玻璃钢游艇船体工艺检验分析

陈学诚， 郑振豪

(1.中国船级社福州分社， 福建 福州 350000； 2.青岛远洋船员职业学院， 山东 青岛 266071)

玻璃钢游艇船体工艺检验分析

陈学诚1， 郑振豪2

(1.中国船级社福州分社， 福建 福州 350000； 2.青岛远洋船员职业学院， 山东 青岛 266071)

玻璃钢游艇的船体制造环节不仅是游艇制造的基础，而且对安全有着重要影响，本文主要介绍了船体制造工艺检验环节中的重点，论述了玻璃钢材料力学性能的重要性，并提出了检验中的改进意见与建议。

工艺认可 手工积层 真空导入 树脂含量

1 前言

近年来受欧美国家的影响，游艇行业尤其是高端游艇行业在中国市场逐渐发展起来。由于游艇制造在我国是一种新兴的制造产业，国内游艇检验市场刚启动，中国船级社的游艇检验原则是有选泽性、稳步推进游艇检验业务，并着力在游艇高端市场上对检验方面进行不断地深入研究。

2 检验重点及建议

工艺认可是衡量玻璃钢游艇厂制造质量的重要环节，结合当前手工糊制与真空导入工艺的形式，进行工艺评定时应该包括以下内容。

2.1 制定纤维船舶建造成型工艺规程

在造船开工前，工艺流程需制定完成，在建造条件说明中，应包括环境控制、材料贮存和管理。在材料方面，船用增强材料应为认可的无碱玻璃纤维等制品，不应使用中碱玻璃纤维及其织物作为玻璃钢船建造增强材料。在工艺流程中，应详细说明船体的铺敷方法。铺敷成型工艺中，常用的有短切毡和无捻粗纱正交布交替铺敷、或4比1无捻单向布等。而对于夹层板铺敷成型，建议紧靠着芯材两侧的增强材料应为短切原丝毡。

2.2 试板制作

对于采用新的工艺、新的铺层方式或新的树脂及增强材料建造的纤维增强塑料船，在一般情况下，从船体上取样不现实。一般在开工之前，由铺敷人员按送审的工艺流程糊制单层板试板与夹层板，用于验证玻璃钢船体的设计。

待检试板厚度应为主船体最薄处的厚度。一般选取舷侧或船体部位，且制作试板的树脂和增强材料的材质应和船体相同，增强材料的层数和船体相当。在试板脱模之前，如果厂方在有条件的情况下，可用巴柯尔硬度测试仪测量固化程度，这样可预防因试板质量问题而导致试验失败。脱模后，试板应表面平整、均匀、无气泡、无分层和纤维裸露等缺陷，最终厚度测量时其测量点要均匀，不少于10点，最终测量结果不得低于图纸要求。建议由制造厂方提供试板制作过程监控报告，详细记录上述制作过程的中间检验结果。

2.3 试板试验

建议要求制造厂在试验送检之前，向CCS验船师提交试板试验大纲。其内容应至少包含：材料及配合比、试板数量和尺寸、试件数量和尺寸(由检测机构确定)、试验标准、试验项目及试验指标等。其力学性能试验应在中国船级社承认的第三方检测机构或组织进行，并采用公认的试验方法进行以下测试，试验项目包括：树脂(或纤维)含量、强度与模量、单层板的层间剪切强度等。

2.4 工艺试验考核及报告的出具

工艺试验的进行与报告的编写均由行业内认可的检测机构负责，并提交游艇检验的验船师审查。报告内容应详细记录层板试件的强度与模量：压缩、弯曲、拉伸等，同时检测试件的巴柯尔硬度、树脂(或纤维)含量等。夹层板试板需要进行剪切试验，剪切强度应满足该游艇结构计算书中的要求。规范中要求剪切强度应不低于芯材剪切强度的1.33倍，若芯材的剪切强度在该产品出厂时无体现，则芯材也应做剪切试验。另外，夹层面板的试验要求与层板试验相同，可参照执行。

材料各项性能值需满足材料与焊接规范的要求,第三方检验机构只负责试板检测的实际结果，是否合格须认真计算核对。

3 成型方式工艺分析

3.1 手糊工艺

玻璃钢手糊只要简单的模具，所制作的FRP产品受到关于尺寸、形状的限制很小，可与其他材料同时复合制作成一体，如松木、泡沫、PVC材料等，其在我国游艇厂中使用广泛。但也存在着生产效率低，对于批量大的产品不适合；且投入的劳动力多，排放的可挥发有机物(VOC)对操作人员的身体健康会产生不利影响；产品性能低；树脂用量大；产品质量不稳定等缺点。

3.2 玻璃钢真空导入工艺

真空导入工艺是在模具上铺上增强材料，再铺上薄膜和管路，然后抽出薄膜中的空气，运用压力差，使树脂通过管路吸入到铺敷好的玻璃纤维中。浸润纤维直至充满模具，等到固化后揭去真空袋得到所需制品，如图1、图2所示。

图1 真空吸附原理

图2 树脂导入与收集原理

使用真空导入工艺时，使用的树脂比手糊工艺少，得到的玻璃钢产品力学性能也比手糊工艺制作得好，并且在批量生产时，效率也会提高很多。真空导入树脂为闭模环境，有毒空气污染物和挥发性有机物仅在真空泵排气(可过滤)和打开树脂桶时有微量挥发，其VOC排放小于5×10-6[3]。

相对于手糊工艺，真空导入工艺的工艺流程较为复杂，准备工作繁琐，如导流网的布置、纤维交错铺层及粘贴的方式、导流管的固定等。另外，我国真空导入工艺不成熟，人员的培训方面也会使生产成本较高。且真空导入工艺常常会出现树脂浸润不均，补救方法较繁琐，缺陷严重情况下，制品易报废。

4 工艺检验

玻璃钢检验主要针对玻璃钢的组分组成和各种力学指标进行，其中组分检验主要为树脂含量的校核，力学试验主要是夹层板的各项力学指标检验。

4.1 树脂含量的校核

玻璃钢的组成主要是树脂和玻璃钢，其力学特性与积层板中的纤维含量有很大的关系，纤维含量高的结构强度一般较高。使用手糊工艺制作的玻璃

钢游艇层板，树脂含量一般在50%～70%；而真空导入工艺生产的玻璃钢游艇层板，树脂含量常在30%～40%。其结构组成如图3所示。

图3 玻璃钢组成结构

纤维单位面积重量百分比：

积层板厚度：

由式(1)、(2)得

由推导公式可以得出，玻璃钢层板的纤维含量与层板比重的关系，若纤维比重取规格常用的2.5，树脂比重取规格常用的1.2，代入式(3)可得

从式(4)可看出积层板厚与纤维含量的关系是随着纤维含量的增加，积层板厚减小。假设单位面积(1 m2)的积层板玻璃纤维含量是100 g/m2，则板厚和纤维含有量如图4所示。

图4 积层板厚和纤维含量的关系

经过多次试验地验证，与手糊工艺相比，真空导入工艺成型构件的强度与模量提高显著，其详细实验数据如表1所示。

表1 玻璃钢构件成型手糊工艺与真空导入材料对比

玻璃钢游艇的设计极富弹性，树脂含量或纤维含量直接影响到层板的厚度、强度及刚性。每个游艇厂的施工情况不一样，如果员工流动率不大的话，可统计每艘船使用的玻璃纤维、树脂量，即可得到该厂所建造的玻璃钢船的不同树脂含量值，或是纤维含量值Wf，如果再配合积层板的材料试验，可以列出不同的层板厚度、强度等记录，这在游艇的初步设计阶段会有很大益处。

国内游艇制造起步晚，成规模的游艇制造厂家较少，且施工水平良莠不齐，规范中的施工工艺尚存在较多不够详尽的地方。游艇材料的性能检验不能严卡规范要求，其材料组分只能作为检验参考，是否合格的决定性依据应该是材料力学性能实验的结果。因此，建议相关规范无需拘泥于树脂含量的限制，而将重点放在玻璃钢材料的厚度及力学性能方面，若存在不确定时，可以参考ABS和LR关于游艇材料的力学性能的要求，如表2所示。

表2 其他船级社的材料特性参考数据

4.2 夹层板试验

对夹层板试板进行剪切试验，以判断是否满足游艇结构计算书中的要求，其试验要求、方法和结果与层板试验相同。试验时的部位和方法应注意以下两点。

(1) 夹层板的剪切试验：夹层板的结构是中间芯材，上下两面为短切毡糊制成型。夹层板在游艇中的使用部位一般在折角线以上、甲板板及舱壁板等。考虑到游艇在航行过程中受到的剪力弯矩，应把甲板板或折角线以上(舷侧板)作为试验对象，且原则上取最薄处。

(2) 夹层板的面板试验：材料与焊接规范要求夹层板的面板应按照单层板的试验要求验证其力学性能。由于夹层板单层面板厚度约为5 mm，检测机构的夹具往往达不到此精度，因此，可以按照相同的材料与工艺方法再制作一块单层板式样，其厚度等于上下面板厚度总和，再进行试验。

5 结论

玻璃钢游艇制造环节和检验过程中的注意事项较多，在国内游艇检验比较薄弱的今天，有很大的提高空间。我们还需加大技术研发、市场推广、人员培训等投入，并吸引国内外有影响力、品质优良的游艇品牌加入。同时依靠技术与服务，找准产业发展的切入点，参与并发挥积极作用，最终建立相应的品牌，在游艇产业中进一步提升认知度和信任度。

[1] 王继辉.复合材料液体模塑成型技术[M].北京：化学工业出版社，2004.

[2] 王武雄.游艇设计手册[M].台湾：台湾财团法人联合船舶设计中心，1996.

[3] 龚国围,林溪.真空芯材导流工艺在玻璃钢游艇制造中的应用研究[J].广东造船,2010,(4):43-45.

[4] 倪志敏,周海英.关于玻璃钢游艇的建造检验技术[J].船舶检验,2010,(4):59-60.

The Analysis on FRP Yacht Hull Process

CHENG Xue-cheng1, ZHENG Zhen-hao2

(1.Fuzhou Branch, CCS, Fuzhou Fujian 350000, China;2.Qingdao Ocean Shipping Mariners College, Qingdao Shandong 266071, China)

The manufacture of glass-fiber-reinforced plastics yacht hull is the foundation of manufacturing and the major determinants for security. This paper mainly introduces the focus of checking the manufacturing process and discusses the importance of glass-fiber-reinforced plastic material mechanical properties and inspection of the improvement suggestions and opinions.

Craft acceptation Lamination Vacuum infusion process Resin content

陈学诚(1983-)，男，验船师。

U671

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