杜秋峰，隋江華，寧康華，于云飛

(1 大連海洋大學航海與船舶工程學院，遼寧 大連 116023；2 大連環(huán)球國際船舶制造有限公司，遼寧 大連 116047)

玻璃纖維復合材料(俗稱玻璃鋼)具有密度小、強度高、耐腐蝕、可設計性強、易成型、絕熱和節(jié)約能源等優(yōu)點，是建造漁船船體的基本材料。20世紀50年代，美國、日本等國開始用玻璃鋼建造漁船，技術逐漸成熟，并已廣泛應用，且普及率較高[1-3]。20世紀70年代中國開始建造玻璃鋼漁船，但設計和建造技術相對落后[4]。近年來，在國家漁業(yè)漁船管理政策支持下，許多小型玻璃鋼船廠相繼建立，研制利用玻璃鋼建造漁船，但存在漁船建造質量不達標、使用壽命低等缺陷和不足[5]。本文以玻璃鋼漁船的特殊性為出發(fā)點，從模具的建造形式、原材料的選取、成型技術、船體結構形式和復合夾層的船體外板與甲板等方面，對大型玻璃鋼漁船的建造技術進行綜述。

1 大型玻璃鋼漁船的特點

根據《玻璃纖維增強塑料漁業(yè)船舶建造規(guī)范》(2008)和《漁業(yè)船舶法定檢驗規(guī)則》的要求，玻璃鋼漁船可劃分為小型、中型和大型。從漁船的船長、船型、作業(yè)區(qū)域、作業(yè)時間、成型方式和結構形式進行對比(表1)。根據大型玻璃鋼漁船作業(yè)環(huán)境的特殊性可以看出其具有連續(xù)性的特點。作業(yè)時，船體受海浪沖擊，在物資轉載時也受到擠碰，作業(yè)時間可達兩年，而這種連續(xù)性作業(yè)還需要其具有遠洋性特點，即抗風、抗浪、耐水、耐腐蝕和足夠的船體強度[6]；要求其采用混合式結構，艏部外板、折角區(qū)域和船底板等關鍵位置需進行加強[7-8]。

為滿足大型遠洋玻璃鋼漁船的遠洋性和連續(xù)性特點，在建造過程中采用模塊化集成技術，減少現場拼裝制作。例如，油柜、水柜、駕駛臺、機艙蓋、風道可采用模塊化集成技術，模塊與模塊組裝，模塊與船體組裝[9]。施工過程程序化、標準化，保證船體建造質量，縮短船體建造周期[10]。

2 模具建造形式

玻璃鋼漁船在建造時，船體模具的好壞是玻璃鋼漁船成型質量的關鍵因素之一，一個高品質玻璃鋼船的船體模具預示著這艘船已經建成30%[11]。玻璃鋼漁船的船體模具采用骨架成型陰模的方法建造[12-14]。船體的模具可分為整體式和組裝式。整體式模具與游艇模具類似，船體模具為一整體，建造模具時不設置分割點，脫模時采用吊裝脫模的方式，適用于滑行艇和半滑行艇；組裝式模具可拆分，模具建造時設置雙肋位分割點，糊制前整體組裝，脫模時拆分模具，適用于有球鼻艏和艉舵拖的船舶。

表1 玻璃鋼漁船船型、結構、成型方式和作業(yè)環(huán)境對比表

大型玻璃鋼漁船一般有球鼻艏和艉舵拖，采用組裝式船體模具，可避免其后期拼裝，脫模方便安全。以某船舶制造公司承建的大型玻璃鋼遠洋漁船為例，車間寬25 m，高14 m，長70 m，吊車30 t，該船模具高9 m，車間可滿足正常生產需求，該船船體完工后的重量約為80 t，吊裝脫模需要車間高度大于25 m，但由于車間高度和吊車能力的限制，使該船不能采用吊裝脫模的方式。結合車間的情況和船體模具適用性，采用組裝式模具，將船體模具分成10個部分(圖1)，在每個部分的連接處設置雙肋位，預留合攏間隙。建造前，按順序從A2至A5組裝，再安裝A1和A6，測量船體模具型值，確保船體模具精度；脫模時，按反序先拆解A1和A6，再從A5至A2進行拆解，可吊裝脫模產生應力集中點。

圖1 組裝式模具圖

3 原材料選擇

建造大型玻璃鋼漁船的主要原材料包括樹脂、玻璃纖維和芯材。樹脂主要以間苯型樹脂或鄰苯型樹脂為主；玻璃纖維選用300 g/m2的短切氈(M300)和800 g/m2的方格布(R800)；芯材主要以聚氨酯泡沫和硬木為主，夾層板可采用輕木。

原材料選擇關系到船體成型后的質量和強度，船舶部位不同，其性能要求不同，原材料選擇也不相同。如果盲目選材，不但不能發(fā)揮原材料自身特性，影響產品成型質量，還會造成完工后船舶性能達不到設計要求，導致船舶使用壽命下降[15-17]。所以在建造時，要有針對性的選擇原材料：(1)船體選擇耐水性能好、強度高、施工操作性能優(yōu)越的樹脂，如防滲層選用力聯(lián)思430ACT乙烯基樹脂，結構層樹脂選用長興1629或力聯(lián)思A400TV-957型樹脂；船體結構的成型芯材選用密度大于40 kg/m3的聚氨酯泡沫；底龍骨選材為鋼制骨架，澆注樹脂混合砂，澆注材料與船體粘接性能更好，船舶整體結構性能更佳。(2)機艙內表面采用具有阻燃性能的樹脂，如長興2920或力聯(lián)思8175-W-1型樹脂，機艙位置的船體結構芯材選用實木芯材[18-20]，如柳桉木；主機基座選用樹脂混合紗為成型材料，發(fā)電機基座則采用柳桉木作為成型芯材。(3)甲板選用強度好，施工操作性能優(yōu)越的樹脂，如長興1629或力聯(lián)思A400TV-957型樹脂；芯材的選用與船體相同；由于艏樓甲板的重量和強度要求，選用輕木為甲板內的夾層芯材。(4)上層建筑選用樹脂與甲板的相同，根據上層建筑的承載強度要求，其縱向芯材選用柳桉木，橫向芯材選用密度大于40 kg/m3的聚氨酯泡沫。(5)油艙內表面選用具有防腐性質的樹脂，如長興2960或430ACT乙烯基樹脂，結構芯材選用密度大于40 kg/m3的聚氨酯泡沫。(6)水艙內表面選用食用等級的樹脂，如力聯(lián)思430乙烯基樹脂。

4 成型技術

4.1 溫濕度和固化時間的控制

大型玻璃鋼漁船一般采用手工糊制，樹脂與固化劑合理配比量為1%～2.5%。為控制玻璃鋼船體的成型質量，車間內溫度要≥15℃，≤32℃，相對濕度≤85%[17]。應根據施工面積和溫濕度調節(jié)固化劑的配比含量，控制好樹脂的固化時間，這既能避免因樹脂流掛造成船體板厚度不均，也能避免由于未進行脫泡工序而產生樹脂溜膠現象[21]。北方5—10月是黃金季節(jié)，自然條件優(yōu)于南方，有利于玻璃鋼材料的成型，其固化后的性能更佳。

如環(huán)境溫度>32℃，樹脂固化時放熱不完全，出現聚熱現象，導致樹脂固化后性能失效，可采取通風措施，降低施工環(huán)境溫度，滿足施工條件；如環(huán)境溫度<15℃，樹脂內的自由基失去活性，導致樹脂不能正常固化，糊制小型舾裝件可采取在暖房內加熱的措施，糊制大型部件可采取局部加溫的措施，提高施工部位周圍的溫度，避免產生膠化不干現象；如施工環(huán)境相對濕度>85%，樹脂固化過程中水分含量過高，成型后的玻璃鋼會有氣泡，會產生分層現象，可采取烘干玻璃纖維和芯材，降低材料中的水分含量。

4.2 試板測試

試板是檢測船體外板的實際性能是否到達設計要求而做的樣板。試板的拉伸強度與船體中剖面模數的系數有關。試板的彎曲強度與船體板厚度有關，也與桁材的有效腹板面積有關。試板測試，不僅可以作為檢測玻璃鋼船體質量的重要依據，也是設計玻璃鋼船舶的重要數據。

為保證試板的糊制質量與船體相同，試板應與船體同時糊制，這樣，試板與船體具有相同的成型方法、固化時間和積層，試板的性能可代替船體外板的性能。按建造規(guī)范的要求做試板性能檢測[22-23]。表2為間苯樹脂的手糊試板測試數據，可以看出，在規(guī)范要求玻璃鋼船體成型的溫濕度范圍內，正常固化的試板，其性能遠超規(guī)范要求。

表2 試板性能對比表

4.3 合理的積層方法

玻璃鋼漁船在建造時采用多氈或多布疊加成型。多氈疊加的成型方式M+M+R+M+M(M為短切氈，R為方格布)，粘接性好，但僅有一層玻璃纖維方格布增強層板強度，層板強度差，影響船體強度性能[24]；多布疊加的成型方式M+R+R+R+M，三層方格布間沒有短切氈形成的富裕樹脂層，這種方式由于玻璃纖維方格布的樹脂浸潤不夠，導致粘接性不強，成型后容易分層。

大型遠洋玻璃鋼漁船采用氈布交替鋪織的成型方式M+R+M+R+M，不僅保證船體強度，還能避免發(fā)生分層現象。在建造過程中，還要選用合理的積層方法，既能保證厚度和強度的要求，又能避免樹脂固化時放熱，造成的底板收縮量過大等問題。具體積層方法要求：(1)每一次糊制從船頭至船尾一次性連續(xù)完成，按照氈布交替依次鋪層且舷側無斷點。(2)每層搭接位置相互錯開，保證船體內表面平整及整體鋪層均厚，保證船體外板強度，防止產生應力集中點，避免成型疊加時出現接頭突變、厚薄不均的現象[25]。(3)每次糊制厚度不超過5 mm，防止因聚熱而影響樹脂正常固化。(4)在特殊部位如折角、水線以下以及距船艏1/3船長區(qū)域作加強積層。(5)加強層在船體板的基礎厚度上進行糊制，并穿插在船體正常的積層中，可使加強層固化后不會引起外板的過度收縮。

5 船體結構

5.1 深層次連接的混合式船體結構

玻璃鋼材質有剛性不足、柔性有余的特點，當玻璃鋼船船長超過40 m時，船體的總縱強度不能得到保證。為滿足大型遠洋玻璃鋼漁船的遠洋性和連續(xù)性特點，要求船體縱向和橫向結構有足夠的強度，以彌補玻璃鋼船體的剛性不足[26-28]。

在以聚氨酯泡沫為芯材的玻璃鋼船體結構中，其結構強度為玻璃鋼成型的結構強度，聚氨酯泡沫的強度不參與計算，所以同樣的結構材料，其整體結構強度的差別與結構的成型方法有很大關系[29-30]。玻璃鋼漁船用于近海和沿海作業(yè)，其結構形式為縱骨架式或橫骨架式?？v骨架式只能保證縱向結構連續(xù)，橫向結構的連接方式為對接，橫向玻璃鋼結構成型不連貫，對接部位受力后纖維容易受損折斷[31-32]；橫骨架式只能保證橫向結構連續(xù)，縱向結構的連接方式為對接，對接部位受力后也會產生纖維折斷的現象。因此，大型玻璃鋼漁船一般采用深層次連接的混合式船體結構形式，縱橫結構均連續(xù)，縱向結構與船體外板相連，結構無斷點；橫向結構跨在縱向結構上，結構無斷點，分別與船體和縱向結構相連?？v向補強結構嵌入兩橫向結構間，分別與縱向結構和橫向結構相連?；旌鲜降拇w結構分次連續(xù)成型，減少應力集中點，增強了船體的結構性和整體強度。

5.2 復合夾層的船體板與甲板

玻璃鋼漁船一般用于近海和沿海作業(yè)，其船體板和甲板為單層板，在板格間沒有填充物，儲備浮力相對較小，當船體發(fā)生碰撞時，單層船體不能防止破損處滲漏，安全系數相對低一些。為適應大型遠洋玻璃鋼漁船作業(yè)需求和保證漁船安全，船體和甲板為夾層板(圖2)，內外船殼有一定的間距，在深層次連接的混合式船體結構與船體外板(外殼)形成的板格內，填充具有阻燃和密孔性能的聚氨酯泡沫，船體外板(外殼)、混合式船體結構、聚氨酯泡沫和內板(內殼)形成一個復合夾層船體板，可增加船體的儲備浮力。板格間的聚氨酯泡沫可增強船體和甲板的抗沖擊能力，有效保護船體結構，防止污油水腐蝕。

圖2 復合夾層的船體板和甲板

6 結語

從模具的建造形式、原材料選擇、成型技術和船體結構對大型遠洋玻璃鋼漁船的建造技術進行研究，并在承建的某大型玻璃鋼遠洋漁船中應用。根據大型遠洋玻璃鋼漁船遠洋性和連續(xù)性的特點，詳述了組裝式模具在車間條件和船型受限制的情況下比整體式模具更適用；有針對性的選擇原材料能滿足設計性能，延長使用壽命；合理的溫濕度、固化時間、積層方式和方法更能保證大型玻璃鋼漁船的建造質量；深層次連接的混合式船體結構和復合夾層船體板與甲板可提高船體強度。大型遠洋玻璃鋼漁船建造技術的研究有利于提升中國玻璃鋼漁船的建造質量和適用性能，為我國的玻璃鋼漁船研究和發(fā)展提供參考。

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