自由撰稿人George Marsh调查了复合材料船艇生产企业如发现者游艇公司等将湿法层积工艺改成浸渍成型工艺的原因。

    很多纤维增强塑料船艇生产企业正积极将传统手工湿法层积技术改成更加易于控制的、环境友好的工艺。他们发现树脂灌注成型技术是个非常不错的选择。预浸料（或半预浸工艺如SPRINT/Zpreg）工艺路线是一种高技术方法，需要大量的资金投入，其投入不低于加热模具和固化炉所需的资金。

    英国南安普敦的March-wood发现者游艇公司是采用这种浸渍技术的厂家之一。这家公司新生产的具有很多功能的巡逻游艇是去年在南安普敦船舶展览上亮相的发现者57。这种由Ron Holland和Ken Freivokh设计的、令人印象深刻、长17.5m的游艇大量采用了树脂灌注成型工艺。

    正如常务董事Nigel Stuart近期在接受《增强塑料》采访时所说，这种改变的动因是为了控制结构部件的重量。

   “性能是我们游艇的关键属性”，Stuart说，“因此重量对于我们来说非常重要。通过精确计算灌注过程，可以使我们的产品与采用传统湿法层积法成型的产品相比，重量减少半吨。”
通过对初始投资分析表明，采用灌注成型的初始投资为20,000英镑，少于预浸料工艺。且可以带来良好的生产环境――干净、干燥，环境温度处于16°C～25°C，且与预浸料工艺需要加热模具和大型固化炉相比，制作钢架GRP初级模具相对容易，成本也比较低。

  
    另一方面，为了得到高质量的表面效果，发现者游艇需要在表面涂装胶衣层。这对于灌注成型工艺来说和手工湿法成型工艺一样简单。此外还需要一种既适合用于生产船体和其他关键部件所用的乙烯基酯树脂，也适合用于窗框周围的不饱和聚酯树脂的工艺。

    关于乙烯基酯树脂的特性，Stuart介绍说：“不饱和聚酯树脂强度不够。因此，为了达到设计强度，需要使用更多的增强玻璃纤维，这会导致层板厚度的增加、固化放热时热量的聚集，并增加重量。我们也考虑过使用环氧树脂，但是鉴于成本和工艺的相容性，现阶段还是不会采用。”

    灌注成型的另一个好处就是可以使用不同材料一次成型多层结构制品。以发现者57为例，其主要采用的是E玻璃纤维增强乙烯基酯树脂，同时还在船体前部使用了凯夫拉芳纶纤维以提高抗冲击性能，并在局部采用碳纤维增加强度。船身为夹芯结构，也采用了结构泡沫作为芯材。

生产时间表
    关于灌注成型有争议的地方在于，为了确保所有的增强材料被充分浸渍，在操作中必须非常仔细。如果出现大型气泡或未充分浸渍区域，就会导致大型部件的报废，这将是非常昂贵而痛苦的事情。为了避免这种情况的出现，整个团队必须进行多次实验，并在1/4尺寸的船体上进行确认。还要对导流网和材料铺放、树脂导流管和注射口的设置进行多次实验。

    生产工艺确定以后，下一步就是根据事先认真制定的时间表制作船体。船体的生产周期为5天，即一个工作周。这个周期对于小批量生产来说足够了。
天，在阴模上涂覆胶衣，并成型胶衣增强层；
第二天，铺放外层干的增强布；
第三天，铺放预缝制的泡沫芯材，泡沫上事先进行了开槽，以供树脂流动时所用。
第四天，成型里层，然后安放真空袋和其他辅助材料。带有端口的树脂导流管通常以400mm的间隔安放，但是在关键部位，如边缘、拐角处就要密集一些，以防止空气富集。
第五天，一般是星期五，进行树脂导入。树脂要进行预热。为了去除层间的空气，一开始采用大功率真空泵，到后期可以改为常规真空泵。由于在开发阶段进行了实验和模拟，树脂通常会均匀向前推进，并逐步浸透整个船体。关键的是要调整好树脂的状态和参数。树脂装在带加热套的密封罐中，并通过树脂泵输送。要采用高级树脂注射枪以确保树脂可以顺利进入增强材料。
 
    经过长达一周的生产作业后，并不需要急于将成型的船体脱模。通常需要带模放置4～5周，直到内部所有结构和事先预制的部件如：纵梁、肋、舱壁、承载龙骨、地板、发动机座等充分固化、粘结，达到足够的强度。
同时，在成型泡沫和轻木夹芯结构的船甲板时，将五金配件预埋在里面，一起固化成型。然后用起重机将甲板吊起，再安装在脱模后的船体上。

    大部分工作都是在室内完成。这样可以很好控制游艇的生产时间、质量和成本。Nigel Stuart通过对比，发现在英国生产比离岸生产节约了人力成本。

    他说：“我们在英国拥有很丰富的技术资源和大量的熟练工人。在南方造船业具有非常好的基础。因此很多事情我们可以自己解决，包括在成型过程中所需的木工、模具、模具制造、机械、电气技术等。我相信，由于我们在复合材料生产工艺上的充分投入、对质量的重视，将会让我们在市场上具有竞争优势。”
大部分复合材料原材料，包括树脂、纤维毡、胶衣、粘接胶等都来自Scott Bader。船体采用了结晶树脂、面漆、永久亮丽的胶衣树脂和大量缝编毡，使其具有很高的强度-重量比。船体和甲板的粘结使用的是Crestomer粘接胶，包括两个配合法兰。Gurit提供了Corecell结构泡沫芯材。其他易耗材料由Marineware有限公司提供。
船身用了两层间苯型胶衣，吃水线以下没有添加颜料，均经过抗渗透性测试，胶衣层是透明的，能看见下面的层板。为了更进一步进行抗渗透性保护，船体在吃水线以下还涂了环氧树脂。后在下水之前，还涂了两层防污涂层。 [-page-]

    结构计算委托Gurit进行。Gurit’s Hamble办公室的海洋工程咨询主任Alex Shimell说在大程度轻量化和生产流程标准化方面费了很多心思。重量方面，例如，巴萨木使得Corecell吸收非常少的树脂，因此在保证同样强度的前提下，层板可以更薄更轻。一开始采用的是ISA标准，后来发现需要层数太多，不适用，于是改用了意大利船级社RINA的方法和代码。

  
    为了优化内部加强结构，花了很多时间，使住宿区和家具设计发生了非常大的变化。发现者公司拥有室内设计部门，采用了Solid Works的辅助设计软件CAD。
转变仍在进行

    在我们参观发现者游艇公司时，向灌注成型工艺的转变还没有彻底完成。有些甲板（有些型号，包括发现者57）和一些内饰部分如厨房和浴室还是采用湿法成型。结构梁也是用手工成型。公司在发现者57之前生产的姊妹船发现者55仍然采用手工湿法层积成型，但是该型号的生产工艺也在转变中。
总之，该公司采用的是循序渐进模式而不是一步到位，因此，可以在实施过程中不断学习，并对工艺过程进行优化。

    正如Stuart指出的，“现在需要解决的问题之一是通过对工艺过程的严格控制，确保产品厚度均匀一致。如果我们能做到产品尺寸精确一致，当所有的部件安装完成后，就不需再进行打磨和缝隙填补。”
对于终目标，他毫不犹豫地说：“我们正在务实地进行快速转变。我们很高兴在合适的时候仍然采用湿法积成成型，但是从整体来说，我们正在积极向灌注成型转变。”

    这个不到100人的工作团队（其中1/10是学徒）对这种新工艺给出了很高的评价。由于无需直接接触液体树脂，作业工人对车间的操作环境非常满意。而且灌注工艺不用像传统手糊工艺那样需要担心混好后的树脂会因为时间过长发生胶凝而失效。灌注工艺带来的不仅是整洁的作业环境，而且车间内还配备了很好的加热和照明设施。工厂包括复合材料加工车间、木工车间和配备了先进设备的机修车间，例如五面数控木工铣床等。现代环境控制成型系统包括真空操作台，可以用于舱板铺层和固化。公司拥有液压设备，可以生产用于船舱内板和家具的柚木面胶合板。
 
    Nigel Stuart和他的团队坚信，与传统湿法手糊成型的产品相比，由于灌注方法可以精确控制纤维含量，采用该工艺生产的产品具有质量更轻、刚度更高、质量一致性更好的特点。这样可以在竞争激烈的市场上更好地吸引客户。目前，该公司按照欧洲海洋联盟A类标准，通过灌注工艺生产的几艘发现者57已经建造完成，即将下水。
6000升树脂灌注能力

    发现者游艇公司是专业从事高质量、高性能帆船巡洋艇生产的制造商。而且在英国南部沿海有一家著名豪华游艇制造商已经大规模采用了灌注成型工艺。普利茅斯公主游艇公司近在采用灌注工艺生产长132英尺的P40M型游艇时使用了6000升树脂，该型号船的成品是去年下水的皇家公主号。该公司采用这种灌注工艺生产小型船体已经有一段时间了。但是产品尺寸增大到P40M时，还是面临了一些挑战。船体灌注用了7个小时，而且工艺过程经过了详细规划。预热树脂的注射通过触摸屏计算机控制，附带的压力反馈系统确保了工艺参数与工艺规范的完全一致。

    与发现者游艇公司不同，公主游艇公司采用的是流体加热后固化模具。复合材料带头人Julian Spooner说他们公司开发的灌注工艺生产的产品韧性很好，纤维含量非常高，气孔率则低于2%。他预计，船体的重量比手工成型的相同尺寸的产品减少了1/5。游艇的很多平面都是在100m2的带加热的真空操作台上成型的。Spooner还说，闭模灌注成型的好处还包括低挥发性，这是影响船艇制造企业进行ISO14000认证的关键因素。

    其他快速巡逻艇生产商，包括机动船和帆船，也都从真空灌注成型工艺中获得了类似好处。例如，作为采用现代生产方法代表者的德国Hanse游艇公司，其630e快帆巡洋艇也采用灌注工艺来生产玻璃纤维/环氧树脂外层，以及Corecell泡沫夹芯结构。值得一提的是，Hanse收购了Dehler游艇公司。Dehler 41游艇也是采用类似的灌注工艺生产的，尽管树脂采用的是乙烯基酯树脂。

    X-Yachts’ Xp 38帆船的基本结构也是灌注成型的夹芯结构（p代表性能），树脂是环氧树脂，之前生产的Xp33是以乙烯基酯树脂作为基体的。采用灌注工艺成型的高性能巡逻艇还包括参加近期德国造船大赛的C72CS帆船、e-Yachts公司的Solaris One-60、J-Boats公司的J-111，以及美国Tartan游艇公司的Tartan 4700（Tartan 4700还采用了碳纤维复合材料的桅杆和樯）。克罗地亚的AD游艇公司将灌注工艺作为生产性能优化后的Salona 38的选择之一。Oyster游艇公司以生产高质量帆艇而著名，它在土耳其的子公司RMK也开始采用灌注工艺生产超级游艇，在金融危机之前建造的3个船舱总长度达到了125英尺。
 
    证明这种趋势的例子非常多。手糊成型尽管还在大量使用，但是由于被闭模成型，很明显已经退出了其主导者的地位。在这个领域，直接树脂灌注成型正在面临树脂膜灌注（采用的是半预浸材料如SPRINT?和Zpreg?）和预浸料法的挑战。后两种技术在游艇和船体制造上也正得到积极应用。但是灌注工艺由于具有可生产高质量、尺寸稳定产品，且可减少有机物挥发、降低树脂用量，实现快速成型、工艺转变时对现有设备改变较少、费用在可接受范围内等优点而受到广泛欢迎。