夾芯結(jié)構(gòu)材料助推玻璃鋼船艇輕質(zhì)高強和低碳

tech

—— 淺析DIAB真空導流“三明治”夾芯理念和實踐

夾芯結(jié)構(gòu)材料用于玻璃鋼夾層，形成“三明治”夾芯結(jié)構(gòu)物，現(xiàn)已大量應(yīng)用于船艇領(lǐng)域。據(jù)從事夾芯結(jié)構(gòu)材料技術(shù)前沿的瑞典DIAB公司表述，五十多年來，無數(shù)船艇的制造不斷地采用了夾芯結(jié)構(gòu)材料，其種類涉及到游艇、快艇、救生艇、賽艇、各類工作艇、漁船、渡船、軍用艦艇、海岸巡邏艇等，從而達到和實現(xiàn)了在速度、強度、可靠性、舒適、高效率和使用壽命等性能上的高水平。當前，全球面臨低碳經(jīng)濟，船艇采用夾芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計制造，在提高航速、節(jié)約能源、減少排放等方面實現(xiàn)了真正的“低碳”，因此，船艇領(lǐng)域采用夾芯結(jié)構(gòu)設(shè)計是理想和必然的選擇。
將夾芯結(jié)構(gòu)應(yīng)用到船艇設(shè)計制造中，真空導流工藝是關(guān)鍵技術(shù)。在全球夾芯結(jié)構(gòu)材料的制造供應(yīng)商中，唯有DIAB持有Core Infusion技術(shù)注冊商標的真空導流技術(shù)。三十年來，“DIAB科技”充分利用夾芯結(jié)構(gòu)的理念，以其的經(jīng)驗和專業(yè)知識參與了全球各類船艇制造的技術(shù)支持，從結(jié)構(gòu)設(shè)計、鋪成設(shè)計、工藝設(shè)計到現(xiàn)場的培訓、生產(chǎn)和測試指導，形成了完整的全方位的服務(wù)體系。
在真空導流的工藝過程中，樹脂的流動需要遵循的基本原則是——全面性、均勻性、可控制性，這三方面是我們設(shè)計樹脂流動策略（流道）的出發(fā)點。樹脂流道的設(shè)置一般分為以下幾種常見的方式：順序流動，即樹脂依次按同向順序接力流動，四周進膠，由周長方向向中心抽氣端包圍狀流；中間進膠，即樹脂以放射狀從中間向四周擴散流動；交替導流，進膠管和抽氣管交替布置；分支導流，即采用主管加支管的導流方式。每種方式都有其優(yōu)缺點，應(yīng)根據(jù)實際的鋪層情況、模具面積和模具幾何分布來確定具體采用哪種流道?？傮w而言，順序流動適合平面無拐角的部件，而分支導流適合有L形立面的部件。在進行流道設(shè)計時，采用“充分的平板試驗+歷史經(jīng)驗+軟件模擬”的三步法，無論任何產(chǎn)品，都要進行充分的平板試驗，以了解鋪層的基本滲透效率。對于簡單幾何形狀的部件，采用歷史經(jīng)驗來確定流道；而對于復(fù)雜的構(gòu)件，采用有限元軟件對樹脂流動過程進行電腦動態(tài)模擬，以檢查并確保流動滿足上述三個原則，從而實現(xiàn)萬無一失的導流結(jié)果。
在單板結(jié)構(gòu)的真空導流中引入夾層結(jié)構(gòu)，對夾芯材料提出力學性能的要求，強度剛度高、堅韌、閉孔結(jié)構(gòu)等，通過導流并與FRP面層形成堅硬的三明治“甲殼”。采用夾芯結(jié)構(gòu)與FRP單板結(jié)構(gòu)、鋁材、鋼材相比，在保持強度的同時明顯減輕了重量、增加了剛度，在基本不增加重量的情況下，通過增加芯材的厚度，獲得更高的強度和剛度；更高的剛度在減少支撐結(jié)構(gòu)同時，進一步減輕重量，同時，閉孔夾芯材料可以同時起到吸振緩沖、隔音絕熱的作用。采用夾芯結(jié)構(gòu)，給設(shè)計帶來更大的自由度，夾芯的復(fù)合曲線形狀可以容易于組合，外部表層可以被確地對準載荷路徑方向，從而使結(jié)構(gòu)更趨完整和優(yōu)化。采用夾芯結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了出眾的強重比，提供了船艇工作的更高速、更遠程、更大的載荷能力及相應(yīng)的降低功率需求量。以船舶艦艇行業(yè)為例，一艘36尺游艇通過夾層和工藝的提升，實現(xiàn)了38%的減重，除了船舶加速的操作性上大大得到了提升之外，其最大航速由有原來的35節(jié)提升到37.5節(jié)，滿速續(xù)航力由原來的333公里提高到583公里，換言之意味著更低的油耗，為船艇產(chǎn)品的運營帶來了寶貴的低碳效應(yīng)。
戴鉑公司當前在處于夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料發(fā)展的前沿，倡導使用“三明治”夾芯理念來制造比由鋼、鋁、木材制成的結(jié)構(gòu)重量輕得多，強度大得多的結(jié)構(gòu)。DIAB這個“結(jié)構(gòu)”，由船艇延伸到交通運輸?shù)挠熊夒娷嚒⒐财?、輕軌地鐵、高速動車；延伸到航空航天飛行器的內(nèi)飾件、結(jié)構(gòu)件；延伸到輕型建筑、節(jié)能建筑。延伸到風能領(lǐng)域里，除了傳統(tǒng)的風機葉片上的廣泛應(yīng)用，著重圍繞1.5MW級40m左右葉片圍繞的“三明治”結(jié)構(gòu)件。
*本文得到了DIAB中國公司曾鳴工程師提供的資料和數(shù)據(jù)，需深入討論者可聯(lián)系曾鳴電話：15962505770。