方舱大板灌注发泡中常见质量问题及预防措施

兰明华

（中车长江集团冷智装备分公司，湖北武汉 430200）

1 概述

大板式方舱因结构形式简单，易于批量生产，是军用装备标准化、通用化首选，而大板制作是方舱生产重要环节，方舱外观及强度很大程度取决于大板制作质量。蒙皮选用1.5mm硬铝或半硬铝薄板，采用硬质聚氨酯灌注发泡成形是当前较普遍的制板模式。本文在特定设备设施及生产工艺条件下，根据研制实践总结，就大板灌注发泡中常见质量问题进行探讨，提出相应预防措施。

2 大板灌注发泡中常见质量问题

大板制板后常见质量问题有6种，具体如下：

1）制板后大板蒙皮局部出现凹陷，呈明显波纹状；

2）制板后大板端梁移位、变形；

3）大板泡沫芯材分层、断裂；

4）大板空洞、脱层鼓包；

5）大板泡沫芯材颜色不均匀，泡孔粗大；

6）大板“二次发泡”，稳定性差。

3 质量问题原因分析

3.1 大板蒙皮局部凹陷

大板从层压机脱模，铝蒙皮局部出现波纹状凹陷，凹陷深度1～6mm，产生此弊病原因较复杂，归纳总结为以下四个方面：

（1）制板前所选用铝蒙皮不平整，误差超出发泡工序纠正能力。薄铝板易变形，毛坯料本身不平整，以及在下料、阳极氧化、拼焊等加工工序和转运中造成新的变形，将使铝蒙皮局部平面度误差超出发泡工序允许偏差，灌注发泡后出现大板蒙皮局部凹陷；

（2）多型腔大板灌注顺序不合理。聚氨酯灌注发泡是化学变化和物理变化相结合的复杂过程，化学反应释放大量反应热，泡沫温度迅速上升到约200℃，而铝板热胀系数大，受热伸长产生余量，若多型腔灌注顺序安排不合理，造成铝板蒙皮伸长余量累积在某个型腔局部，不能及时铺展，则大板灌注成形后该型腔就产生铝蒙皮凹陷变形；

（3）型腔结构跨度过大。宽幅超过2 000mm大板，型腔跨度过大，会造成发泡前上铝蒙皮因自重下陷的弊端，此弊端叠加发泡过程中铝蒙皮热胀作用，大板上蒙皮会产生凹陷波纹变形；

（4）板铝蒙皮与边模间有漏料缝隙，发泡过程中窜料，并在层压机上（或下）模与铝蒙皮间形成发泡层，从而导致该处凹陷。

3.2 大板端梁移位、变形

大板灌注发泡过程中，端梁出现移位、变形，产生此类质量问题，首要原因是大板型腔灌注量不准确、偏大，其次发泡料温度偏高，发泡内压增大，最后是大板定位工装不合适，受力不均匀，端梁局部受发泡膨胀力作用变形、移位。

3.3 大板泡沫芯材分层、断裂

大板发泡后外观无异常，但用木槌敲击局部多处有明显松动，在松动处开孔观察，可见泡沫芯材中间分层断裂，分层泡沫与铝蒙皮黏接完好。这类质量问题较严重，可导致整块大板强度降低而报废。产生大板泡沫芯材分层、断裂主要原因是灌注发泡过程中层压机突然松动、后又重新压紧。发泡料注入型腔后，经历起泡、上升、凝胶、固化四个过程，耗时在120～150s，该过程中若层压机突然卸压，大板型腔内泡沫体将迅速膨胀，密度降低，继而层压机重又合模压紧，导致中心层已逐步固化的泡沫蜂窝结构受挤压破坏，产生分层、断裂。

3.4 大板空洞、脱层

大板从层压机脱模，或者经过高温储存（70℃）4h后，局部出现鼓包脱层现象，在鼓包处钻小孔排气，鼓包消失，该局部蒙皮与泡沫芯材产生脱层，部分鼓包伴随有空洞。产生大板空洞、脱层质量弊病有三方面原因：

（1）发泡工艺排气孔安排不合理，型腔排气不充分，存在气穴夹杂；

（2）铝蒙皮内表面清洁度差，局部有浮灰、油污等，降低局部泡沫芯材与铝蒙皮内表面黏接力；

（3）发泡料发泡速度过快，发泡剂气体及型腔内空气排除不及时，被封闭在局部。

3.5 大板泡沫芯材颜色不均匀，泡孔粗大

大板泡沫芯材从厚度方向截面观察，颜色深浅不匀，且深色部分泡孔粗大、发脆。进一步对此泡沫芯材做性能检测，其压缩强度、保温性能均大幅下降。产生此类质量问题有三方面原因：

（1）发泡料配方不合适，其中发泡料组合聚醚（俗称白料）分散不均匀，混溶性差；

（2）发泡料存放时间过长，超出有效期；

（3）发泡机存在故障，不能按照发泡料（A、B）双组分正常比例计量灌注。

3.6 大板“二次发泡”

大板在环境温度37℃以上暴晒72h，或者在70℃高温贮存室内贮存4h，大板局部产生鼓包凸起永久性变形，凸起处泡沫芯材厚度增加2～8mm，此为“二次发泡”质量弊病。产生“二次发泡”主要原因有两方面：

（1）发泡料配方不合适，发泡料体系性能不达标，其中尺寸稳定性差，高温、低温线性变化率不合格；

（2）发泡灌注过程没严格执行发泡工艺参数，发泡模具温度偏低，大板层压机内固化保压时间不够。

4 预防措施

4.1 预防大板蒙皮局部凹陷

（1）严格控制铝蒙皮板料入库检测，拒绝平面度超差铝板入库，同时加强铝蒙皮零部件加工及转运过程中的过程检与防护，要求铝蒙皮加工各工序平面度超过3mm，须进行局部整校，检验合格后方可转入下序；

（2）固化多型腔大板灌注发泡工艺，控制层压机合模余量1～2mm，按照从左至右的顺序依次灌注发泡，不允许隔腔灌注，保证铝蒙皮在发泡过程中充分铺展；

（3）优化大板结构设计，使型腔跨度控制在1 000mm以内，对特殊原因跨度超过1 000mm的型腔，工艺上须在该型腔内预置等厚度泡沫块，泡沫块大小d×50mm×50mm（d为发泡板厚度），辅助支撑铝蒙皮，帮助其发泡过程中充分伸展。泡沫块放置在型腔中部，间距均匀，刷胶与铝蒙皮黏接牢固。

（4）优化大板工艺设计，工艺文件中铝蒙皮下料尺寸须预留15mm发泡工序装模搭接量，保证上、下铝蒙皮与四周边模装配时无窜料缝隙。

4.2 预防大板端梁移位、变形

（1）准确计算型腔灌注量，选择合适的压缩比及过填充系数。通常压缩比不超过1.8，过填充系数控制在1.1～1.2。若压缩比超过1.8，则须重新调整发泡料配方，提高发泡料自由密度；

（2）控制发泡料温度在22℃±2℃；

（3）优化端梁定位工装，由点接触改面接触，使整根端梁受力均匀。

4.3 预防大板泡沫芯材分层、断裂

（1）特殊工序关键设备须做好日常维护，有问题早发现、早报告，不使用带病设备勉强生产。发泡机、层压机须定期检修，杜绝在灌注发泡过程中设备突然出现故障；

（2）明确工艺纪律，在大板灌注过程中禁止人为松动层压机。层压机合模后应启动锁模功能，直至保压结束。

4.4 预防大板空洞、脱层

（1）合理布置排气孔。通常型腔四角处各安排一个φ6排气孔，其余部位按300mm间距再增设排气孔。特殊结构，如孔口框局部，可适当增加排气孔，便于局部死角充分排气；

（2）加强发泡工序铝蒙皮清洁度检测。阳极氧化后的铝蒙皮内表面局部若有浮灰、油污等，须用酒精（或丙酮）擦拭干净，若铝蒙皮需在发泡工序存放24h以上，则须用干净帆布（或塑料薄膜）覆盖，防污染；

（3）调整发泡料配方性能，控制起泡时间约20s，控制发泡料温度22℃±2℃。

4.5 预防大板泡沫芯材颜色不均匀，泡孔粗大

（1）选择合格发泡料供应商，从源头上控制发泡料性能。每一批次发泡料入库，须有各项检测指标报告，必要时取样进行手工泡试验，手工泡小样合格，才能办理入库；

（2）发泡料库存遵循先进先出原则，保证现场使用的发泡料在有效期内，禁止使用过期发泡料；

（3）发泡工序每天开班前，须做机打小样验证，机打小样合格方可生产。若机打小样出现颜色不均匀，泡孔粗大弊病，则须立即检修发泡机，保证发泡料双组分按正常比例计量。

4.6 预防大板“二次发泡”

（1）调整发泡料配方，选择尺寸稳定性良好的发泡料体系，其泡沫高、低温线性变化率≤1.5；

（2）加强发泡工序工艺纪律检查，保证发泡模具温度35±5℃及大板固化保压时间。

5 结束语

随着军用方舱“轻量化”要求逐步提上日程，方舱大板制作将面临新材料新工艺的变革，同时在世界聚氨酯工业发展推动下，大板制作工艺也将向环保、节能方向加快步伐。