蘭明華

（中車長江集團(tuán)冷智裝備分公司，湖北武漢 430200）

1 概述

大板式方艙因結(jié)構(gòu)形式簡單，易于批量生產(chǎn)，是軍用裝備標(biāo)準(zhǔn)化、通用化首選，而大板制作是方艙生產(chǎn)重要環(huán)節(jié)，方艙外觀及強(qiáng)度很大程度取決于大板制作質(zhì)量。蒙皮選用1.5mm硬鋁或半硬鋁薄板，采用硬質(zhì)聚氨酯灌注發(fā)泡成形是當(dāng)前較普遍的制板模式。本文在特定設(shè)備設(shè)施及生產(chǎn)工藝條件下，根據(jù)研制實(shí)踐總結(jié)，就大板灌注發(fā)泡中常見質(zhì)量問題進(jìn)行探討，提出相應(yīng)預(yù)防措施。

2 大板灌注發(fā)泡中常見質(zhì)量問題

大板制板后常見質(zhì)量問題有6種，具體如下：

1）制板后大板蒙皮局部出現(xiàn)凹陷，呈明顯波紋狀；

2）制板后大板端梁移位、變形；

3）大板泡沫芯材分層、斷裂；

4）大板空洞、脫層鼓包；

5）大板泡沫芯材顏色不均勻，泡孔粗大；

6）大板“二次發(fā)泡”，穩(wěn)定性差。

3 質(zhì)量問題原因分析

3.1 大板蒙皮局部凹陷

大板從層壓機(jī)脫模，鋁蒙皮局部出現(xiàn)波紋狀凹陷，凹陷深度1～6mm，產(chǎn)生此弊病原因較復(fù)雜，歸納總結(jié)為以下四個(gè)方面：

（1）制板前所選用鋁蒙皮不平整，誤差超出發(fā)泡工序糾正能力。薄鋁板易變形，毛坯料本身不平整，以及在下料、陽極氧化、拼焊等加工工序和轉(zhuǎn)運(yùn)中造成新的變形，將使鋁蒙皮局部平面度誤差超出發(fā)泡工序允許偏差，灌注發(fā)泡后出現(xiàn)大板蒙皮局部凹陷；

（2）多型腔大板灌注順序不合理。聚氨酯灌注發(fā)泡是化學(xué)變化和物理變化相結(jié)合的復(fù)雜過程，化學(xué)反應(yīng)釋放大量反應(yīng)熱，泡沫溫度迅速上升到約200℃，而鋁板熱脹系數(shù)大，受熱伸長產(chǎn)生余量，若多型腔灌注順序安排不合理，造成鋁板蒙皮伸長余量累積在某個(gè)型腔局部，不能及時(shí)鋪展，則大板灌注成形后該型腔就產(chǎn)生鋁蒙皮凹陷變形；

（3）型腔結(jié)構(gòu)跨度過大。寬幅超過2 000mm大板，型腔跨度過大，會(huì)造成發(fā)泡前上鋁蒙皮因自重下陷的弊端，此弊端疊加發(fā)泡過程中鋁蒙皮熱脹作用，大板上蒙皮會(huì)產(chǎn)生凹陷波紋變形；

（4）板鋁蒙皮與邊模間有漏料縫隙，發(fā)泡過程中竄料，并在層壓機(jī)上（或下）模與鋁蒙皮間形成發(fā)泡層，從而導(dǎo)致該處凹陷。

3.2 大板端梁移位、變形

大板灌注發(fā)泡過程中，端梁出現(xiàn)移位、變形，產(chǎn)生此類質(zhì)量問題，首要原因是大板型腔灌注量不準(zhǔn)確、偏大，其次發(fā)泡料溫度偏高，發(fā)泡內(nèi)壓增大，最后是大板定位工裝不合適，受力不均勻，端梁局部受發(fā)泡膨脹力作用變形、移位。

3.3 大板泡沫芯材分層、斷裂

大板發(fā)泡后外觀無異常，但用木槌敲擊局部多處有明顯松動(dòng)，在松動(dòng)處開孔觀察，可見泡沫芯材中間分層斷裂，分層泡沫與鋁蒙皮黏接完好。這類質(zhì)量問題較嚴(yán)重，可導(dǎo)致整塊大板強(qiáng)度降低而報(bào)廢。產(chǎn)生大板泡沫芯材分層、斷裂主要原因是灌注發(fā)泡過程中層壓機(jī)突然松動(dòng)、后又重新壓緊。發(fā)泡料注入型腔后，經(jīng)歷起泡、上升、凝膠、固化四個(gè)過程，耗時(shí)在120～150s，該過程中若層壓機(jī)突然卸壓，大板型腔內(nèi)泡沫體將迅速膨脹，密度降低，繼而層壓機(jī)重又合模壓緊，導(dǎo)致中心層已逐步固化的泡沫蜂窩結(jié)構(gòu)受擠壓破壞，產(chǎn)生分層、斷裂。

3.4 大板空洞、脫層

大板從層壓機(jī)脫模，或者經(jīng)過高溫儲(chǔ)存（70℃）4h后，局部出現(xiàn)鼓包脫層現(xiàn)象，在鼓包處鉆小孔排氣，鼓包消失，該局部蒙皮與泡沫芯材產(chǎn)生脫層，部分鼓包伴隨有空洞。產(chǎn)生大板空洞、脫層質(zhì)量弊病有三方面原因：

（1）發(fā)泡工藝排氣孔安排不合理，型腔排氣不充分，存在氣穴夾雜；

（2）鋁蒙皮內(nèi)表面清潔度差，局部有浮灰、油污等，降低局部泡沫芯材與鋁蒙皮內(nèi)表面黏接力；

（3）發(fā)泡料發(fā)泡速度過快，發(fā)泡劑氣體及型腔內(nèi)空氣排除不及時(shí)，被封閉在局部。

3.5 大板泡沫芯材顏色不均勻，泡孔粗大

大板泡沫芯材從厚度方向截面觀察，顏色深淺不勻，且深色部分泡孔粗大、發(fā)脆。進(jìn)一步對此泡沫芯材做性能檢測，其壓縮強(qiáng)度、保溫性能均大幅下降。產(chǎn)生此類質(zhì)量問題有三方面原因：

（1）發(fā)泡料配方不合適，其中發(fā)泡料組合聚醚（俗稱白料）分散不均勻，混溶性差；

（2）發(fā)泡料存放時(shí)間過長，超出有效期；

（3）發(fā)泡機(jī)存在故障，不能按照發(fā)泡料（A、B）雙組分正常比例計(jì)量灌注。

3.6 大板“二次發(fā)泡”

大板在環(huán)境溫度37℃以上暴曬72h，或者在70℃高溫貯存室內(nèi)貯存4h，大板局部產(chǎn)生鼓包凸起永久性變形，凸起處泡沫芯材厚度增加2～8mm，此為“二次發(fā)泡”質(zhì)量弊病。產(chǎn)生“二次發(fā)泡”主要原因有兩方面：

（1）發(fā)泡料配方不合適，發(fā)泡料體系性能不達(dá)標(biāo)，其中尺寸穩(wěn)定性差，高溫、低溫線性變化率不合格；

（2）發(fā)泡灌注過程沒嚴(yán)格執(zhí)行發(fā)泡工藝參數(shù)，發(fā)泡模具溫度偏低，大板層壓機(jī)內(nèi)固化保壓時(shí)間不夠。

4 預(yù)防措施

4.1 預(yù)防大板蒙皮局部凹陷

（1）嚴(yán)格控制鋁蒙皮板料入庫檢測，拒絕平面度超差鋁板入庫，同時(shí)加強(qiáng)鋁蒙皮零部件加工及轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的過程檢與防護(hù)，要求鋁蒙皮加工各工序平面度超過3mm，須進(jìn)行局部整校，檢驗(yàn)合格后方可轉(zhuǎn)入下序；

（2）固化多型腔大板灌注發(fā)泡工藝，控制層壓機(jī)合模余量1～2mm，按照從左至右的順序依次灌注發(fā)泡，不允許隔腔灌注，保證鋁蒙皮在發(fā)泡過程中充分鋪展；

（3）優(yōu)化大板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使型腔跨度控制在1 000mm以內(nèi)，對特殊原因跨度超過1 000mm的型腔，工藝上須在該型腔內(nèi)預(yù)置等厚度泡沫塊，泡沫塊大小d×50mm×50mm（d為發(fā)泡板厚度），輔助支撐鋁蒙皮，幫助其發(fā)泡過程中充分伸展。泡沫塊放置在型腔中部，間距均勻，刷膠與鋁蒙皮黏接牢固。

（4）優(yōu)化大板工藝設(shè)計(jì)，工藝文件中鋁蒙皮下料尺寸須預(yù)留15mm發(fā)泡工序裝模搭接量，保證上、下鋁蒙皮與四周邊模裝配時(shí)無竄料縫隙。

4.2 預(yù)防大板端梁移位、變形

（1）準(zhǔn)確計(jì)算型腔灌注量，選擇合適的壓縮比及過填充系數(shù)。通常壓縮比不超過1.8，過填充系數(shù)控制在1.1～1.2。若壓縮比超過1.8，則須重新調(diào)整發(fā)泡料配方，提高發(fā)泡料自由密度；

（2）控制發(fā)泡料溫度在22℃±2℃；

（3）優(yōu)化端梁定位工裝，由點(diǎn)接觸改面接觸，使整根端梁受力均勻。

4.3 預(yù)防大板泡沫芯材分層、斷裂

（1）特殊工序關(guān)鍵設(shè)備須做好日常維護(hù)，有問題早發(fā)現(xiàn)、早報(bào)告，不使用帶病設(shè)備勉強(qiáng)生產(chǎn)。發(fā)泡機(jī)、層壓機(jī)須定期檢修，杜絕在灌注發(fā)泡過程中設(shè)備突然出現(xiàn)故障；

（2）明確工藝紀(jì)律，在大板灌注過程中禁止人為松動(dòng)層壓機(jī)。層壓機(jī)合模后應(yīng)啟動(dòng)鎖模功能，直至保壓結(jié)束。

4.4 預(yù)防大板空洞、脫層

（1）合理布置排氣孔。通常型腔四角處各安排一個(gè)φ6排氣孔，其余部位按300mm間距再增設(shè)排氣孔。特殊結(jié)構(gòu)，如孔口框局部，可適當(dāng)增加排氣孔，便于局部死角充分排氣；

（2）加強(qiáng)發(fā)泡工序鋁蒙皮清潔度檢測。陽極氧化后的鋁蒙皮內(nèi)表面局部若有浮灰、油污等，須用酒精（或丙酮）擦拭干凈，若鋁蒙皮需在發(fā)泡工序存放24h以上，則須用干凈帆布（或塑料薄膜）覆蓋，防污染；

（3）調(diào)整發(fā)泡料配方性能，控制起泡時(shí)間約20s，控制發(fā)泡料溫度22℃±2℃。

4.5 預(yù)防大板泡沫芯材顏色不均勻，泡孔粗大

（1）選擇合格發(fā)泡料供應(yīng)商，從源頭上控制發(fā)泡料性能。每一批次發(fā)泡料入庫，須有各項(xiàng)檢測指標(biāo)報(bào)告，必要時(shí)取樣進(jìn)行手工泡試驗(yàn)，手工泡小樣合格，才能辦理入庫；

（2）發(fā)泡料庫存遵循先進(jìn)先出原則，保證現(xiàn)場使用的發(fā)泡料在有效期內(nèi)，禁止使用過期發(fā)泡料；

（3）發(fā)泡工序每天開班前，須做機(jī)打小樣驗(yàn)證，機(jī)打小樣合格方可生產(chǎn)。若機(jī)打小樣出現(xiàn)顏色不均勻，泡孔粗大弊病，則須立即檢修發(fā)泡機(jī)，保證發(fā)泡料雙組分按正常比例計(jì)量。

4.6 預(yù)防大板“二次發(fā)泡”

（1）調(diào)整發(fā)泡料配方，選擇尺寸穩(wěn)定性良好的發(fā)泡料體系，其泡沫高、低溫線性變化率≤1.5；

（2）加強(qiáng)發(fā)泡工序工藝紀(jì)律檢查，保證發(fā)泡模具溫度35±5℃及大板固化保壓時(shí)間。

5 結(jié)束語

隨著軍用方艙“輕量化”要求逐步提上日程，方艙大板制作將面臨新材料新工藝的變革，同時(shí)在世界聚氨酯工業(yè)發(fā)展推動(dòng)下，大板制作工藝也將向環(huán)保、節(jié)能方向加快步伐。