玻璃钢艇体维修技术

第六节　玻璃钢艇体维修技术

在使用纤维增强塑料建造的船艇中，损坏分为两类：一是由碰撞或其他极端力造成的；二是由设计或制造缺陷引起。

纤维增强塑料船艇的维修比其他材料船艇要容易些，但恰当的准备工作和工艺措施是关键。

一、损伤类型

1）表面损伤

裂纹、磨损和起泡是玻璃钢损伤的普遍类型（图11-8），这些损伤一般深度不足2mm。损伤没有延伸到主增强材，不影响结构强度，然而如果不及时发现和修补，这些表面损伤在水的侵袭下会导致更大的损伤。裂纹还表示高应力的存在。

图11-8　表面损伤：裂纹、凹陷、磨损和气泡

2）积层板损伤

在玻璃钢的基体材料中，极限荷载会造成裂缝、穿孔、压碎和脱层。脱层经常暗示着法向外力导致的结构断裂，又可以归结为两类：局部损伤和贯穿损伤（图11-9）。

图11-9　积层板损伤：局部损伤和贯穿损伤

3）过渡连接件剥层

诸如舱壁或甲板与船壳的连接由层叠的纤维增强材料贴敷而成，这种连接属于二次胶接，且转角连接覆层趋于应力集中，易导致脱层和剥落（图11-10）。

图11-10　转角接头损伤

二、修补材料

1）树脂

维修的完整性将取决于修补树脂和已有积层板的二次连接强度。当积层板固化时，树脂分子交联变强，形成强的三维聚合物网络。当与固化的积层板二次连接时，交联反应不能够达到发生穿越键合的程度，因此聚合物分子键的连接是不连续的，由采用树脂的黏结强度决定整体连接强度。间苯聚酯、乙烯基酯或者环氧树脂都是玻璃钢维修和更换的优先选择对象。考虑强度、费用和工艺的难易程度时，应当推荐间苯聚酯和乙烯基酯树脂。尽管环氧树脂具有高黏度，得到的积层板的机械强度高，并且比聚酯和乙烯基酯有更长的自身活性时间，是理想的紧急维修材料。但它与聚酯树脂和乙烯基酯树脂不能很好地结合，因此一般不推荐两者混合使用。

2）纤维增强材料

假如可行，应当尽量使用与本体相同的纤维增强材料，特别是如果部件被严重加载和操作接近设计极限时。如果选择替换的纤维增强材料，应当与要维修的材料在形式上相似。

三、损伤探测

1）目测

目测表面缺陷（裂纹、边缘脱层等），使用锋利的钉子、小刀或尺子会更明显地发现缺陷的深度。沿表面的明显裂纹可能是更大脱层的边缘。

2）锤声探

锤声探是一种非常有效的检测玻璃钢积层板翘裂和脱层的方式。探测空隙需要用锤子反复敲打关注的区域，先要听一下非损伤部分的感觉，然后对损伤和非损伤积层板的声音特征作个对比。敲打非损伤积层板产生沉闷的声音，而翘裂和脱层积层板的声响则更清脆，把手放到发声的表面，会感觉损伤积层板敲打时的振动，损伤范围可以通过锤击声相当精确地确定。

损伤区域应当用记号笔或油漆笔划出修理范围。

四、表面清洁

如果积层板受过海水的污染，应当彻底地用淡水冲洗该区域，并使该区域起码干燥48小时，可以用加热灯、电吹风、热气枪和工业热风机来加速干燥过程。

如果表面有油污物，应当用丙酮擦洗表面。

压缩空气应当用来清理要维修的区域，因为表面可能积着油、水或其他污染物，还要吹除隔缝里的玻璃纤维粉尘。

五、损伤积层板的清理

对于局部未穿透厚度的损伤，可以用16～40目的砂轮机移除损伤的积层板，创伤面可以用60～80目的砂轮磨平。对于大面积的玻璃钢移除可以用木凿或气凿削掉损伤板层。图11-11中的积层板刨可以有效地去除胶衣和玻璃钢积层板，并且在很大程度上减少粉尘和微粒物质。每刨一次可以切掉6mm的积层板，并留下光滑的表面。

图11-11　用积层板刨清理出修复表面

对贯穿厚度的损伤可以用圆锯去除损伤的积层板。

需修补的边缘应修约成12∶1的斜坡。

六、铺层方案

把创面清理削斜以后，就可以开始铺层修复。修复的方式有两种：一是增强纤维铺层与原来的铺层对接，从底下最小一层铺起，向上铺第二层时略大一点点，而且都接触到切口（图11-12（a））。要铺设的布预先剪裁得稍大一点，在积层就位时精确裁剪，避免在接触切口时留下空隙，因为这样会造成接缝处树脂富集，并导致纤维无连接力。二是平斜铺设，第一层在底面平铺，切口处斜铺，封闭了切口，自下而上，一层比一层缩小面积，如图11-12（b）那样平斜铺设。

图11-12　铺设方案

（a）对接铺设；（b）平斜铺设

如果创面（需修补的面积）较大，增强纤维铺层需要进行拼接时，相邻铺层间采用重叠或对接方式取决于布边的性质。

若是宽度方向（窄边，即纬纱纤维方向）应该重叠。相邻铺层边缘至少应重叠25mm宽。

纵长方向（纤维连续端，即经纱方向）则应该对接。对接接头上下两层应当错开150mm（图11-13）。

图11-13　重叠和对接要求

七、铺糊工艺

修补大多采用手工铺糊，通常是在需要铺层的地方涂敷一层树脂，然后使纤维增强材料浸润树脂，这种做法会减少铺层中裹胁空气的机会。如果把干的纤维层直接铺垫，再涂敷树脂，会不可避免地导致空气泡问题。增强材料铺层应当充分湿透，并用小压辊压实，在上一层铺设前排出所有空气和多余的树脂。接着再铺一层纤维，同样操作，直到积层到想要的厚度。

当在倾斜表面或者顶上表面铺糊积层板时，在纸板上预浸小片玻璃纤维增强材料或许有益，然后把增强材料敷到涂有树脂的表面上去，如果有多余的树脂应马上吸干，关键是不要让增强材料的边缘掉下来。

一次可以积层的厚度取决于采用的树脂、维修的尺寸和生产环境。在树脂工作温度上限附近，大面积积层很多层会造成“温升”过高并“烘烤”树脂，使之变脆、快速固化也会导致过度收缩。通常，大约6mm积层厚度应该是一次积层达到的最大厚度。更多的积层可以在温度下降后继续铺设。

积层质量要求：

（1）没有凹坑、裂缝、裂纹、脱层或者污染物内陷在积层板中。

（2）没有树脂褐色的痕迹或其他极端的放热情况。

（3）没有白层那样的未浸透增强材料。

（4）增强材料没有褶皱，没有大于12mm的空隙。

大于12mm的空隙应该用树脂注射修补，可以钻两个5mm的孔到空隙区域，一个用于注入树脂，另一个排出空气和检验树脂是否填满。

维修的表面应该平滑并和周围轮廓一致。使用Barcol硬度计按树脂厂的规定测量固化程度。

积层板修复后，为使表面光洁，最外表的一层纤维应采用表面毡，再涂胶衣树脂，然后磨砂及抛光。

八、局部损伤积层板的修复

图11-9（a）为局部损伤的形式，当积层板的损伤没有贯穿全部厚度时，称为局部损伤。其修补过程如下：

接头可以开成单面斜坡的形式或阶梯形，如图11-14（a）所示。

首先移除松散和断裂的玻璃钢，使用60目的砂轮移除破损周围的胶衣和油漆，吸走灰尘

图11-14　修补区域的准备

（a）单侧斜切维修；（b）双侧斜切维修

并使用丙酮清洗表面油污，确定损伤范围。如果损伤深度能够确定，则可用圆片锯、凿子或者砂轮做一系列近距离的切削，提高清理受损区域的速度。

使用16～40目的砂轮打磨切口周边，使其光滑均匀和按12∶1坡度削斜。不能有尖锐的边缘或凸起，转角要打圆。

用60目的砂轮，从切口边缘至少移除50mm宽的油漆和涂料，但不要损伤胶衣。如果要在表面贴敷附加的增强材料，则要把胶衣打磨掉一定范围，以便在上面积层。

打磨结束后，彻底吸走粉尘和沙粒，用丙酮清洗干净此区域。在维修区域的外围涂上脱模腊，另外用牛皮纸或胶带遮挡该区域，以防止树脂溢出污染周边艇体。

按照切口的尺寸做如图11-15的模板，这种模板可以用厚的纸板来做，并按此模板裁剪纤维增强材料，做好积层的准备。然后调制树脂，按前述的铺糊方法进行积层直至达到要求的厚度，待室温固化后再进行表面修整。

图11-15　切口的模具

九、贯穿厚度损伤积层板的修复

贯穿厚度损伤积层板的损伤方式如图11-9（b）所示。

修补方法取决于积层板的厚度以及需修补的表面是否易于接近。对于积层板厚度大于6mm并且两面都可以接近的情况下，建议采用双面削斜的接头。削斜的方式有斜坡式和阶梯式两种，如图11-14（b）所示。即使是贯穿厚度的损伤，由于另一面不易接近和操作，则可以开成单面斜坡的接头，如图11-14（a）中第二种形式。

移除受损积层板的方法几乎与局部损伤修复完全相同。所不同的是切口形式多样化，而且为了积层时加压和防止树脂泄漏，需要在背面装衬板。

衬板的一种安装方法如图11-16所示。适合双削斜的接头。衬板安装在下方，与一半深度的切口齐平，用螺栓固定，待上面切口修补好后拆除衬板，再修复下面的积层板。衬板可由硬纸板、聚氨酯泡沫、玻璃纤维板、铝或金属板、木板、防火胶合板等加工成型。它应当足够坚硬以抵抗压实增强材料的压力。在积层操作前，衬板表面要涂上脱模腊或PVA（最少三层），如果使用PVA（聚醋酸乙烯酯），应确保积层操作前完全干燥。以便在上半层积层板铺敷好之后拆除衬板，再修复下半层厚度的积层板。

图11-16　适合双削斜接头安装的衬板

（a）衬板安装；（b）拆除衬板；（c）完成修补

纤维增强材料铺糊的方法与局部损坏修复相同。

对于另一面不可能接近，只能一面修复的场合，其修复过程类似于局部损坏的修复，采用单侧切斜的创面清理，如图11-14（a）中的第二种接头形式。在这种场合下，衬板应该是玻璃钢，如图11-17所示。衬板应该有足够的强度来支撑修补积层板的压力。如果积层后衬板不打算移除的话，衬板贴合面可以涂敷树脂黏结在修复层的背面，这样可以增加承受压力的强度。

图11-17　单侧削斜衬板的使用

倘若在背面固定衬板有困难，也可以采用如图11-18的形式来固定衬板。这个图描述得很清楚，读者可以悉心领会其要领。衬板黏接固定好后，再拆除上面的构件，进行修补积层。

图11-18　衬板通过单面安装

（a）损伤积层板；（b）衬板安装；（c）完成修补

十、转角式覆板连接损坏的修复

甲板、舱壁和船壳的连接属于角形连接，往往是在甲板、舱壁固化后再与船壳二次胶接。它的损坏形式可能是边缘揭开或内部脱层，常见在转角处出现发白或裂纹，如图11-10所示。

对于揭开、分层和裂纹，必须移除受损的覆板，然后重新铺设。在移除了连接覆板之后，必须检查周围的积层板是否在连接部件之间存在间隙。在建造过程中，这些间隙往往用树脂和纤维增强材料混合物填充，如果这种填充物已经松动则应一并移除，并重新调配树脂腻子充填空隙。

在铺糊新的纤维增强材料覆层时，一定要注意使经线垂直于角接缝的长度方向，而纬线平行于角接缝的长度方向。

十一、表面损伤的修复

较小的表面损伤，可以按照如下的通用工艺（图11-19）修复：

图11-19　表面损伤的修复

（a）凿口或擦伤；（b）表面裂纹

（1）用丙酮清洗表面，去除所有的腊、污垢和油脂。

（2）磨砂或用腻子刀、剃刀去除损伤材料，用丙酮擦干净，注意不要湿透这个区域。

（3）用固化剂配出腻子混合物；关于腻子的配方参阅夹层结构损伤的修复。

（4）把腻子混合物涂到损伤区域，厚度大约是4mm。

（5）如果是用胶衣混合物，玻璃纸应该放到胶衣层上，大约30分钟后，玻璃纸就可以拿走了。

（6）湿砂打磨和抛光外表面。

十二、起泡损伤的修复

用来修理艇体起泡的技术，取决于问题的范围。气泡少而间隔大的地方，可以分别单独维修，如图11-20所示。如果艇体有一组气泡，胶衣要从气泡区域移除。整个底部起泡的实例

图11-20　起泡损伤的修复

（a）起泡损伤；（b）修理表面；（c）完成修补

中，推荐移除整个胶衣层和表层积层板。

胶衣层的移除，不推荐用喷砂，因为会打碎下面的层板而弱化结构，同时残留砂粒的可能会出现黏合缺陷。采用砂轮磨削或打磨比较好，直到积层板露出清晰的表面为止。

如果气泡内含有酸碱等残留物，这个区域应当用水彻底清洗，并用水溶性硅烷洗涤剂处理，但最后要把残留的硅烷冲洗干净，之后积层板要彻底干燥，真空袋是个好办法，此外可以适度加热和使用风扇吹干。

维修工序最后的关键是选择树脂来封闭暴露的积层板，应用乙烯基酯树脂比较优良并和聚酯纤维积层板化学相容。迄今为止也只有聚酯树脂纤维积层板显现起泡。环氧树脂自身可提供最好的黏结性能，但是和其他材料的黏合不会太好。环氧维修也许对孤立的气泡较好，增加一点成本也是合理的。

十三、夹层结构的损伤和修复

确定夹层结构的损伤范围有点困难，因为脱层会延伸到大大超过明显的目测损伤范围，而且在清理损伤的夹层结构时其范围还会逐渐扩大。对表皮损坏的维修通常和单板结构相似。但更换芯材时，新的芯材必须比原有的薄，以适合附加铺层增加积层板厚度的要求（图11-21）。必须小心翼翼地保证芯材正确地与两面的表层黏合，并且新旧芯层之间的间隙要填满。

图11-21　受损夹层板的修补

大多数情况下，因为制造缺陷，芯层不会完全连接到外壳（指夹芯板两面的蒙皮），俗称脱皮。外壳和芯层脱离，维修积层板的大截面，费用十分昂贵，还会造成结构强度不连续，重量增加的缺陷。

如果没有危害到夹层板的整体性，可以钻一个小的非贯通孔，通过充填腻子来维修。这种混合物通常由树脂或者胶衣树脂掺入碾碎的纤维或其他有助于增强特性的填充物组成。也有一些适合船用配方的成品糊料、腻子、填料适合表面维修，但注意不要使用汽车车身的填料，因为它吸收了水汽后更容易损坏。用硅石粉调配胶衣树脂的腻子可以现场调配。在有胶衣涂敷的地方千万不要使用环氧树脂腻子，因为环氧树脂不能同胶衣树脂很好结合。

十四、应急维修

上述修补都是在专业的维修场地进行的。

如果玻璃钢船艇在使用过程中产生意想不到的损坏，如不及时修补，可能会引起漏水或继续损坏，甚至危及安全，所以要采取应急措施。如果艇在出海前，艇主能够预先准备一些应急维修材料放在艇里，那么遇到小的损坏，自己就能动手修修补补，心里就会舒坦得多。

在这一类材料中，“北仑”牌环氧胶泥非常适合应急维修。它是一种双组分的材料，分别放在两个塑料袋或罐中可保存很长时间。一旦发现艇壳或内部有损伤出现（多数是开裂或擦伤），可以取相同数量的两种胶泥，用手反复捏合，使其混合，然后将它涂覆在损伤表面、填充缝隙或堵塞漏洞，在常温下固化，即可完成应急维修。

经过应急维修的艇返回基地后，仍可进行打磨或常规维修。