LNG船用聚氨酯绝缘箱胶接工艺及关键技术.pdf

船 舶 与 海 洋 工 程年 第卷 第期（总 第期）收 稿 日 期：基 金 项 目：工 信 部 高 技 术 船 舶 科 研 计 划（函号）；国 家 海 洋 经 济 创 新 发 展 示 范 项 目（上 海 市 浦 东 新 区）作 者 简 介：岳 鑫，男，硕 士，年 生。年 毕 业 于 上 海 交 通 大 学 材 料 工 程 专 业，主 要 从 事船 用 绝 缘 箱 制 造 工 艺研 究。通 信 作 者：孔 谅，男，副 研 究 员，博 士，年 生。年 毕 业 于 上 海 交 通 大 学 材 料 加 工 工 程 专 业，主 要 从 事 新 型 材 料 连接 工 艺 和 自 动 化 成 套 装 备 系 统 集 成 技 术 研 究，：。：櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅殯殯殯殯 工 艺 与 材 料船 用 聚 氨 酯 绝 缘 箱 胶 接 工 艺 及 关 键 技 术岳鑫，孔谅，曹恒，马 建 青，胡 永 强，金鑫（上 海 交 通 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院，上 海；江 苏 雅 克 科 技 股 份 有 限 公 司，江 苏 宜 兴）摘 要：对 新 型 液 化 天 然 气（，）船 用 聚 氨 酯 绝 缘 箱 在 常 温 作 业 条 件 下 的 大 面 积 胶 接 界 面 的胶 接 工 艺 进 行 研 究，阐 述 涂 胶 量 与 胶 接 接 头 的 性 能 和 失 效 形 式 的 关 系。研 究 发 现：当 涂 胶 量 为 时，随 着 涂 胶 量 的 增 加，胶 层 厚 度 增 加，接 头 的 垂 直 拉 伸 性 能 先 增 强 后 减 弱；当 涂 胶 量 小 于 时，胶 接 接 头 的 失效 形 式 为 界 面 混 合 破 坏；当 涂 胶 量 大 于 时，胶 接 接 头 的 失 效 形 式 为 聚 氨 酯 泡 沫 板 内 聚 破 坏；适 用 于 实 际 生产 中 的 涂 胶 量 的 工 艺 窗 口 和 精 度 控 制 范 围 为 。阐 述 大 面 积 胶 接 界 面 的 质 量 控 制 方 法，明 确 胶 条的 排 布 形 式 和 压 合 过 程 中 压 合 台 面 与 箱 体 平 面 平 行 度 对 箱 体 各 位 置 的 胶 接 性 能 的 影 响 规 律；在 固 化 压 力、胶 条 形 状和 胶 条 中 心 间 距 均 相 同 的 情 况 下，采 用 平 行 式 胶 条 排 布 形 式 和 压 合 台 面 与 箱 体 平 面 的 平 行 度 小 于 ，可 使 绝缘 箱 的 整 体 胶 接 性 能 的 一 致 性 得 到 充 分 保 证。关 键 词：液 化 天 然 气（）船 用 聚 氨 酯 绝 缘 箱；涂 胶 量；工 艺 窗 口；胶 接 质 量 控 制中 图 分 类 号：；文 献 标 志 码：文 章 编 号：（），（，；，）：（），；，：；引言聚 氨 酯 绝 缘 箱 是 以 增 强 型 聚 氨 酯 泡 沫 板（，）作 为 超 低 温 绝 缘 体，应 用于 薄 膜 型 液 化 天 然 气（，）船 上 的 新 型 绝 缘 箱。聚 氨 酯 绝 缘 箱 能 进 一 步 降 低的蒸 发 率（低 于 ），具 有 可 在 工 厂 预 制 成 型、可 在 造 船 现 场 直 接 安 装 和 能 缩 短船 的 建 造 周 期 等 优势，现 已 成 为 薄 膜 型船 货 物 围 护 系 统（如 和 等）采 用 的 主 流 绝 缘 箱 类 型。聚 氨 酯 绝 缘 箱 由与 胶 合 板（，）和 三 合 一 片 材（刚 性 屏 蔽 层 或 柔 性 屏 蔽 层）等 多 种 部 件经 胶 接 连 接 组 成。常 温 条 件 下 的 胶 接 工 艺 直 接 决 定 聚 氨 酯 绝 缘 箱 的 胶 接 性 能，进 而 影 响船 围 护 系 统 的低 温 性 能。等和 等的 研 究 表 明，胶 接 试 件 的 胶 层 厚 度 会 影 响 胶 接 表 面 应 力，胶层 厚 度 越 大，胶 层 表 面 应 力 越 大，胶 接 强 度 越 弱。谭 伟和 陈 征 辉 等通 过 试 验 发 现：胶 层 厚 度 是 胶 接 过 程中 的 一 个 重 要 质 量 控 制 点，胶 层 过 薄 可 能 会 导 致 局 部 缺 胶 和 应 力 集 中，胶 层 过 厚 易 产 生 脱 粘 和 气 孔 等 缺 陷；随 着 胶 层 厚 度 的 增 加，胶 接 强 度 先 增 大 后 减 小。目 前 韩 国、英 国 等 国 家 已 掌 握 聚 氨 酯 绝 缘 箱 批 量 预 制 工 艺，对 胶 粘 剂 研 制 和 低 温 胶 接 性 能 的 研 究 也 已 趋 于 成 熟，但 目 前 国 内 外 有 关 聚 氨 酯 绝 缘 箱 常 温 胶 接 工 艺 的 研 究较 少。国 内 引 进 的 聚 氨 酯 绝 缘 箱 制 造 技 术 在 常 温 胶 接 质 量 控 制 方 面 存 在 严 重 不 足，由 于 对 影 响 箱 体 胶 接 性能 的 工 艺 参 数 缺 乏 深 入 的 研 究，对 常 温 条 件 下 大 面 积 胶 接 界 面 的 胶 接 工 艺 影 响 胶 接 性 能 的 规 律 不 够 明 确，导致 产 品 在 常 温 条 件 下 的 胶 接 性 能 不 稳 定，直 接 影 响 了 产 品 的 合 格 率。本 文 针 对 聚 氨 酯 绝 缘 箱 中 用 量 最 大 的和在 生 产 中 存 在 的 胶 接 工 艺 问 题，对 工 厂 批 量 预 制 情况 下 的 常 温 胶 接 工 艺 和 关 键 技 术 进 行 研 究，通 过 分 析 涂 胶 量 对与之 间 胶 接 性 能 的 影 响、自 动 涂 胶的 方 式 和 压 合 工 艺 条 件 对 大 尺 寸 聚 氨 酯 绝 缘 箱 胶 接 效 果 的 作 用 规 律，阐 述 大 面 积 胶 接 界 面 的 质 量 控 制 方 法，为 提 升 聚 氨 酯 绝 缘 箱 制 造 的 质 量 提 供 技 术 支 撑。试 验 材 料 和 试 验 方 法本 文 采 用 的、和型 双 组 分 胶 粘 剂 均 已 获 得（）公 司 认 证。试 验所 用 被 连 接 材 料 的 物 理 性 能 见 表，采 用 的 胶 粘 剂 的 性 能 见 表。表试 验 所 用 被 连 接 材 料 的 物 理 性 能材 料 标 称 厚 度 层 数层密 度（）弯 曲 强 度 压 缩 强 度 拉 伸 强 度 拉 伸 弹 性 模 量 表试 验 采 用 的 胶 粘 剂 的 性 能组 分混 合 前 情 况与按 的 比 例 混 合 之 后 的 性 能密 度（）黏 度（）黏 度（）剪 切 强 度活 化 时 间开 放时 间 固 化时 间 作 业温 度 组 分组 分 本 文 参 照公 司 的 垂 直 拉 伸 试 验 标 准 及 相 关 试 验 要 求，通 过 力 学 性 能 试 验、失 效 模 式 和 胶 层 截 面岳鑫，等：船 用 聚 氨 酯 绝 缘 箱 胶 接 工 艺 及 关 键 技 术微 观 形 貌 分 析 等 方 法 研 究 涂 胶 量、胶 条 分 布 形 式 和 压 合 面 的 精 度 等 因 素 对 聚 氨 酯 绝 缘 箱 胶 接 性 能 的 影 响。涂 胶 量 对 聚 氨 酯 绝 缘 箱 胶 接 性 能 的 影 响涂 胶 量 是 指 涂 布 于 被 粘 物 表 面 的 单 位 胶 接 面 积 上 的 胶 粘 剂 的 剂 量。设 计 涂 胶 量 为 、组 间涂 胶 量 间 隔 的 涂 胶 试 验，试 验 所 用 拉 伸 试 样 为 经 胶 粘 剂 连 接 的、和等 三 层 结 构，每 组个 试 样，试 样 胶 接 面 尺 寸 为 。加 压 固 化 时 间 取，固 化 压 力 为；时 效 固 化 时 间 为；试 验 温 度 为，相 对 湿 度 不 超 过。试 样 制 好 之 后，先 用 高 强 度 速 干 胶 将 试 样 上两 侧 与 万 能 试验 机 的 夹 具 相 连 接，随 后 通 过 万 能 试 验 机 以 的 拉 伸 速 率 获 得 各 试 样 在 垂 直 拉 伸 试 验 中 的 试 验 数据，并 对 各 试 样 的 断 口 形 貌 进 行 观 察，进 一 步 分 析 涂 胶 量 对 聚 氨 酯 绝 缘 箱 胶 接 性 能 的 影 响。涂 胶 量 与 拉 伸 性 能 的 关 系制 成 的 垂 直 拉 伸 试 样 及 其 受 力 图 见 图。图为 垂 直 拉 伸 试 验 中 的 应 力 与 应 变 关 系 曲 线，其 中 的 拉 伸 曲线 基 本 上 为 直 线，末 端 略 微 弯 曲，没 有 明 显 的 屈 服 和 颈 缩 现 象；试 样 突 然 拉 断 属 于 较 典 型 的 脆 性 断 裂。）拉 伸 试 样 ）拉 伸 试 验 中 的 试 样 受 力图垂 直 拉 伸 试 样 及 其 受 力 图 图垂 直 拉 伸 试 验 中 的 应 力 与 应 变 关 系 曲 线图垂 直 拉 伸 强 度 和 胶 层 平 均 厚 度 与 涂 胶 量 的 关 系 图 图为 根 据 试 验 数 据 绘 制 的 垂 直 拉 伸 强 度 和 胶 层 平均 厚 度 与 涂 胶 量 的 关 系 图。由 图可 知：）当 涂 胶 量 小 于 时，试 样 拉 伸 平 均 强 度 低于 ，与 涂 胶 量 较 大 时 的 强 度 有 明 显 的 差 距，同 时同 一 涂 胶 量 下 不 同 试 样 的 拉 伸 强 度 分 布 较 为 分 散，说 明此 时 胶 接 的 稳 定 性 较 差。此 时 对 应 的 胶 层 厚 度 均 值 小 于。）当 涂 胶 量 为 时，试 样 的 平 均 拉 伸强 度 保 持 在 以 上，且 拉 伸 强 度 随 涂 胶 量 的 增 加变 化 不 大，拉 伸 强 度 均 值 较 为 接 近，此 时 对 应 的 胶 层 厚 度均 值 为 。特 别 地，当 涂 胶 量 为 时，试 样 的 拉 伸 强 度 均 值 最 大，达 到 ；同 时，根 据 误差 棒 判 断，此 时 多 个 试 样 的 拉 伸 强 度 分 布 最 为 集 中，变 化 范 围 最 小，说 明 此 时 试 样 胶 接 的 稳 定 性 最 好，胶 接 效果 最 好。）当 涂 胶 量 大 于 时，试 样 的 拉 伸 强 度 随 着 涂 胶 量 的 增 加 开 始 呈 现 减 小 的 趋 势，同 一 涂 胶 量 下不 同 试 样 的 拉 伸 强 度 的 分 布 逐 渐 变 得 分 散，胶 层 平 均 厚 度 随 之 增 加 至 超 过，胶 接 的 稳 定 性 开 始 变 差。涂 胶 量 与 胶 接 接 头 失 效 形 式 的 关 系胶 接 结 构 的 失 效 形 式 包 括 胶 粘 剂 内 聚 破 坏、被 粘 物 内 聚 破 坏、胶 粘 剂 界 面 破 坏 和 混 合 破 坏 等种。已 有研 究表 明：当 出 现 内 聚 破 坏 时，胶 接 接 头 的 性 能 最 优；当 出 现 界 面 破 坏 或 混 合 破 坏 时，胶 接 接 头 的 性 能 较差。统 计 不 同 涂 胶 量 下 胶 层 的 平 均 厚 度 和 试 样 的 内 聚 失 效 率，结 果 见 表。当 涂 胶 量 小 于 时，试 样船 舶 与 海 洋 工 程年 第期的 胶 接 接 头 的 失 效 形 式 有 界 面 混 合 破 坏 和内 聚 破 坏种，且 随 着 涂 胶 量 的 增 加，试 样 的 内 聚 失 效 率 增大；当 涂 胶 量 大 于 时，试 样 的 胶 接 接 头 的 失 效 形 式 主 要 是内 聚 破 坏。图为种 典 型 涂 胶量 下 试 样 的 断 裂 位 置。表不 同 涂 胶 量 下 胶 层 的 平 均 厚 度 和 试 样 的 内 聚 失 效 率涂 胶 量（）胶 层 的 平 均 厚 度 试 样 的 内 聚 失 效 率）涂 胶 量 为 ）涂 胶 量 为 ）涂 胶 量 为 ）涂 胶 量 为 图 种 典 型 涂 胶 量