徐維霞

（寧波海工集團(tuán)公司，浙江寧波 315834）

0 引言

隨著海軍現(xiàn)代化建設(shè)快速發(fā)展，對(duì)A 型裝備綜合性能的指標(biāo)要求越來越高。隨著近年來A 型裝備的高速發(fā)展，精密度越來越高，對(duì)存放環(huán)境和運(yùn)輸提出了更高的要求。貯運(yùn)箱以前多采用木質(zhì)、金屬材料制作，吸潮后會(huì)發(fā)霉、腐蝕，其抗酸、堿、鹽腐蝕的能力差，防塵密封效果不理想。這類貯運(yùn)箱逐漸被質(zhì)量更輕、綜合性能更加優(yōu)越的復(fù)合材料增強(qiáng)塑料貯運(yùn)箱所代替。目前，在D 型、A 型裝備包裝上，采用玻璃鋼材料制作的貯運(yùn)箱也越來越多[1]。由于A 型裝備經(jīng)常在海邊等惡劣環(huán)境中運(yùn)輸、存儲(chǔ)、使用，對(duì)其防鹽霧、防腐、防潮、抗氧化等方面有很高的要求，這對(duì)貯運(yùn)箱可靠的氣密保壓性能提出了更高的要求。氣密性能良好的貯運(yùn)箱能夠保證裝備在貯存、運(yùn)輸時(shí)始終處于相對(duì)穩(wěn)定的、密封的惰性氣體環(huán)境中，從而能更好地確保產(chǎn)品不受外界惡劣條件（鹽霧、高濕、高溫等）的影響[2]。A 型裝備在貯存、運(yùn)輸時(shí)要求貯運(yùn)箱內(nèi)充10～15 kPa 的氮?dú)?，貯存時(shí)要求12 個(gè)月后箱內(nèi)有正壓，箱內(nèi)氣壓過低，外界環(huán)境中的有害物質(zhì)就容易進(jìn)入貯運(yùn)箱內(nèi)，損傷箱內(nèi)的產(chǎn)品。目前木質(zhì)、金屬、復(fù)合材料玻璃鋼等材料的貯運(yùn)箱在使用過程中都出現(xiàn)過漏氣故障。

1 A 型裝備貯運(yùn)箱的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造工藝

1.1 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

A 型裝備復(fù)合材料貯運(yùn)箱主體分雙層箱壁結(jié)構(gòu)和單層箱壁結(jié)構(gòu)，主要由上箱蓋、下箱體組成，中間有密封圈，鎖緊機(jī)構(gòu)壓緊密封，貯運(yùn)箱還有起吊、鏟運(yùn)、防撞、定位銷、溫濕度顯示、減振緩沖、不開箱電纜檢測(cè)口、接地、排充氣接口等裝置（圖1）。目前，采用單層箱壁結(jié)構(gòu)的A 型裝備復(fù)合材料貯運(yùn)箱的密封效果優(yōu)于雙層箱壁結(jié)構(gòu)的貯運(yùn)箱，采用雙層箱壁結(jié)構(gòu)的貯運(yùn)箱內(nèi)層主要用于密封和存放A 型裝備，外層為強(qiáng)度承受層，單層箱壁結(jié)構(gòu)既是密封層，又是強(qiáng)度承受層。雙層箱壁結(jié)構(gòu)的貯運(yùn)箱發(fā)生漏氣故障時(shí)，不易準(zhǔn)確找到漏氣點(diǎn)，故一但漏氣就很難修復(fù)；單層箱壁的貯運(yùn)箱出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象后，采用一定的查漏方式能快速準(zhǔn)確查到漏氣點(diǎn)，可根據(jù)漏氣原因采取相應(yīng)的方法快速修復(fù)，因此選擇采用單層壁結(jié)構(gòu)制作[3]。

圖1 A 型裝備貯運(yùn)箱主要結(jié)構(gòu)

1.2 貯運(yùn)箱成型制作工藝選擇

根據(jù)貯運(yùn)箱的不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及不同的性能要求，可選擇手糊工藝成型、模壓工藝成型、L-RTM 工藝成型及真空袋膜成型工藝。在各工藝成型過程中，手糊工藝成型時(shí)材料均勻性很難控制，樹脂含量高，綜合機(jī)械性能較低；模壓成型主要應(yīng)用于小型、且強(qiáng)度等性能要求較低的貯運(yùn)箱；L-RTM 工藝成型也是主要用于小型、且強(qiáng)度等性能要求較低的貯運(yùn)箱，采用該工藝制作產(chǎn)品需要陰、陽兩副模具，成本相對(duì)于其他工藝較高；真空袋膜成型工藝制作的產(chǎn)品樹脂含量低、約35%，纖維含量高，產(chǎn)品的強(qiáng)度、機(jī)械性能均優(yōu)于其他成型工藝，是手糊成型工藝的3 倍左右，且產(chǎn)品的玻璃鋼體材料均勻、厚度均勻，并提高了玻璃鋼體的質(zhì)密性，產(chǎn)品的綜合性能最好，能更好地滿足A 型裝備對(duì)貯運(yùn)箱的高性能要求，是選擇最多、最優(yōu)的制作工藝。

2 玻璃鋼復(fù)合材料貯運(yùn)箱漏氣故障原因分析

通過對(duì)在制作過程中及交付客戶長時(shí)間使用后發(fā)生漏氣故障的分析，A 型裝備復(fù)合材料貯運(yùn)箱出現(xiàn)漏氣點(diǎn)較多的部位是零部件安裝孔的位置及復(fù)合材料玻璃鋼箱體層間。

2.1 零部件安裝處漏氣

安裝零部件需要在箱體上開相應(yīng)的各種大小的安裝孔，零部件在箱體上安裝一般采用O 形圈和專用密封膠密封。O 形圈為橡膠材料，在使用一定時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象導(dǎo)致密封失效，專用密封膠固化后在不同溫度、濕度環(huán)境下會(huì)發(fā)生膨脹或收縮，其膨脹、收縮比與玻璃鋼復(fù)合材料的不一至，使用較長時(shí)間后會(huì)導(dǎo)致密封膠與玻璃鋼箱體安裝表面發(fā)生分離而逐漸產(chǎn)生細(xì)小的縫隙，造成密封失效，導(dǎo)致貯運(yùn)箱出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。

2.2 貯運(yùn)箱玻璃鋼體層間漏氣原因分析

（1）充壓變形導(dǎo)致漏氣。復(fù)合材料貯運(yùn)箱箱體主要由表面膠衣層及多層玻璃鋼纖維和樹脂復(fù)合而成的密封層和強(qiáng)度層，玻璃鋼體在成型過程中部分貯運(yùn)箱局部因操作、環(huán)境等因素會(huì)出現(xiàn)機(jī)械強(qiáng)度或剛性不足，貯運(yùn)箱充壓貯存、運(yùn)輸過程中，在內(nèi)壓的作用下，因變形過大會(huì)導(dǎo)致有缺陷的部位出現(xiàn)開裂現(xiàn)象產(chǎn)生微小的細(xì)縫，導(dǎo)致貯運(yùn)箱發(fā)生漏氣現(xiàn)象。

（2）使用噴膠固定纖維引起缺陷。真空袋膜成型鋪氈工序中，因貯運(yùn)箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，鋪每層纖維氈需用3M 噴膠固定，3M 膠是一種不溶于樹脂的膠，規(guī)范操作時(shí)對(duì)樹脂導(dǎo)入及樹脂固化影響很小，如果噴膠過多，膠會(huì)滲入氈料中，在樹脂導(dǎo)入過程中影響樹脂的流動(dòng)性和纖維氈的浸透性，導(dǎo)致出現(xiàn)成型缺陷，質(zhì)密性不好，貯運(yùn)箱在裝配完成后該處出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。

（3）真空袋膜成型系統(tǒng)漏氣引起缺陷。真空袋膜抽真空過程中，如果模具的安裝預(yù)埋件、工裝位置或使用的真空袋膜有針眼缺陷等，樹脂在導(dǎo)入時(shí)，外界空氣會(huì)從針眼部位滲入，在樹脂固化后產(chǎn)生細(xì)小的氣道或氣泡，影響該處的質(zhì)密性而導(dǎo)致漏氣。

（4）導(dǎo)入樹脂帶入空氣對(duì)箱體的影響。樹脂導(dǎo)入工序中，在調(diào)配樹脂攪拌過程中會(huì)帶入小氣泡及樹脂中固化劑與樹脂化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生小氣泡，在向模具中導(dǎo)入樹脂時(shí)，小氣泡隨樹脂一起注入纖維體系，在樹脂導(dǎo)入和凝膠固化過程中，纖維體系中的小氣泡未能全部排出，隨樹脂固化留在了玻璃鋼體中，在局部位置聚集很多小氣泡影響局部質(zhì)密性而出現(xiàn)小缺陷導(dǎo)致箱體漏氣。

（5）鋪纖維氈搭橋、不實(shí)部位窩氣導(dǎo)致缺陷箱體漏氣。貯運(yùn)箱在成型過程中需鋪多層纖維氈，箱體結(jié)構(gòu)有很多圓角及加厚層，圓角處鋪纖維氈時(shí)容易出現(xiàn)搭橋現(xiàn)象，加厚處纖維氈料鋪的不夠?qū)崳w維氈鋪完抽真空、樹脂導(dǎo)入時(shí)，搭橋、不實(shí)部位會(huì)窩空氣，樹脂不能流入填實(shí)，導(dǎo)致該處強(qiáng)度、質(zhì)密性不夠，貯運(yùn)箱使用后會(huì)出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。

（6）貯運(yùn)箱使用后出現(xiàn)局部缺陷引起漏氣。復(fù)合材料貯運(yùn)箱在成型固化過程中，玻璃鋼箱體層間因各種原因產(chǎn)生小氣泡和針孔，這些氣泡、針孔之間在貯運(yùn)箱制作完成時(shí)并不聯(lián)通，貯運(yùn)箱經(jīng)過運(yùn)輸、長時(shí)間使用后會(huì)因振動(dòng)等因素的影響，導(dǎo)致部分貯運(yùn)箱箱體壁中的小氣泡開裂產(chǎn)生細(xì)小的裂縫，多個(gè)裂縫連通，貯運(yùn)箱內(nèi)的氣體會(huì)沿著細(xì)小裂縫滲漏，使貯運(yùn)箱出現(xiàn)壓力異常故障。

3 A 型裝備貯運(yùn)箱漏氣點(diǎn)排查

貯運(yùn)箱在使用過程中出現(xiàn)氣密壓力異常，需進(jìn)行漏氣點(diǎn)排查。先將裝備取出放在規(guī)定位置，合上箱蓋鎖緊，貯運(yùn)箱箱內(nèi)充空氣，充氣壓力30 kPa 左右進(jìn)行查漏。簡單實(shí)用查漏方法有2 種，一種是將充好氣的貯運(yùn)箱放入查漏水箱，檢查沒入水中貯運(yùn)箱四周是否冒氣泡；另一種方法是將洗潔精、水、丙三醇混合，用噴壺噴在貯運(yùn)箱外表面，或用鬃毛刷蘸泡沫水涂抹貯運(yùn)箱四周外表面，漏氣點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)很多小氣泡。

4 A 型裝備貯運(yùn)箱漏氣故障修復(fù)

對(duì)出現(xiàn)漏氣故障的貯運(yùn)箱，在修復(fù)完成后需充氣30±3 kPa 進(jìn)行24 h 保壓、起吊、振動(dòng)、15 d 低壓靜置等試驗(yàn)來驗(yàn)證修復(fù)工藝及貯運(yùn)箱漏氣點(diǎn)修復(fù)的可靠性。

4.1 零部件安裝位置漏氣修復(fù)

用工具拆下出現(xiàn)漏氣位置的零部件，因O 形圈老化原因造成漏氣的更換新的O 形圈，因密封膠膨脹、收縮與貯運(yùn)箱表面分離原因造成漏氣的重新按工藝要求涂上密封膠，并按裝配工藝將零部件安裝在貯運(yùn)箱上。安裝完成后等密封膠凝膠固化后，對(duì)漏氣點(diǎn)位置進(jìn)行檢查及保壓試驗(yàn)，原漏氣點(diǎn)位置應(yīng)無漏氣現(xiàn)象。

4.2 貯運(yùn)箱玻璃鋼體層間滲漏修復(fù)

通過查漏氣的方法準(zhǔn)確找到漏氣位置，并對(duì)其按修復(fù)工藝進(jìn)行修復(fù)。修復(fù)工藝如下：

（1）貯運(yùn)箱箱內(nèi)充氣20 kPa，用電動(dòng)銑刀在漏氣點(diǎn)加工Φ1 mm 孔，但不能打穿箱體壁，用吹塵槍把孔及周邊粉塵清理干凈，用泡沫水確認(rèn)漏氣點(diǎn)，用清洗劑清洗小孔及周邊位置。

（2）在漏氣位置周邊用密封膠帶粘貼成一個(gè)斗形，不能堵住小孔，以防止樹脂滴落到其他地方（圖2）。

圖2 修補(bǔ)位置

（3）擰開直通閥堵頭進(jìn)行放氣，將箱內(nèi)氣體放完后擰緊直通閥。擰開充氣閥堵蓋，將充氣接頭一端安裝在充氣閥上，另一端通過氣管與真空泵連接，開啟真空泵對(duì)貯運(yùn)箱內(nèi)抽氣，箱內(nèi)負(fù)壓抽至（-30±3）kPa 關(guān)閉真空泵。

（4）調(diào)配修復(fù)漏氣點(diǎn)的樹脂，使用與箱體成型同規(guī)格型號(hào)的真空導(dǎo)入樹脂。將樹脂抽入一次性塑料杯中，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)溫濕度，按工藝要求放入固化劑進(jìn)行調(diào)配（1.5%～2%），用攪拌棍把導(dǎo)入樹脂和固化劑攪拌均勻，控制導(dǎo)入樹脂的凝膠固化時(shí)間在20 min 左右；

（5）用注射器抽調(diào)配好的導(dǎo)入樹脂，向Φ1 mm 小孔中注射導(dǎo)入樹脂。在箱內(nèi)負(fù)壓的作用下，樹脂會(huì)沿著小孔慢慢滲入到箱體壁的細(xì)小裂縫中，緩慢注射使樹脂填滿細(xì)小裂縫，直到細(xì)小裂縫中的樹脂凝膠固化后停止注射。

（6）待樹脂完全固化后，清理粘貼的密封膠帶，用打磨機(jī)將多余的樹脂打磨平整，用清洗劑清理灰塵，調(diào)配與貯運(yùn)箱外表面相同顏色的膠衣均勻涂在修補(bǔ)位置，使修復(fù)部位的顏色與周邊的顏色一致。

（7）打開直通閥堵頭，空氣進(jìn)入貯運(yùn)箱內(nèi)，使箱內(nèi)壓力與外界平衡，箱內(nèi)壓力顯示為0 kPa，然后擰緊直通閥堵頭。解除充氣接頭與真空泵氣管連接的一端，并將充氣接頭與空壓機(jī)充氣管連接，打開充氣開關(guān)，向貯運(yùn)箱內(nèi)充氣，壓力至30±3 kPa。

（8）試驗(yàn)驗(yàn)證：①用行車吊起修復(fù)完成的貯運(yùn)箱，行車分別進(jìn)行上、下、左、右高速運(yùn)行對(duì)貯運(yùn)箱做起吊試驗(yàn)；起吊試驗(yàn)完成后，將貯運(yùn)箱放置振動(dòng)臺(tái)，開啟振動(dòng)臺(tái)對(duì)貯運(yùn)箱進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)（模擬貯運(yùn)箱在運(yùn)輸過程中的振動(dòng)），試驗(yàn)完成后，對(duì)貯運(yùn)箱的修復(fù)點(diǎn)（使用噴壺裝洗潔精、水、丙三醇混合液）進(jìn)行檢查，應(yīng)無漏氣現(xiàn)象；②通過起吊、振動(dòng)試驗(yàn)后，貯運(yùn)箱進(jìn)行24 h 保壓試驗(yàn)，24 h 保壓后應(yīng)無壓降；③對(duì)貯運(yùn)箱進(jìn)行低壓靜置試驗(yàn)，將箱內(nèi)壓力降至10±1 kPa，靜置15 d，每天對(duì)箱內(nèi)溫度、環(huán)境大氣壓及箱內(nèi)壓力進(jìn)行記錄，試驗(yàn)后查看貯運(yùn)箱是否有壓降。

目前該貯運(yùn)箱采用的溫濕度壓力顯示裝置顯示的是相對(duì)壓力，壓力顯示會(huì)受環(huán)境溫度及大氣壓變化的影響，可用以下公式判斷貯運(yùn)箱是否漏氣：設(shè)貯運(yùn)箱內(nèi)氣體溫度數(shù)值末次記錄值與初始記錄值之差為T1，貯運(yùn)箱連接的相對(duì)壓力表——溫濕度壓力顯示裝置的末次記錄值與初始記錄值之差P0=（P4-P3）應(yīng)在：-0.4+{0.4T1-（P2-P1）}≤P0≤0.4+{0.4T1-（P2-P1）}區(qū)間，表明貯運(yùn)箱無壓降。其中，P1是貯運(yùn)箱內(nèi)氣體壓力值（相對(duì)壓強(qiáng)）初始記錄時(shí)，貯運(yùn)箱所處環(huán)境大氣壓值（絕對(duì)壓強(qiáng)）；P2是貯運(yùn)箱內(nèi)氣體壓力值（相對(duì)壓強(qiáng)）末次記錄時(shí)，貯運(yùn)箱所處環(huán)境大氣壓值（絕對(duì)壓強(qiáng)）；T1是貯運(yùn)箱內(nèi)氣體溫度值末次記錄值與初始記錄值之差；P0是貯運(yùn)箱內(nèi)氣體壓力值末次記錄值與初始記錄值的差值；P3是貯運(yùn)箱內(nèi)氣體壓力初始記錄值；P4是貯運(yùn)箱內(nèi)氣體壓力末次記錄值；溫濕度壓力顯示裝置的壓力顯示誤差為1 kPa；在同一環(huán)境大氣壓下，箱內(nèi)氣體溫度每上升（下降）1 ℃，箱內(nèi)相對(duì)壓力約上升（下降）0.4 kPa。

5 結(jié)束語

復(fù)合材料玻璃鋼貯運(yùn)箱玻璃鋼層間漏氣修復(fù)是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，經(jīng)過多年的生產(chǎn)、使用及分析探索，使用過多種修復(fù)方法，目前的利用負(fù)壓將樹脂填滿細(xì)小裂縫是一種最可靠的修復(fù)工藝方案。使用該工藝修復(fù)的復(fù)合材料玻璃鋼貯運(yùn)箱在繼續(xù)運(yùn)輸、使用幾年后，原漏氣點(diǎn)修復(fù)位置未再出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。因此，該修復(fù)工藝方法可以推廣應(yīng)用于修復(fù)其他需密封的玻璃鋼復(fù)合材料的層間漏氣。