A 型裝備復合材料單層貯運箱漏氣分析及修復方法

徐維霞

（寧波海工集團公司，浙江寧波 315834）

0 引言

隨著海軍現代化建設快速發展，對A 型裝備綜合性能的指標要求越來越高。隨著近年來A 型裝備的高速發展，精密度越來越高，對存放環境和運輸提出了更高的要求。貯運箱以前多采用木質、金屬材料制作，吸潮后會發霉、腐蝕，其抗酸、堿、鹽腐蝕的能力差，防塵密封效果不理想。這類貯運箱逐漸被質量更輕、綜合性能更加優越的復合材料增強塑料貯運箱所代替。目前，在D 型、A 型裝備包裝上，采用玻璃鋼材料制作的貯運箱也越來越多[1]。由于A 型裝備經常在海邊等惡劣環境中運輸、存儲、使用，對其防鹽霧、防腐、防潮、抗氧化等方面有很高的要求，這對貯運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箱能夠保證裝備在貯存、運輸時始終處于相對穩定的、密封的惰性氣體環境中，從而能更好地確保產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、運輸時要求貯運箱內充10～15 kPa 的氮氣，貯存時要求12 個月后箱內有正壓，箱內氣壓過低，外界環境中的有害物質就容易進入貯運箱內，損傷箱內的產品。目前木質、金屬、復合材料玻璃鋼等材料的貯運箱在使用過程中都出現過漏氣故障。

1 A 型裝備貯運箱的主要結構設計及制造工藝

1.1 主要結構設計

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

圖1 A 型裝備貯運箱主要結構

1.2 貯運箱成型制作工藝選擇

根據貯運箱的不同結構設計及不同的性能要求，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，手糊工藝成型時材料均勻性很難控制，樹脂含量高，綜合機械性能較低；模壓成型主要應用于小型、且強度等性能要求較低的貯運箱；L-RTM 工藝成型也是主要用于小型、且強度等性能要求較低的貯運箱，采用該工藝制作產品需要陰、陽兩副模具，成本相對于其他工藝較高；真空袋膜成型工藝制作的產品樹脂含量低、約35%，纖維含量高，產品的強度、機械性能均優于其他成型工藝，是手糊成型工藝的3 倍左右，且產品的玻璃鋼體材料均勻、厚度均勻，并提高了玻璃鋼體的質密性，產品的綜合性能最好，能更好地滿足A 型裝備對貯運箱的高性能要求，是選擇最多、最優的制作工藝。

2 玻璃鋼復合材料貯運箱漏氣故障原因分析

通過對在制作過程中及交付客戶長時間使用后發生漏氣故障的分析，A 型裝備復合材料貯運箱出現漏氣點較多的部位是零部件安裝孔的位置及復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，在使用一定時間后會出現老化現象導致密封失效，專用密封膠固化后在不同溫度、濕度環境下會發生膨脹或收縮，其膨脹、收縮比與玻璃鋼復合材料的不一至，使用較長時間后會導致密封膠與玻璃鋼箱體安裝表面發生分離而逐漸產生細小的縫隙，造成密封失效，導致貯運箱出現漏氣現象。

2.2 貯運箱玻璃鋼體層間漏氣原因分析

（1）充壓變形導致漏氣。復合材料貯運箱箱體主要由表面膠衣層及多層玻璃鋼纖維和樹脂復合而成的密封層和強度層，玻璃鋼體在成型過程中部分貯運箱局部因操作、環境等因素會出現機械強度或剛性不足，貯運箱充壓貯存、運輸過程中，在內壓的作用下，因變形過大會導致有缺陷的部位出現開裂現象產生微小的細縫，導致貯運箱發生漏氣現象。

（2）使用噴膠固定纖維引起缺陷。真空袋膜成型鋪氈工序中，因貯運箱的結構設計，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，規范操作時對樹脂導入及樹脂固化影響很小，如果噴膠過多，膠會滲入氈料中，在樹脂導入過程中影響樹脂的流動性和纖維氈的浸透性，導致出現成型缺陷，質密性不好，貯運箱在裝配完成后該處出現漏氣現象。

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

（4）導入樹脂帶入空氣對箱體的影響。樹脂導入工序中，在調配樹脂攪拌過程中會帶入小氣泡及樹脂中固化劑與樹脂化學反應過程中產生小氣泡，在向模具中導入樹脂時，小氣泡隨樹脂一起注入纖維體系，在樹脂導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密性而出現小缺陷導致箱體漏氣。

（5）鋪纖維氈搭橋、不實部位窩氣導致缺陷箱體漏氣。貯運箱在成型過程中需鋪多層纖維氈，箱體結構有很多圓角及加厚層，圓角處鋪纖維氈時容易出現搭橋現象，加厚處纖維氈料鋪的不夠實，纖維氈鋪完抽真空、樹脂導入時，搭橋、不實部位會窩空氣，樹脂不能流入填實，導致該處強度、質密性不夠，貯運箱使用后會出現漏氣現象。

（6）貯運箱使用后出現局部缺陷引起漏氣。復合材料貯運箱在成型固化過程中，玻璃鋼箱體層間因各種原因產生小氣泡和針孔，這些氣泡、針孔之間在貯運箱制作完成時并不聯通，貯運箱經過運輸、長時間使用后會因振動等因素的影響，導致部分貯運箱箱體壁中的小氣泡開裂產生細小的裂縫，多個裂縫連通，貯運箱內的氣體會沿著細小裂縫滲漏，使貯運箱出現壓力異常故障。

3 A 型裝備貯運箱漏氣點排查

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

4 A 型裝備貯運箱漏氣故障修復

對出現漏氣故障的貯運箱，在修復完成后需充氣30±3 kPa 進行24 h 保壓、起吊、振動、15 d 低壓靜置等試驗來驗證修復工藝及貯運箱漏氣點修復的可靠性。

4.1 零部件安裝位置漏氣修復

用工具拆下出現漏氣位置的零部件，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箱上。安裝完成后等密封膠凝膠固化后，對漏氣點位置進行檢查及保壓試驗，原漏氣點位置應無漏氣現象。

4.2 貯運箱玻璃鋼體層間滲漏修復

通過查漏氣的方法準確找到漏氣位置，并對其按修復工藝進行修復。修復工藝如下：

（1）貯運箱箱內充氣20 kPa，用電動銑刀在漏氣點加工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，用泡沫水確認漏氣點，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 修補位置

（3）擰開直通閥堵頭進行放氣，將箱內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，開啟真空泵對貯運箱內抽氣，箱內負壓抽至（-30±3）kPa 關閉真空泵。

（4）調配修復漏氣點的樹脂，使用與箱體成型同規格型號的真空導入樹脂。將樹脂抽入一次性塑料杯中，根據施工現場溫濕度，按工藝要求放入固化劑進行調配（1.5%～2%），用攪拌棍把導入樹脂和固化劑攪拌均勻，控制導入樹脂的凝膠固化時間在20 min 左右；

（5）用注射器抽調配好的導入樹脂，向Φ1 mm 小孔中注射導入樹脂。在箱內負壓的作用下，樹脂會沿著小孔慢慢滲入到箱體壁的細小裂縫中，緩慢注射使樹脂填滿細小裂縫，直到細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，用打磨機將多余的樹脂打磨平整，用清洗劑清理灰塵，調配與貯運箱外表面相同顏色的膠衣均勻涂在修補位置，使修復部位的顏色與周邊的顏色一致。

（7）打開直通閥堵頭，空氣進入貯運箱內，使箱內壓力與外界平衡，箱內壓力顯示為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充氣管連接，打開充氣開關，向貯運箱內充氣，壓力至30±3 kPa。

（8）試驗驗證：①用行車吊起修復完成的貯運箱，行車分別進行上、下、左、右高速運行對貯運箱做起吊試驗；起吊試驗完成后，將貯運箱放置振動臺，開啟振動臺對貯運箱進行振動試驗（模擬貯運箱在運輸過程中的振動），試驗完成后，對貯運箱的修復點（使用噴壺裝洗潔精、水、丙三醇混合液）進行檢查，應無漏氣現象；②通過起吊、振動試驗后，貯運箱進行24 h 保壓試驗，24 h 保壓后應無壓降；③對貯運箱進行低壓靜置試驗，將箱內壓力降至10±1 kPa，靜置15 d，每天對箱內溫度、環境大氣壓及箱內壓力進行記錄，試驗后查看貯運箱是否有壓降。

目前該貯運箱采用的溫濕度壓力顯示裝置顯示的是相對壓力，壓力顯示會受環境溫度及大氣壓變化的影響，可用以下公式判斷貯運箱是否漏氣：設貯運箱內氣體溫度數值末次記錄值與初始記錄值之差為T1，貯運箱連接的相對壓力表——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）應在：-0.4+{0.4T1-（P2-P1）}≤P0≤0.4+{0.4T1-（P2-P1）}區間，表明貯運箱無壓降。其中，P1是貯運箱內氣體壓力值（相對壓強）初始記錄時，貯運箱所處環境大氣壓值（絕對壓強）；P2是貯運箱內氣體壓力值（相對壓強）末次記錄時，貯運箱所處環境大氣壓值（絕對壓強）；T1是貯運箱內氣體溫度值末次記錄值與初始記錄值之差；P0是貯運箱內氣體壓力值末次記錄值與初始記錄值的差值；P3是貯運箱內氣體壓力初始記錄值；P4是貯運箱內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；在同一環境大氣壓下，箱內氣體溫度每上升（下降）1 ℃，箱內相對壓力約上升（下降）0.4 kPa。

5 結束語

復合材料玻璃鋼貯運箱玻璃鋼層間漏氣修復是一個技術難點，經過多年的生產、使用及分析探索，使用過多種修復方法，目前的利用負壓將樹脂填滿細小裂縫是一種最可靠的修復工藝方案。使用該工藝修復的復合材料玻璃鋼貯運箱在繼續運輸、使用幾年后，原漏氣點修復位置未再出現漏氣現象。因此，該修復工藝方法可以推廣應用于修復其他需密封的玻璃鋼復合材料的層間漏氣。