閉模工藝改變船艇制造過程

    幾十年來,復合材料船艇制造的基本方法,尤其是量產的休閑船艇,一直都是在單面模具或開式模具上用聚酯和乙烯基制樹脂以及玻纖/芳綸纖維進行手糊和噴涂。聚合物膠衣和表皮形成一種層壓材料以保護表面質量。
    盡管開式成型工藝在人力和加工成本方面具有優勢,但是該工藝的操作環境比較臟亂,因此受到許多限制,因為現在許多都制定了嚴格的健康和安全規范,包括溶劑釋排放和會在空氣傳播的纖維粒子的控制。許多閉模工藝從船艇制造的早期就已被重新改進,以解決上述問題,而且還能使復合材料部件的重量大大減輕。這些工藝由于具體操作方式的不同有著顯著的差異,例如樹脂以何種方式進入兩片閉合模具之間的腔體,進入時的溫度和壓力。閉模工藝主要包括樹脂傳遞成型(RTM)、輕型RTM、真空輔助RTM(VARTM)、真空樹脂浸漬成型(VRIM)、真空浸漬工藝(VIP)、閉腔真空袋成型(CCBM)和Seeman復合材料樹脂浸漬成型工藝(SCRIMP)。
    美國緬因州Brunswick的一家復合材料研發和制造公司的總裁Andre Cocquyt是GRP方面的專家,也是美國復合材料制造協會(ACMA)在真空浸漬工藝方面的顧問,他明確說明可他的觀點:船艇行業從開模到閉模工藝的變化實質上都跟壓力有關。
    “如果只采用負壓力,那就是VIP工藝?!彼f,“如果只使用正壓力,那就是RTM;如果將正負壓力結合起來,那就是輕型RTM(LTRM);SCRIMP是一種的VIP工藝;VARTM工藝有兩種:在樹脂上增加壓力就像將加料桶舉到填料區產生虹吸壓力一樣簡單,或者使用機械泵給樹脂的進入增加輕微的正壓力。CCBM就是用一種特殊的真空袋反復抽真空。”
    Cocquyt在其職業生涯中,曾參與過北海捕魚船和賽艇的復合材料結構的制造,現在其客戶名單里至少有20家船艇制造商。
 “許多造船廠使用的大多是這幾種閉模工藝,因為每一種工藝在產品類型、形狀、尺寸和部件數量方面都具有一定的優勢。”他指出。
    他還認為閉模工藝沒有重大的技術壁壘,“盡管關于成本可能有些錯誤的概念。傳統的開模工藝加工商可能認為浸漬過程所需的耗材(樹脂處理線、真空袋和密封材料)都是額外的花費,但是認真了解過根本的底線后,我認為這些材料將會得到廣泛的應用?!?BR>    他就這一事實給出了證據:“大多或所有在經濟衰退之前就采用閉模工藝的客戶,都已經很順利的度過難關,現在遠遠于其他公司。他們擁有新的生產模式和更高效的生產技術,并用回以前的員工,開始承接大量的訂單?!?BR>    閉模工藝正成為船艇制造行業的主流工藝,這一點也是Scott Lewit職業生涯的重心。作為美國佛羅里達州West Melbourne地區結構復合材料公司(Structural Composites)的總裁,他研究VARTM工藝已達30年之久,30年前,他創立了公司,并開始與美國海軍開展業務往來。
    “盡管閉模工藝的使用正在增多,但大多數船艇仍然是采用手糊/噴涂方法建造的?!彼f,“超過35英尺的大型船艇越來越多的采用樹脂浸漬工藝,因為其成本更低。18英尺以下的小型船艇正慢慢的轉用VARTM工藝,但是過去我們并沒有看到總體數量上的增長?!?BR>    Lewit繼續說到:“加工工藝的選擇與部件非常相關。浸漬工藝適合大型部件,例如船身和甲板,或者需要高纖維含量的部件。RTM可能非常適合小型的大量生產的部件,而VARTM以及LRTM、VIP和CCMB工藝適用于中等產量的中小型部件,而且生產出來的部件表面兩側都比較美觀。這些工藝所帶來的負面影響可能就是設計上的變化,這可能會導致模具的重大改變。”
    結構復合材料公司(Structural Composites)目前正在建造一種輕型戰艦(7.8米和11米),這是美國海軍資助的一項”小型公司創新研究(SBIR)”項目的二期和三期工程的一部分。
   “浸漬工藝可以達到海軍要求的可重復性和層壓質量?!盠ewit解釋說,“采用創新的浸漬工藝設計,我們將結構重量減輕了40%,而且不需要所謂的高級纖維。我們所做的工作還包括開發新的涂層系統以取代膠衣。我們正在開發一系列新的涂層配方,這些產品可以使我們將延伸率從2%提升到100%?!保ㄑ由炻手傅挚贡砻嫖⒘鸭y和吸濕性的彈性性能表現。)