摘要：本文分析了影響膠衣起泡的主要因素，并提出了相應(yīng)的解決方案。
關(guān)鍵詞：膠衣滲透起泡
1．前言
對于玻璃鋼船舶來說，表層起泡是一種非常嚴(yán)重的缺陷，很多人認(rèn)為它的發(fā)生沒有規(guī)律性，故被稱為“玻璃鋼船舶瘟疫”。很多影響滲透并且可以測量的因素是造成表層起泡的主要原因。所以玻璃鋼船舶制造商可以通過使用更加合適的材料作出更好的選擇。
2.滲透的原理
水進(jìn)入FRP中的空隙中，低摩爾質(zhì)量的物質(zhì)將溶解在水相中。由于溶解物產(chǎn)生濃度差，由濃度差產(chǎn)生的滲透壓將使水由外向空隙中滲透來平衡滲透壓，當(dāng)滲透壓超過樹脂和膠衣的韌性時，將引起開裂，鼓泡就開始擴(kuò)大。
3．原因分析和建議
通過對實驗室的實驗結(jié)果的分析，并結(jié)合相關(guān)的專業(yè)資料，我們認(rèn)為影響起泡的主要因素有以下幾點：
1．工藝操作。
2．膠衣層的質(zhì)量和厚度。
3．添加劑。
4．積層樹脂。
5．玻璃纖維浸潤劑和粘結(jié)劑。
3．1工藝操作
其中工藝操作是最重要的環(huán)節(jié)，因為它是其他方面的前提和基礎(chǔ)。把環(huán)境控制在規(guī)定的溫度和濕度下，進(jìn)行成型加工和原料儲存是很關(guān)鍵的。溫度在16-30℃，相對濕度低于80%是保證充分固化的最佳條件。玻璃纖維會吸收水分從而影響材料間的結(jié)合力并最終影響到積層的固化，簡而言之就是影響到氣泡的產(chǎn)生。膠衣背后的第一層玻纖必須完全被樹脂浸潤，而且還要仔細(xì)用輥子仔細(xì)壓實，以排掉氣泡。充分的后固化不但能大大地提高船舶的機(jī)械力學(xué)性能，而且也提高了船舶的耐水和耐候能力，也就是減少了鼓泡的發(fā)生。我國的造船廠大多數(shù)集中在沿海一帶，空氣濕度大，且我國并不普及除濕設(shè)備，但在一些歐洲的造船廠，不但有專業(yè)的除濕設(shè)備，而且還有專門的烘房用于船舶后固化。一般采用3小時80℃的后固化工藝。
3．2膠衣層的質(zhì)量和厚度
膠衣質(zhì)量的重要性體現(xiàn)在它的抗水解性和致密程度。通過QCT（60℃）實驗進(jìn)行氣泡評估，在相同條件下，標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量的間苯膠衣70小時就發(fā)生氣泡現(xiàn)象，而專門設(shè)計的航海級膠衣（Neogel8373/8375）可以抗500小時。膠衣厚度對抗起泡同樣起著重要的作用。采用鄰苯積層樹脂制成的樣板，如一種航海級的間苯膠衣厚度為0.25毫米，起泡時間為350小時，但將膠衣厚度增加為1毫米，則起泡時間增加為1500小時。顯而易見，如果膠衣厚度太薄，整個產(chǎn)品的性能將會大大的降低。我們可以使用測厚儀（JDR可以免費提供）很方便地測量并控制好膠衣的厚度(我們建議膠衣厚度在0.6mm左右)。也許有人認(rèn)為增加膠衣厚度會增加制造成本，其實膠衣層占整個玻璃鋼船舶的成本是非常小的，而它對產(chǎn)品抗起泡卻起著重要的作用。因此，在生產(chǎn)工藝中我們要控制好這個重要的環(huán)節(jié)。
3．3添加劑
添加劑是一個非常廣泛的定義，包括很多方面，例如催化劑的效果和類型，顏料以及填料等。
AmericanColours公司進(jìn)行的研究表明顏料對鼓泡性的影響是微不足道的，但是他們的研究是基于固體顏料直接添加到膠衣樹脂中的。我們采用更為普及的實驗方法是將顏料以顏料糊的形式按10％和2％的配比加入至膠衣和積層樹脂中的，結(jié)果顯示后者發(fā)生鼓泡的時間明顯較前者短，并且對不同的體系，有著明顯的差別。例如，在實驗中一種酞青藍(lán)色顏料只產(chǎn)生很小甚至不起任何作用，可另一種碳黑顏料卻能產(chǎn)生很大的影響。這就提醒我們的船舶制造商們需要對可能導(dǎo)致船舶鼓泡現(xiàn)象的各種因素進(jìn)行全面的測試。
膠衣中所用填料一般為碳酸鈣和滑石粉，而滑石粉的耐水性要好于碳酸鈣，這是由于他們本身晶體結(jié)構(gòu)決定的，碳酸鈣是不規(guī)則的顆粒狀結(jié)構(gòu)，水分子很容易沿著它和樹脂形成的界面空隙進(jìn)入積層中，而滑石粉是一種片狀結(jié)構(gòu)的填料，它在一定程度上增加了水進(jìn)入積層的路徑，延緩了水進(jìn)入積層的時間，也就是延緩了鼓泡發(fā)生的時間。
過氧化物催化劑是體系中另一種重要物質(zhì)，并同樣對鼓泡有著一定的作用。通過QCT實驗，我們發(fā)現(xiàn)在膠衣和基體樹脂中使用過低劑量的固化劑會使發(fā)生鼓泡現(xiàn)象的時間縮短。首先要關(guān)注固化劑的含水量（含水量最好≤3%）和過氧化物的含量（一般9%）。它對膠衣的固化影響非常大。其次過氧化物固化劑用量也很關(guān)鍵，一般控制在1-2.5%之間。低于1%用量，可能會導(dǎo)致膠衣固化不足，從而影響膠衣的耐水性。法國曾有個很有名的案例，嚴(yán)重起泡的原因最終追溯到不經(jīng)意地將催化劑載體由鄰苯二甲酸酯類換廠換成了二甘醇。這起質(zhì)量事故提醒船舶制造商必須對生產(chǎn)過程中每一個細(xì)節(jié)都進(jìn)行全面控制和檢測。同時我們必須關(guān)注丙酮，它是FRP車間普遍使用的清洗溶劑，實驗表明丙酮對復(fù)合材料抗起泡能力有明顯的不良影響。
3．4積層樹脂
起泡總是發(fā)生在積層或積層和膠衣的界面上，因此積層樹脂的型號和質(zhì)量，增強(qiáng)材料的結(jié)構(gòu)和型號及粘結(jié)劑和尺寸大小都是要考慮的重要方面。
樹脂耐水性通常是這樣的：間苯/新戊二醇＞間苯＞鄰苯。但是這并不是絕對規(guī)律，例如好的鄰苯產(chǎn)品與差的間苯產(chǎn)品并不能輕易下結(jié)論。QCT實驗，采用同樣品質(zhì)的間苯膠衣，鄰苯積層樹脂可以抗70小時而不鼓泡，間苯積層樹脂可以抗120小時，乙烯基積層樹脂可以抗250小時。我們?yōu)椴Ａт摯爸圃焐掏扑]了一種組合系統(tǒng)方案，可以將玻璃鋼船舶的抗起泡時間延長10倍。NEOGEL8373/8375航海級間苯/新戊二醇膠衣，膠衣背面是2-3毫米的ATLAC580ACT，然后是標(biāo)準(zhǔn)的鄰苯船用樹脂。
3．5玻璃纖維浸潤劑和粘結(jié)劑
復(fù)合材料中另外一個最主要的組成就是增強(qiáng)材料----玻璃纖維。在我們的研究中，我們選用了三種不同種類的玻璃纖維織物進(jìn)行對比實驗：
a)乳液粘結(jié)劑和粉末粘結(jié)劑型短切氈
b)方格布和針織氈。
c)各種表面薄氈
不同的玻璃纖維氈會影響發(fā)生鼓泡的時間。玻璃纖維生產(chǎn)商們對每種玻璃纖維織物所用的浸潤劑和粘合劑都采取了適當(dāng)?shù)谋Ｃ艽胧?，因此我們測試中采用的乳液型粘結(jié)劑是一種聚醋酸乙烯酯型的粘合劑，而粉末粘結(jié)劑型是基于一種線型的聚酯。聚醋酸乙烯酯在有水的情況下很易于水解并分解成酸，因此表面突起的滲透鼓泡常常有一種醋酸的味道。
大多數(shù)氈片的性能都差不多，但最差的粉末粘結(jié)劑型短切氈還是要比最好的乳液粘結(jié)劑型短切氈好2~3倍，但我們還很難僅僅憑借其粘結(jié)劑的類型來判定氈片的好壞；無論對粉末型還是乳液型氈片來說，單纖維總是以一種熔液的形態(tài)按一定的形狀固化成為不同溶解度的纖維絲束的。一般來說，使用粉末狀的粘結(jié)劑比乳液型有更好的效果.通過一次性的測試，雙面各只有一層粉末粘結(jié)劑型短切氈增強(qiáng)的強(qiáng)芯氈仍然比乳液型的氈片具有更好的效果。不過，如果增加一層粗方格布將會使出現(xiàn)鼓泡的時間大大地延長。在一次性測試中，基于KEVLAR粗紗為增強(qiáng)材料的復(fù)合材料可以耐3000小時而不鼓泡，這顯然是纖維束中最好的材料。
使用一層表面氈可以使抗?jié)B透能力成倍地增加。我們對玻璃薄氈和合成材料薄氈進(jìn)行測試和檢查，發(fā)現(xiàn)兩者之間對表層出現(xiàn)鼓泡時間的影響沒有太大的差別，雖然合成材料薄氈具有更佳的性能。然而有表面氈的試板抗?jié)B透的能力要明顯強(qiáng)于那些沒有表面氈的試板。
另一方面，我們研究了玻璃纖維氈片的不良結(jié)合對產(chǎn)品的影響以及大量內(nèi)藏空氣是否對產(chǎn)品質(zhì)量有嚴(yán)重危害。結(jié)果表明，以上兩點都在一定程度上減低了產(chǎn)品抗?jié)B透能力，因此在成型過程中始終要保證高水平的品質(zhì)控制。
一般來說，使用粉末狀的粘結(jié)劑比乳液性粘結(jié)劑有更好的耐水效果。使用一層表面氈可以使抗?jié)B透能力成倍地增加。另外如玻璃纖維（包括填料）如儲存不當(dāng)，導(dǎo)致含水率高，會將起泡發(fā)生時間縮短到1/6左右。
4．結(jié)論
總之，影響復(fù)合材料滲透起泡的因素是多種多樣的，同時它們就象一條鏈條上的相互關(guān)聯(lián)的各個環(huán)節(jié)，最薄弱的哪個環(huán)節(jié)限制整根鏈條的強(qiáng)度品質(zhì)。在諸多環(huán)節(jié)中，我們首先要重視良好的操作施工水平，這是影響產(chǎn)品抗?jié)B透起泡能力的最主要環(huán)節(jié)。結(jié)合不牢固，氣泡空隙，溶劑污染和潮濕的玻璃纖維，都會對復(fù)合材料抗?jié)B透起泡性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。其次，膠衣層的質(zhì)量和厚度都會對復(fù)合材料最終抗?jié)B透性產(chǎn)生很大的影響。第三，添加劑（固化劑，促進(jìn)劑等）的型號，性質(zhì)以及用量不當(dāng)，都會大大降低材料抗起泡的能力，縮短發(fā)生起泡的時間。第四，增強(qiáng)膠衣用的積層基體樹脂質(zhì)量也有一定的影響。最后，增強(qiáng)材料的型號，質(zhì)量以及編織方式對抗起泡的時間有實質(zhì)上的影響。
參考文獻(xiàn)
1．沈開酋，不飽和聚酯樹脂及其應(yīng)用，1986
2．詹英榮，玻璃鋼/復(fù)合材料原材料性能與應(yīng)用，1995
關(guān)鍵詞：膠衣滲透起泡
1．前言
對于玻璃鋼船舶來說，表層起泡是一種非常嚴(yán)重的缺陷，很多人認(rèn)為它的發(fā)生沒有規(guī)律性，故被稱為“玻璃鋼船舶瘟疫”。很多影響滲透并且可以測量的因素是造成表層起泡的主要原因。所以玻璃鋼船舶制造商可以通過使用更加合適的材料作出更好的選擇。
2.滲透的原理
水進(jìn)入FRP中的空隙中，低摩爾質(zhì)量的物質(zhì)將溶解在水相中。由于溶解物產(chǎn)生濃度差，由濃度差產(chǎn)生的滲透壓將使水由外向空隙中滲透來平衡滲透壓，當(dāng)滲透壓超過樹脂和膠衣的韌性時，將引起開裂，鼓泡就開始擴(kuò)大。
3．原因分析和建議
通過對實驗室的實驗結(jié)果的分析，并結(jié)合相關(guān)的專業(yè)資料，我們認(rèn)為影響起泡的主要因素有以下幾點：
1．工藝操作。
2．膠衣層的質(zhì)量和厚度。
3．添加劑。
4．積層樹脂。
5．玻璃纖維浸潤劑和粘結(jié)劑。
3．1工藝操作
其中工藝操作是最重要的環(huán)節(jié)，因為它是其他方面的前提和基礎(chǔ)。把環(huán)境控制在規(guī)定的溫度和濕度下，進(jìn)行成型加工和原料儲存是很關(guān)鍵的。溫度在16-30℃，相對濕度低于80%是保證充分固化的最佳條件。玻璃纖維會吸收水分從而影響材料間的結(jié)合力并最終影響到積層的固化，簡而言之就是影響到氣泡的產(chǎn)生。膠衣背后的第一層玻纖必須完全被樹脂浸潤，而且還要仔細(xì)用輥子仔細(xì)壓實，以排掉氣泡。充分的后固化不但能大大地提高船舶的機(jī)械力學(xué)性能，而且也提高了船舶的耐水和耐候能力，也就是減少了鼓泡的發(fā)生。我國的造船廠大多數(shù)集中在沿海一帶，空氣濕度大，且我國并不普及除濕設(shè)備，但在一些歐洲的造船廠，不但有專業(yè)的除濕設(shè)備，而且還有專門的烘房用于船舶后固化。一般采用3小時80℃的后固化工藝。
3．2膠衣層的質(zhì)量和厚度
膠衣質(zhì)量的重要性體現(xiàn)在它的抗水解性和致密程度。通過QCT（60℃）實驗進(jìn)行氣泡評估，在相同條件下，標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量的間苯膠衣70小時就發(fā)生氣泡現(xiàn)象，而專門設(shè)計的航海級膠衣（Neogel8373/8375）可以抗500小時。膠衣厚度對抗起泡同樣起著重要的作用。采用鄰苯積層樹脂制成的樣板，如一種航海級的間苯膠衣厚度為0.25毫米，起泡時間為350小時，但將膠衣厚度增加為1毫米，則起泡時間增加為1500小時。顯而易見，如果膠衣厚度太薄，整個產(chǎn)品的性能將會大大的降低。我們可以使用測厚儀（JDR可以免費提供）很方便地測量并控制好膠衣的厚度(我們建議膠衣厚度在0.6mm左右)。也許有人認(rèn)為增加膠衣厚度會增加制造成本，其實膠衣層占整個玻璃鋼船舶的成本是非常小的，而它對產(chǎn)品抗起泡卻起著重要的作用。因此，在生產(chǎn)工藝中我們要控制好這個重要的環(huán)節(jié)。
3．3添加劑
添加劑是一個非常廣泛的定義，包括很多方面，例如催化劑的效果和類型，顏料以及填料等。
AmericanColours公司進(jìn)行的研究表明顏料對鼓泡性的影響是微不足道的，但是他們的研究是基于固體顏料直接添加到膠衣樹脂中的。我們采用更為普及的實驗方法是將顏料以顏料糊的形式按10％和2％的配比加入至膠衣和積層樹脂中的，結(jié)果顯示后者發(fā)生鼓泡的時間明顯較前者短，并且對不同的體系，有著明顯的差別。例如，在實驗中一種酞青藍(lán)色顏料只產(chǎn)生很小甚至不起任何作用，可另一種碳黑顏料卻能產(chǎn)生很大的影響。這就提醒我們的船舶制造商們需要對可能導(dǎo)致船舶鼓泡現(xiàn)象的各種因素進(jìn)行全面的測試。
膠衣中所用填料一般為碳酸鈣和滑石粉，而滑石粉的耐水性要好于碳酸鈣，這是由于他們本身晶體結(jié)構(gòu)決定的，碳酸鈣是不規(guī)則的顆粒狀結(jié)構(gòu)，水分子很容易沿著它和樹脂形成的界面空隙進(jìn)入積層中，而滑石粉是一種片狀結(jié)構(gòu)的填料，它在一定程度上增加了水進(jìn)入積層的路徑，延緩了水進(jìn)入積層的時間，也就是延緩了鼓泡發(fā)生的時間。
過氧化物催化劑是體系中另一種重要物質(zhì)，并同樣對鼓泡有著一定的作用。通過QCT實驗，我們發(fā)現(xiàn)在膠衣和基體樹脂中使用過低劑量的固化劑會使發(fā)生鼓泡現(xiàn)象的時間縮短。首先要關(guān)注固化劑的含水量（含水量最好≤3%）和過氧化物的含量（一般9%）。它對膠衣的固化影響非常大。其次過氧化物固化劑用量也很關(guān)鍵，一般控制在1-2.5%之間。低于1%用量，可能會導(dǎo)致膠衣固化不足，從而影響膠衣的耐水性。法國曾有個很有名的案例，嚴(yán)重起泡的原因最終追溯到不經(jīng)意地將催化劑載體由鄰苯二甲酸酯類換廠換成了二甘醇。這起質(zhì)量事故提醒船舶制造商必須對生產(chǎn)過程中每一個細(xì)節(jié)都進(jìn)行全面控制和檢測。同時我們必須關(guān)注丙酮，它是FRP車間普遍使用的清洗溶劑，實驗表明丙酮對復(fù)合材料抗起泡能力有明顯的不良影響。
3．4積層樹脂
起泡總是發(fā)生在積層或積層和膠衣的界面上，因此積層樹脂的型號和質(zhì)量，增強(qiáng)材料的結(jié)構(gòu)和型號及粘結(jié)劑和尺寸大小都是要考慮的重要方面。
樹脂耐水性通常是這樣的：間苯/新戊二醇＞間苯＞鄰苯。但是這并不是絕對規(guī)律，例如好的鄰苯產(chǎn)品與差的間苯產(chǎn)品并不能輕易下結(jié)論。QCT實驗，采用同樣品質(zhì)的間苯膠衣，鄰苯積層樹脂可以抗70小時而不鼓泡，間苯積層樹脂可以抗120小時，乙烯基積層樹脂可以抗250小時。我們?yōu)椴Ａт摯爸圃焐掏扑]了一種組合系統(tǒng)方案，可以將玻璃鋼船舶的抗起泡時間延長10倍。NEOGEL8373/8375航海級間苯/新戊二醇膠衣，膠衣背面是2-3毫米的ATLAC580ACT，然后是標(biāo)準(zhǔn)的鄰苯船用樹脂。
3．5玻璃纖維浸潤劑和粘結(jié)劑
復(fù)合材料中另外一個最主要的組成就是增強(qiáng)材料----玻璃纖維。在我們的研究中，我們選用了三種不同種類的玻璃纖維織物進(jìn)行對比實驗：
a)乳液粘結(jié)劑和粉末粘結(jié)劑型短切氈
b)方格布和針織氈。
c)各種表面薄氈
不同的玻璃纖維氈會影響發(fā)生鼓泡的時間。玻璃纖維生產(chǎn)商們對每種玻璃纖維織物所用的浸潤劑和粘合劑都采取了適當(dāng)?shù)谋Ｃ艽胧?，因此我們測試中采用的乳液型粘結(jié)劑是一種聚醋酸乙烯酯型的粘合劑，而粉末粘結(jié)劑型是基于一種線型的聚酯。聚醋酸乙烯酯在有水的情況下很易于水解并分解成酸，因此表面突起的滲透鼓泡常常有一種醋酸的味道。
大多數(shù)氈片的性能都差不多，但最差的粉末粘結(jié)劑型短切氈還是要比最好的乳液粘結(jié)劑型短切氈好2~3倍，但我們還很難僅僅憑借其粘結(jié)劑的類型來判定氈片的好壞；無論對粉末型還是乳液型氈片來說，單纖維總是以一種熔液的形態(tài)按一定的形狀固化成為不同溶解度的纖維絲束的。一般來說，使用粉末狀的粘結(jié)劑比乳液型有更好的效果.通過一次性的測試，雙面各只有一層粉末粘結(jié)劑型短切氈增強(qiáng)的強(qiáng)芯氈仍然比乳液型的氈片具有更好的效果。不過，如果增加一層粗方格布將會使出現(xiàn)鼓泡的時間大大地延長。在一次性測試中，基于KEVLAR粗紗為增強(qiáng)材料的復(fù)合材料可以耐3000小時而不鼓泡，這顯然是纖維束中最好的材料。
使用一層表面氈可以使抗?jié)B透能力成倍地增加。我們對玻璃薄氈和合成材料薄氈進(jìn)行測試和檢查，發(fā)現(xiàn)兩者之間對表層出現(xiàn)鼓泡時間的影響沒有太大的差別，雖然合成材料薄氈具有更佳的性能。然而有表面氈的試板抗?jié)B透的能力要明顯強(qiáng)于那些沒有表面氈的試板。
另一方面，我們研究了玻璃纖維氈片的不良結(jié)合對產(chǎn)品的影響以及大量內(nèi)藏空氣是否對產(chǎn)品質(zhì)量有嚴(yán)重危害。結(jié)果表明，以上兩點都在一定程度上減低了產(chǎn)品抗?jié)B透能力，因此在成型過程中始終要保證高水平的品質(zhì)控制。
一般來說，使用粉末狀的粘結(jié)劑比乳液性粘結(jié)劑有更好的耐水效果。使用一層表面氈可以使抗?jié)B透能力成倍地增加。另外如玻璃纖維（包括填料）如儲存不當(dāng)，導(dǎo)致含水率高，會將起泡發(fā)生時間縮短到1/6左右。
4．結(jié)論
總之，影響復(fù)合材料滲透起泡的因素是多種多樣的，同時它們就象一條鏈條上的相互關(guān)聯(lián)的各個環(huán)節(jié)，最薄弱的哪個環(huán)節(jié)限制整根鏈條的強(qiáng)度品質(zhì)。在諸多環(huán)節(jié)中，我們首先要重視良好的操作施工水平，這是影響產(chǎn)品抗?jié)B透起泡能力的最主要環(huán)節(jié)。結(jié)合不牢固，氣泡空隙，溶劑污染和潮濕的玻璃纖維，都會對復(fù)合材料抗?jié)B透起泡性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。其次，膠衣層的質(zhì)量和厚度都會對復(fù)合材料最終抗?jié)B透性產(chǎn)生很大的影響。第三，添加劑（固化劑，促進(jìn)劑等）的型號，性質(zhì)以及用量不當(dāng)，都會大大降低材料抗起泡的能力，縮短發(fā)生起泡的時間。第四，增強(qiáng)膠衣用的積層基體樹脂質(zhì)量也有一定的影響。最后，增強(qiáng)材料的型號，質(zhì)量以及編織方式對抗起泡的時間有實質(zhì)上的影響。
參考文獻(xiàn)
1．沈開酋，不飽和聚酯樹脂及其應(yīng)用，1986
2．詹英榮，玻璃鋼/復(fù)合材料原材料性能與應(yīng)用，1995
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