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嘉峪檢測網 2025-04-02 08:35
引言
目前，在我國水域內，船長20米及以下的范圍內的玻璃鋼船舶的數量逐漸增多，船型覆蓋公務船、客船、游覽船、游艇、帆船和漁船等。雖然玻璃鋼船舶有優越的性能，但由于船東對玻璃鋼材料特性的了解不夠，對使用過程中出現的缺陷沒有重視，而導致缺陷范圍擴大，影響船舶航行安全，也增加額外的維修成本，降低船舶的使用壽命。
本文通過對玻璃鋼船舶的定期檢驗中發現的常見缺陷，從設計、建造工藝、材料選擇及船舶使用的角度，分析缺陷產生的原因及各種缺陷之間的關系，給出預防玻璃鋼船舶船體產生缺陷的措施及保養的方法，有利于降低玻璃鋼船舶的使用風險，提高安全質量。
1.玻璃鋼船舶船體檢驗現狀
目前，我國玻璃鋼船舶的法定檢驗要求和依據是以中國海事局頒布的相關法規為準，通過定期檢驗確認船舶是否處于適航狀態。
玻璃鋼船舶的定期檢驗是船舶生命周期內不可缺少的一部分，也是非常重要的一個環節，在玻璃鋼船舶的定期檢驗中，可以通過外觀檢查、探傷或敲擊聲來發現缺陷和損壞。
由于玻璃鋼船體材質的特殊性，除定期檢驗的項目以外，相關法規中對玻璃鋼船體檢驗還有額外的要求，具體見表1。
表1 我國相關法規對玻璃鋼船舶定期檢驗的特殊要求
從表1可以看出，相關法規要求在定期檢驗過程中，還應檢查玻璃鋼船體與構件連接位置，二次連接位置（節點位置）及船體是否破損造成滲水、漏水的情況，而且玻璃鋼船體不能出現膠衣龜裂、起泡、分層、纖維裸露、裂紋、磨損、碰損和主船體老化現象等缺陷。
如主船體缺陷或損傷面積較小或程度較輕不影響營運安全時，可在不超過兩個月的限期內進行修復。當缺陷或損傷較為嚴重不適合營運時，應立即進行修復或換新。
在玻璃鋼船舶船體強度的檢驗過程中，對于船殼表面無破損的玻璃鋼船舶，由于玻璃鋼材料具有抗腐蝕的特性，其船殼板厚度基本無變化；對于船殼表面膠衣破損而基體樹脂和纖維未受破壞的玻璃鋼船舶，其減少的膠衣厚度不會影響玻璃鋼層板的強度；對于船殼板出現分層現象的玻璃鋼船舶，其層板厚度增加，層板性能失效；由此可見，不能通過測厚的方式來計算玻璃鋼船體耗蝕后的有效強度。
在進行玻璃鋼船體強度檢驗時，以中國海事局頒布的相關法規為依據，在基體樹脂和纖維未受損、無缺陷的情況下，結合玻璃鋼船舶的建造資料，根據基體樹脂的型號，查看基體樹脂的濕熱老化實驗數據，可以預測玻璃鋼在正常的服役過程中力學性能變化與服役時間的變化關系，以此來確定在正常使用情況下玻璃鋼船體的力學性能是否符合相關法規的最低要求。
2.玻璃鋼船舶船體缺陷分析
在玻璃鋼船舶定期檢驗過程中，玻璃鋼船體會出現膠衣龜裂、裂紋、白斑、分層、起泡、碰損或纖維裸露、主船體材料老化，二次連接位置（節點位置）松動等現象，這些現象都是玻璃鋼船舶常見的缺陷，下面從設計、建造工藝、材料選取及船舶使用的角度出發，分析缺陷產生的原因。
表面膠衣龜裂、裂紋
玻璃鋼船舶表面膠衣出現龜裂、裂紋的現象，是由內、外應力產生的。當玻璃鋼層板的某處內應力大于該處的材料拉伸強度時，會出現裂紋的現象。
在玻璃鋼船舶的建造過程中，未能根據所用的膠衣樹脂制定合理的工藝和操作方法，會使玻璃鋼層板表面產生裂紋，比如在材料選擇時，非結晶性的樹脂相比結晶性樹脂更容易產生應力；如膠衣凝膠時間過短，產生的熱量過高，會導致膠衣樹脂在固化過程中急劇收縮，內應力過大；如臨近膠衣層的樹脂纖維積層過厚，放熱峰過高，玻璃鋼收縮過大，也會導致膠衣出現裂紋；金屬鑲嵌件和樹脂的膨脹系數相差很大，也容易產生內應力；如模具設計不合理，脫模時會導致玻璃鋼船舶受到過大的推出力。
磕碰現象也是引起裂紋的因素，主要發生在船舶的營運過程中，由于外力原因或操作不當引起的碰撞，導致膠衣裂紋或破損。
外部環境也會引起龜裂、裂紋，如長期處于紫外線照射和潮濕的海邊環境，發生光化和氧化作用，容易引起玻璃鋼層板中樹脂的水降解，使物性劣化，產生龜裂。
白斑
在建造過程中，玻璃纖維沒有完全浸潤樹脂的位置，會出現白斑現象。如人工糊制時操作人員的疏忽，或在樹脂真空導入成型過程中，由于導流網/導流管的鋪制不合理，進料速度過快，導致真空泵把樹脂都抽出去了，沒有達到樹脂完全浸潤的效果，都會產生這種缺陷。
在船舶使用中，經受不當的外力沖擊，會造成局部樹脂與玻璃纖維的分離，而出現玻璃鋼發白或白斑的現象，致使玻璃鋼的樹脂與玻璃纖維分離，其性能下降，不能承受原有的壓力和強度。
修補程序相對復雜，如不及時補修，會造成樹脂與玻璃纖維分離的范圍變大，產生分層的現象，對船舶的結構安全存在極大的隱患，船舶航行也存在一定的風險。
層板分層
由于材料性能的不斷提升和建造工藝的不斷完善，船長20米及以下的玻璃鋼船舶采用節省材料、減輕船舶重量的樹脂真空導入成型工藝，因此，層板分層主要出現在施工環境差，且采用人工糊制的方式成型的玻璃鋼船舶上。
在二次以上的積層過程中，每次積層前玻璃鋼表面清理不干凈，存在蠟、油脂、灰塵和污物，不利于層間樹脂的粘結。大部分分層裂開發生在纖維和樹脂粘結面之間，同時，樹脂固化時的升溫速度對分層也有一定的影響，容易產生分層現象。
起泡
起泡一般發生在積層之間或積層和膠衣的界面上。
在玻璃鋼船舶建造過程中，由于施工人員不具備良好的操作施工水平，未能確保膠衣背后的第一層纖維完全浸潤，且玻璃纖維含水量超標，使樹脂固化不充分，容易產生起泡的現象；表面膠衣（包括厚度）、基體樹脂和添加劑（固化劑、促進劑等）的型號、性質和用量，也是需要考慮的因素；結構型式（積層設計型式）、增強材料的型號及粘結劑對抗起泡能力也有實質性的影響。
在玻璃鋼船舶的營運過程中，起泡現象是由水的滲透造成。水進入FRP的空隙中，低摩爾質量的物質將溶解在水相中。由于溶解物產生濃度差，由于濃度差產生滲透壓將水由外向空隙中滲透來平衡滲透壓，當滲透壓超過樹脂和膠衣的韌性時，將引起界面縫隙開裂，出現起泡的現象。
碰損或纖維裸露
在玻璃鋼船舶的使用過程中，由于駕駛等原因，會發生玻璃鋼船舶碰撞，引起玻璃鋼船舶的碰損或纖維裸露，造成船體板和船體構件的強度受損，如不及時修理，容易造成船體板分層，導致強度受損范圍擴大。
主船體材料老化
玻璃鋼船舶的老化現象出現在其營運過程中，受營運環境的影響較大。
玻璃鋼船舶在大氣中老化，主要是在太陽輻射、高溫、潮濕空氣及風吹雨打的環境中，受到光化和氧化作用，使玻璃鋼顏色變黃，透光率下降，出現表面樹脂脫落、露出纖維和失重等現象。持續的高溫度與高濕度的聯合作用是影響玻璃鋼強度的最主要原因。
在干燥地區，濕度的影響并不那么顯著，光化與氧化作用是緩慢的；在寒冷地區作用更慢，而且玻璃鋼對光線有反射作用，光化作用僅能作用于玻璃鋼表層，而不會致使整個玻璃鋼受到破壞。
玻璃鋼船舶長時間在水中，對其性能也有一定的影響，滲透進入玻璃鋼中的水會使樹脂產生水解，在內河（酸性）中降解反應是一種可逆反應，不達到平衡就不繼續進行，僅停留在玻璃鋼的表面，而且玻璃鋼表面腐蝕速度很慢，只要玻璃鋼表面的富樹脂層有足夠的厚度，就能夠起到抗腐蝕的作用。在海水（堿性）中的水解過程是不可逆的，并且海水的濃度及溫度影響著反應的速率。
二次連接位置（節點位置）松動
玻璃鋼船體一次成型后，與構件的連接為二次連接。二次連接在玻璃鋼船舶上的應用較多，其連接方式主要是機械連接和膠接。
在船舶建造過程中，如金屬鑲嵌件的預埋件位置未進行有效加固，或在二次膠結時，糊制的層數不夠，粘結力小，均容易出現松動、分層和開裂的現象。
營運過程中，如金屬鑲嵌件區域長時間受到較大的拉力、瞬時大拉力或處于振動較大的時候，也容易出現類似缺陷。
各缺陷之間的關系
各缺陷之間的關系錯綜復雜，如未能及時處理，則會導致更為嚴重的缺陷。如圖1所示，玻璃鋼船體在受到碰損后，如碰損較輕，在二次連接位置會出現松動的現象，產生膠衣龜裂、裂紋；如碰損嚴重，破損位置會出現纖維裸露的情況。船體材料受外界環境因素影響而老化，也會產生膠衣龜裂現象。
圖1. 缺陷關系
如膠衣龜裂、裂紋的現象未及時處理，會導致膠衣保護層失效，基體樹脂受到侵蝕，出現纖維裸露的現象。主船體材料老化，表面膠衣和基體樹脂脫落，也會出現纖維裸露的現象。
白斑和起泡現象是樹脂和纖維間存在空隙，缺陷處受局部外力影響或水的滲透作用，縫隙會越來越大，出現局部層板分層的現象，導致局部船體結構失效。
膠衣龜裂、裂紋、纖維裸露、白斑、起泡和分層現象，如在玻璃鋼船舶的正常使用過程中長期存在，在光化和水解的作用下，會加速玻璃鋼船體材料的老化，出現層板分層的嚴重缺陷，最終會導致船體結構失效。
這些常見的缺陷，如不及時處理，在一定條件下是可以相互轉化或轉化為更為嚴重的缺陷。由此可見，玻璃鋼船體表面微小的缺陷，是造成船體材料老化、層板分層現象不可忽視的原因，在建造和營運過程中應予以重視。
3.預防措施及保養
為避免龜裂、裂紋、白斑、分層、起泡、碰損或纖維裸露、主船體材料老化、二次連接位置松動現象，制造廠應在建造過程中采用先進的施工工藝，保證施工人員具有良好的操作水平，合理的選取原材料，把缺陷的發生概率降到最低。
如為延緩玻璃鋼老化，延長玻璃鋼船舶使用壽命，通常在玻璃鋼船舶表面進行涂裝，或在樹脂中加入穩定劑；玻璃鋼船舶水上部分的表面膠衣，可形成一層保護層，抵抗光、氧、風吹雨打的侵蝕；水下部分可采用密水性能、抗滲透性能更強的環氧底漆，外涂防腐漆加以保護。
在營運過程中，應注意避免發生磕碰，受到不當的應力，發現小缺陷應盡快修復，避免破損范圍擴大，產生涉及船舶結構安全的缺陷。
還應對玻璃鋼船舶進行維護和保養。比如船舶使用后，要盡快清洗，清除船舶表面的酸堿物；船舶在停靠時，應做好防曬工作，可選擇陰涼處停放或采用帆布遮陽，防止紫外線加速船舶的老化，及時清理艙底水、保持艙內清潔、干燥，可防止艙內水對玻璃鋼的降解作用，還能查明艙底水的來源，確認船殼板是否出現滲漏現象。
在我國北方地區，玻璃鋼在冰凍環境下會變脆，其沖擊強度下降較大，應將玻璃鋼船舶吊上岸存放在船艇架上，用船罩罩住，或停放在廠房內，以減少光化和氧化作用，以及碰撞和機械損傷；還應將船舶內的所有水放掉，避免凍裂船體、機體、管路和金屬閥件等。
結語
本文是對玻璃鋼船舶建造的一種技術反饋。結合國內相關法規中有關玻璃鋼船體檢驗的要求，通過對玻璃鋼船舶的定期檢驗，從玻璃鋼船舶建造和營運的角度出發，考慮原材料特性、施工工藝和船舶使用環境等因素，對檢驗中出現的缺陷加以重視，防止各缺陷之間的轉換，給出預防措施，并進行合理的保養，以延長船舶的使用壽命。
作者：杜秋峰
工作單位：中國船級社大連分社
來源：船海工程、CCIA 維修檢測與回收專委會
來源：Internet
