方艙大板灌注發泡中常見質量問題及預防措施

蘭明華

（中車長江集團冷智裝備分公司，湖北武漢 430200）

1 概述

大板式方艙因結構形式簡單，易于批量生產，是軍用裝備標準化、通用化首選，而大板制作是方艙生產重要環節，方艙外觀及強度很大程度取決于大板制作質量。蒙皮選用1.5mm硬鋁或半硬鋁薄板，采用硬質聚氨酯灌注發泡成形是當前較普遍的制板模式。本文在特定設備設施及生產工藝條件下，根據研制實踐總結，就大板灌注發泡中常見質量問題進行探討，提出相應預防措施。

2 大板灌注發泡中常見質量問題

大板制板后常見質量問題有6種，具體如下：

1）制板后大板蒙皮局部出現凹陷，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“二次發泡”，穩定性差。

3 質量問題原因分析

3.1 大板蒙皮局部凹陷

大板從層壓機脫模，鋁蒙皮局部出現波紋狀凹陷，凹陷深度1～6mm，產生此弊病原因較復雜，歸納總結為以下四個方面：

（1）制板前所選用鋁蒙皮不平整，誤差超出發泡工序糾正能力。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運中造成新的變形，將使鋁蒙皮局部平面度誤差超出發泡工序允許偏差，灌注發泡后出現大板蒙皮局部凹陷；

（2）多型腔大板灌注順序不合理。聚氨酯灌注發泡是化學變化和物理變化相結合的復雜過程，化學反應釋放大量反應熱，泡沫溫度迅速上升到約200℃，而鋁板熱脹系數大，受熱伸長產生余量，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型腔局部，不能及時鋪展，則大板灌注成形后該型腔就產生鋁蒙皮凹陷變形；

（3）型腔結構跨度過大。寬幅超過2 000mm大板，型腔跨度過大，會造成發泡前上鋁蒙皮因自重下陷的弊端，此弊端疊加發泡過程中鋁蒙皮熱脹作用，大板上蒙皮會產生凹陷波紋變形；

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

3.2 大板端梁移位、變形

大板灌注發泡過程中，端梁出現移位、變形，產生此類質量問題，首要原因是大板型腔灌注量不準確、偏大，其次發泡料溫度偏高，發泡內壓增大，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

大板發泡后外觀無異常，但用木槌敲擊局部多處有明顯松動，在松動處開孔觀察，可見泡沫芯材中間分層斷裂，分層泡沫與鋁蒙皮黏接完好。這類質量問題較嚴重，可導致整塊大板強度降低而報廢。產生大板泡沫芯材分層、斷裂主要原因是灌注發泡過程中層壓機突然松動、后又重新壓緊。發泡料注入型腔后，經歷起泡、上升、凝膠、固化四個過程，耗時在120～150s，該過程中若層壓機突然卸壓，大板型腔內泡沫體將迅速膨脹，密度降低，繼而層壓機重又合模壓緊，導致中心層已逐步固化的泡沫蜂窩結構受擠壓破壞，產生分層、斷裂。

3.4 大板空洞、脫層

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

（1）發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表面黏接力；

（3）發泡料發泡速度過快，發泡劑氣體及型腔內空氣排除不及時，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、發脆。進一步對此泡沫芯材做性能檢測，其壓縮強度、保溫性能均大幅下降。產生此類質量問題有三方面原因：

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

（2）發泡料存放時間過長，超出有效期；

（3）發泡機存在故障，不能按照發泡料（A、B）雙組分正常比例計量灌注。

3.6 大板“二次發泡”

大板在環境溫度37℃以上暴曬72h，或者在70℃高溫貯存室內貯存4h，大板局部產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“二次發泡”質量弊病。產生“二次發泡”主要原因有兩方面：

（1）發泡料配方不合適，發泡料體系性能不達標，其中尺寸穩定性差，高溫、低溫線性變化率不合格；

（2）發泡灌注過程沒嚴格執行發泡工藝參數，發泡模具溫度偏低，大板層壓機內固化保壓時間不夠。

4 預防措施

4.1 預防大板蒙皮局部凹陷

（1）嚴格控制鋁蒙皮板料入庫檢測，拒絕平面度超差鋁板入庫，同時加強鋁蒙皮零部件加工及轉運過程中的過程檢與防護，要求鋁蒙皮加工各工序平面度超過3mm，須進行局部整校，檢驗合格后方可轉入下序；

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

（3）優化大板結構設計，使型腔跨度控制在1 000mm以內，對特殊原因跨度超過1 000mm的型腔，工藝上須在該型腔內預置等厚度泡沫塊，泡沫塊大小d×50mm×50mm（d為發泡板厚度），輔助支撐鋁蒙皮，幫助其發泡過程中充分伸展。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）優化大板工藝設計，工藝文件中鋁蒙皮下料尺寸須預留15mm發泡工序裝模搭接量，保證上、下鋁蒙皮與四周邊模裝配時無竄料縫隙。

4.2 預防大板端梁移位、變形

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

（2）控制發泡料溫度在22℃±2℃；

（3）優化端梁定位工裝，由點接觸改面接觸，使整根端梁受力均勻。

4.3 預防大板泡沫芯材分層、斷裂

（1）特殊工序關鍵設備須做好日常維護，有問題早發現、早報告，不使用帶病設備勉強生產。發泡機、層壓機須定期檢修，杜絕在灌注發泡過程中設備突然出現故障；

（2）明確工藝紀律，在大板灌注過程中禁止人為松動層壓機。層壓機合模后應啟動鎖模功能，直至保壓結束。

4.4 預防大板空洞、脫層

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

（2）加強發泡工序鋁蒙皮清潔度檢測。陽極氧化后的鋁蒙皮內表面局部若有浮灰、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）調整發泡料配方性能，控制起泡時間約20s，控制發泡料溫度22℃±2℃。

4.5 預防大板泡沫芯材顏色不均勻，泡孔粗大

（1）選擇合格發泡料供應商，從源頭上控制發泡料性能。每一批次發泡料入庫，須有各項檢測指標報告，必要時取樣進行手工泡試驗，手工泡小樣合格，才能辦理入庫；

（2）發泡料庫存遵循先進先出原則，保證現場使用的發泡料在有效期內，禁止使用過期發泡料；

（3）發泡工序每天開班前，須做機打小樣驗證，機打小樣合格方可生產。若機打小樣出現顏色不均勻，泡孔粗大弊病，則須立即檢修發泡機，保證發泡料雙組分按正常比例計量。

4.6 預防大板“二次發泡”

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

（2）加強發泡工序工藝紀律檢查，保證發泡模具溫度35±5℃及大板固化保壓時間。

5 結束語

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，同時在世界聚氨酯工業發展推動下，大板制作工藝也將向環保、節能方向加快步伐。