短切玻璃纖維氈在玻璃鋼船艇上的應用

  短切玻璃纖維氈(以下簡稱短切氈)是將玻璃纖維紗束經機械切割成長度為50~70 mm的定長纖維后,再加工成氈狀,作為玻璃鋼的增強材料。短切玻璃纖維是國外先開發生產的,我國于20世紀80年代才開始自行開發生產。短切氈省卻了玻璃纖維布的織造工序,生產成本較低,氈的空隙率大,用它制作玻璃鋼時由于加大了樹脂的含量(通常用玻璃纖維布制作玻璃鋼時,玻璃纖維與樹脂的重量比為1:1;而用短切氈時,二者的重量比為1:2),因此會使玻璃鋼的密度下降約10%。但由于樹脂含量較多,玻璃鋼致密性會較好,再加上短切的玻璃纖維互不相連,可以提高玻璃的抗滲性能。由于短切氈的玻璃纖維是非連續性的,因此用短切氈制成的玻璃鋼的力學性能比用玻璃纖維布制成的玻璃鋼低,以拉伸強度為例約低55%~60%。因此短切氈主要用于強度要求不高,但密性要求高,抗滲漏的產品中,特別適合用于防腐工程、耐蝕容器等中;玻璃鋼船艇上可部分采用,人們常將它與玻璃纖維布間隔組合使用。

1 短切氈在玻璃鋼船艇上的應用現狀

1.1 國外應用現狀
  歐、美等國及澳大利亞,日本在玻璃鋼船艇制造上均已大量使用短切氈。他們大都在鋪層結構上采用―氈―布方式,此種方式也慢慢流傳到我國港臺地區。
  采用―氈―布方式具有以下優點:
  1)降低生產成本
  由于短切氈生產成本比玻璃纖維布低,因此在市場需求量較大時,生產廠家可以提高其生產能力,使其在價格上更具優勢。用短切氈時,由于加大了樹脂用量,并且由于國外的樹脂價格低于玻璃纖維布,因此能進一步降低玻璃鋼的材料成本。同時使用短切氈比使用玻璃纖維布的增厚效果好,可減少鋪層數量,相應地提高工作效率,降低勞動成本。
  2)滿足船體結構設計要求
  雖然用短切氈會影響船體的力學性能,但實際上,玻璃鋼船體在受力性能上主要以剛度控制為主,拉伸、彎曲強度均處于過剩狀態,因此,即使采用―氈―布的鋪層結構也可完全滿足力學性能要求。所以,國外生產廠家較多地采用短切氈造船,是因為它既能滿足強度要求,又能降低生產成本,是個很好的選擇。
1.2 國內應用現狀
  我國本土企業原本基本上不采用―氈―布的鋪層方式,不過有些企業從20世紀90年代起開始使用短切氈,但用量很少,僅在船體增強材料鋪層中使用1~2層,主要是考慮其表觀質量及防滲性能。大多數中小企業至今尚未開始使用短切氈,主要原因是我國短切氈的價格高于玻璃纖維布。這與國外情況不一樣,其原因在于我國短切氈的開發較晚。短切氈初上市時定價較高,其價格比玻璃纖維布高近1倍,由此限制了它在生產中的應用,使得其生產能力也受到限制。雖然后來短切氈的價格開始逐步下降,但目前仍高于玻璃纖維布。另外由于我國合成樹脂的價格也高于玻璃纖維布,因此如在船體上采用短切氈會導致材料成本的上升,這是企業在生產普通船艇時不愿接受的。
  有些船艇設計者出于向國外設計者學習的目的,提出要在船體上采用―氈―布的鋪層結構,但能接受這種提議的廠家并不多,一些廠家如果采用了該方法也僅僅是從提高船艇表面質量考慮的,因此只會少量使用。

2 短切氈的應用情況

  從上述國內外應用情況來看,國內外對短切氈的用量是完全不同的。本文將從造船角度出發,探討一下應用短切氈是否有必要,具體內容如下。
2.1 致密性
  短切氈具有空隙率大、樹脂含量多等優點,因此制成的玻璃鋼孔隙率小,抗滲性好。但從玻璃鋼生產的工藝角度分析,造成滲漏并不完全取決于增強材料的品種,更多地取決于施工者的操作。因為在開發出短切氈前,玻璃船體的成型均使用玻璃纖維布,在重視和控制操作質量后,船艇并沒有出現滲漏情況。20世80年代初,國外同行在參觀常州玻璃鋼造船廠時,見船艇成型時全部采用玻璃纖維布,發出了“材料浪費”的感嘆,但并未提出船艇會存在滲漏的問題。
2.2 層間粘結性能
  采用―氈―布鋪層結構形式能使增層之間的粘結性能提高,這在船體施工采用多次成型方法時有一定作用。國外企業的習慣做法是分多次完成船體厚度,每次施工―氈―布,固化后檢查表面質量并加以打磨后再繼續下一層成型,這種方法有利于確保船體的制作質量。過去我國本土企業習慣于一次成型中小尺度的船艇,即使較大尺度的船艇也只是分成2~3次完成,每次作業厚度不超過5 mm,沒有采用―氈―布式的薄層多次成型法。但只要操作者技術熟練,工藝安排得當,在層間粘結面上采用打磨等增加粘結力的措施,不用短切氈也不會影響層間粘結性能。

2.3 制品表面質量
  玻璃鋼制品在靠近表面層使用表面氈及短切氈時,能提高制品表面的細膩程度。目前對玻璃鋼船艇要求表面具有高光潔度時,除了將船模表面加工成高光潔度外,還應在膠衣層后使用30~50 m 規格的表面氈,再在其后使用≯350 g/m2的短切氈,由此可以得到較高的表面光潔度(但高光潔度表面質量的取得還須輔能以嚴格有效的制作工藝,并不完全取決于所用材料)。
2.4 操作工效
  采用短切氈制作玻璃鋼比采用規格相似的玻璃纖維布制成與玻璃鋼厚度會增加約60%~70%,這種增厚效果可以減少完全使用玻璃纖維布時的作業層數,由此能提高操作效率。但這一點對我國中小企業來說,并無太大吸引力,因為這個優點與材料成本的提高相比則是微不足道的。

3 小結

  綜上所述,雖然使用短切氈有一定好處,但由于起決定作用的仍是成本因素,因此到目前為止,短切氈仍沒有得到廣泛應用。目前僅部分造船企業出于提高表面質量的需要,使用較少數量的短切氈。只有在短切氈價格低于玻璃纖維布價格后,它才會在玻璃鋼船艇上得到更大范圍的應用。