　　①采用常州建材253厂的189#树脂: 　　253厂生产不饱和聚酷树脂系引进英国ScottBaden公司的技术。原技术文件上说明189#有48小时的新鲜期，在此期间内可进行多次施工而不影响其粘结性能。为稳妥起见经与上海船检部门商榷，将此段时间缩短为24小时(经试验，在24小时内进行二次作业与一次成型相比，粘结强度仅差3%左右)。在此期间内进行拼合作业无须在接缝处作表面处理，仅用丙酮清洗一遍即可。 　　②采用不含石腊的树脂： 　　此种树脂固化后表面无蜡膜复盖，直接暴露在空气中，因空气对不饱和聚酷树脂有阻聚作用而使表面层固化不足呈发粘状态，有利于接续作业。在这种情况下不必进行表面处理，且时间也不必限于24小时之内，只需在操作前在认真清理表面的基础上再用丙酮清洗一遍(若间隔时间较短，且有防尘罩遮盖的，可不清洗)，擦去表面粘附的灰尘等杂物，以提高粘结力。 　　③采用其它品种不饱和聚醋树脂及虽采用253厂189#，但间隔时间超过24小时者： 　　在这种情况下应进行接合面的表面处理，方法是砂磨或打毛。砂磨时用2~3#砂布，打毛可用机械或手工工具。手工打毛时应掌握适度，打毛密度不得少于每厘米二道，深度不宜大于0.5毫米。 　　④采用其他厂的189#树脂： 　　因多种原因虽然牌号相同，但配方与工艺等可能有差异而影响质量。为慎重起见，应接其它品种树脂对待或通过试验决定。 　　g)拼合作业必须认真细致，含胶量适中，避免气泡和浸渍不良、树脂积聚等弊病。接岔处应使纬纱相互交接，避免边缘不齐，形成空隙或纤维叠合，见图10。-------------------------------------------------------------------------------- 　　h)拼合作业时，操作人员必须进入艇内，踩在已分片成型好的艇体上工作。为保持艇体内表面的洁净以保证拼合部位的质量，应在进入艇体前更换清洁的工作鞋(或帆布袜套)，操作完毕退出时也应立即换下，并保持工作鞋的洁净，以备下次再用。 　　3分片成型的实践情况 　　1981年在国家船舶检验局上海办事处(后改为上海分局)的支持和监督下，常州玻璃钢造船厂试行了分片成型工艺。为使试验在确有把握的情况下进行，在仔细研究了工艺方案后，首先按照拼合工艺的要求制作了模拟接缝区的样板，加工成试件后送上海玻璃钢研究所测试，在采用逐层对接并错开10～l2mm的情况下，试件的弯曲强度达到2078kg/cm，完全满足国家船舶检验局“海船救生设备规范”中玻璃钢板材抗弯强度≥1700kg/cm，的要求。在取得数据的基础上，用分片成型工艺建造了一条8.5m玻璃钢救生艇。该艇按船检局要求做了静负荷、系泊、抛落、碰撞、稳住、不沉性及航行等一系列试验，船体质量全面达到国家船检局的检验要求。在上海船检部门的认可下，这种工艺正式投入实际应用。若干年来的实践证明，这种工艺是可行的、成熟的。笔者认为此工艺也适用于常规的其它大型玻璃钢制品。 　　4 对分段成型的探讨 　　由于玻璃钢具有易于成型、容易修补等特点，它可以通过多次成型的方法获得一个完整的制品而不影响制品的性能，因此完全可以在大型制件上采用分片或分段成型的方法。实际上分片与分段并无多大区别，以船舶而论，一般把纵向分割称为分片，把横向分切称为分段。在船舶总长不大的情况下，通常采用分片法而不采用分段法。其主要原因在于通常的组合式模具都是从易脱模的角度考虑而采用纵向分片，分片的拼缝安排在船的龙骨中线或折角线处，即使有些痕迹(实际上这种拼合痕迹是可以通过工艺处理消除的)也不影响美观和航行速度。但如改为分段式组合模具，情况就正好相反。只有在玻璃钢船舶主尺度大，由于施工不便及为了减轻劳动强度、缩短作业时间和克服现场施工条件不足才采用分段或分段与分片相结合的方法。 　　由于国内迄今建造的玻璃钢船绝大多数总长均在20m以内，且出于对质量等方面的顾虑，至今还没有单位作分段成型的尝试。据传国外有此做法，但未见过有关介绍资料。笔者从我国玻璃钢船舶逐渐向较大尺度发展的趋势出发，对分段成型的工艺作了一些技术性探讨，认为这种由分片成型工艺发展起来的工艺是可行的。现简述其要点如下： 　　1）段的分割 　　视总长大小而定，可考虑l0m左右为一段，但具体的分割要结合船体结构情况，不一定等分，接缝区最好设计在隔舱壁部位。 　　2)分段操作的形式 　　基本上可分为整模分段操作与分模分段操作两种。前者主要解决一次成型人员众多、时间太长、质量难以控制的问题，后者则可以改善操作条件，必要时(如考虑便于脱模、便于操作)分段模具还可以再分片。 　　3)工艺要点 　　与分片相似，要点是： 　　①模具拼缝处一定要处理平整，并用嵌填腻子等措施保持脱模后该处平整光洁，如脱模后拼缝处残留有 “飞边”，应予仔细清除修平。 　　②接缝设计可分为窄缝式与宽缝式两种，如图11所示。窄缝式是将整个接缝设置在一块隔舱壁下；宽缝式则将增宽区两边的接缝区分设在两块隔舱壁下。窄缝式的增宽应相应减小至50mm左有，而宽缝式的增宽则可根据结构情况相应加大。从效果看，宽缝式较窄缝式好。 　　如接合部位无隔舱，则分段的接缝应作如下处理： 　　a.厚度系数加倍； 　　b.接缝增宽加大至300mm； 　　c.在整个接缝区内表面增加增强层，厚度可为船壳板的15%～20%，增强面积要大于接缝区面积，并注意边缘的厚度要逐层过渡，以避免应力集中。 　　③分段作业用的树脂最好用无蜡树脂，并应严格控制接缝区表面的清洁程度，以保证有足够的粘结强度。 　　④拼合作业时使用的布应整条裁剪，不要拼接。 　　⑤隔舱壁板与船体接触处的玻璃钢胶接层应超过接缝区的范围(见图11)。--------------------------------------------------------------------------------　　⑥脱模装置最好采用气顶法，并应严格掌握脱模时间(拼合处玻璃钢表面的巴柯尔硬度应大于40)，如拼合处有隔舱时，应在隔舱板胶结完成并达到可以脱模的程度时才可脱模。 　　分段成型工艺虽然目前国内尚未有先例，但随着玻璃钢造船业的发展必将得到应用。它的特点是当船体较大以及由于生产现场条件所限，在整条大船不能运出的情况下，可考虑在水面宽阔的岸边设立拼合和舾装车间，在原生产场地分段建造后运至拼合现场拼成整体，组装完毕后由水路出厂。有机会时，笔者愿意配合有关单位共同探讨和付诸实践。