闭模工艺改变船艇制造过程
几十年来,复合材料船艇制造的基本方法,尤其是量产的休闲船艇,一直都是在单面模具或开式模具上用聚酯和乙烯基制树脂以及玻纤/芳纶纤维进行手糊和喷涂。聚合物胶衣和表皮形成一种层压材料以保护表面质量。
尽管开式成型工艺在人力和加工成本方面具有优势,但是该工艺的操作环境比较脏乱,因此受到许多限制,因为现在许多都制定了严格的健康和安全规范,包括溶剂释排放和会在空气传播的纤维粒子的控制。许多闭模工艺从船艇制造的早期就已被重新改进,以解决上述问题,而且还能使复合材料部件的重量大大减轻。这些工艺由于具体操作方式的不同有着显着的差异,例如树脂以何种方式进入两片闭合模具之间的腔体,进入时的温度和压力。闭模工艺主要包括树脂传递成型(RTM)、轻型RTM、真空辅助RTM(VARTM)、真空树脂浸渍成型(VRIM)、真空浸渍工艺(VIP)、闭腔真空袋成型(CCBM)和Seeman复合材料树脂浸渍成型工艺(SCRIMP)。
美国缅因州Brunswick的一家复合材料研发和制造公司的总裁Andre Cocquyt是GRP方面的专家,也是美国复合材料制造协会(ACMA)在真空浸渍工艺方面的顾问,他明确说明可他的观点:船艇行业从开模到闭模工艺的变化实质上都跟压力有关。
“如果只采用负压力,那就是VIP工艺。”他说,“如果只使用正压力,那就是RTM;如果将正负压力结合起来,那就是轻型RTM(LTRM);SCRIMP是一种的VIP工艺;VARTM工艺有两种:在树脂上增加压力就像将加料桶举到填料区产生虹吸压力一样简单,或者使用机械泵给树脂的进入增加轻微的正压力。CCBM就是用一种特殊的真空袋反复抽真空。”
Cocquyt在其职业生涯中,曾参与过北海捕鱼船和赛艇的复合材料结构的制造,现在其客户名单里至少有20家船艇制造商。
“许多造船厂使用的大多是这几种闭模工艺,因为每一种工艺在产品类型、形状、尺寸和部件数量方面都具有一定的优势。”他指出。
他还认为闭模工艺没有重大的技术壁垒,“尽管关于成本可能有些错误的概念。传统的开模工艺加工商可能认为浸渍过程所需的耗材(树脂处理线、真空袋和密封材料)都是额外的花费,但是认真了解过根本的底线后,我认为这些材料将会得到广泛的应用。”
他就这一事实给出了证据:“大多或所有在经济衰退之前就采用闭模工艺的客户,都已经很顺利的度过难关,现在远远于其他公司。他们拥有新的生产模式和更高效的生产技术,并用回以前的员工,开始承接大量的订单。”
闭模工艺正成为船艇制造行业的主流工艺,这一点也是Scott Lewit职业生涯的重心。作为美国佛罗里达州West Melbourne地区结构复合材料公司(Structural Composites)的总裁,他研究VARTM工艺已达30年之久,30年前,他创立了公司,并开始与美国海军开展业务往来。
“尽管闭模工艺的使用正在增多,但大多数船艇仍然是采用手糊/喷涂方法建造的。”他说,“超过35英尺的大型船艇越来越多的采用树脂浸渍工艺,因为其成本更低。18英尺以下的小型船艇正慢慢的转用VARTM工艺,但是过去我们并没有看到总体数量上的增长。”
Lewit继续说到:“加工工艺的选择与部件非常相关。浸渍工艺适合大型部件,例如船身和甲板,或者需要高纤维含量的部件。RTM可能非常适合小型的大量生产的部件,而VARTM以及LRTM、VIP和CCMB工艺适用于中等产量的中小型部件,而且生产出来的部件表面两侧都比较美观。这些工艺所带来的负面影响可能就是设计上的变化,这可能会导致模具的重大改变。”
结构复合材料公司(Structural Composites)目前正在建造一种轻型战舰(7.8米和11米),这是美国海军资助的一项”小型公司创新研究(SBIR)”项目的二期和三期工程的一部分。
“浸渍工艺可以达到海军要求的可重复性和层压质量。”Lewit解释说,“采用创新的浸渍工艺设计,我们将结构重量减轻了40%,而且不需要所谓的高级纤维。我们所做的工作还包括开发新的涂层系统以取代胶衣。我们正在开发一系列新的涂层配方,这些产品可以使我们将延伸率从2%提升到100%。”(延伸率指抵抗表面微裂纹和吸湿性的弹性性能表现。)








































