復合材料助力迪士尼實現未來建筑設計

為了給這個著名的迪士尼項目進行建筑物設計，恒豪國際貿易( 上海) 有限公司（即E-Grow）提供了一個完整的“端到端”服務，從建筑材料，到部件的制造，現場安裝及噴涂等。E-Grow 在世界范圍內擁有廣泛的經驗，可以為復雜、非常規形狀、自由形狀的幾何建筑物項目等這些類型提供3D 材料解決方案。該公司的全球客戶群包括領先的建筑事務所，比如英國倫敦的扎哈? 哈迪德（Zaha Hadid）建筑師事務所；美國的摩弗西斯（Morphosis）建筑師事務所和STUDIOS 建筑；法國的保羅? 安德魯（Paul Andreu）建筑師事務所；中國的WAA、UA 和DEEP 建筑師事務所。

為了滿足迪士尼對明日世界的規格要求，E-Grow 提供了一種防火玻璃纖維增強塑料（GRP）復合材料，作為用于生產所有未來形狀的曲面設計和建筑所需表面細節、特征的最好的材料。

圖1 新的中國上海迪士尼度假區“明日世界”的主要建筑物正在建設中。明日世界中央大廳的金色FRP 部件已施工完成。明日世界建筑物的外延部分，戶外設備和游樂設施覆蓋了超過2300 平方米，是由防火等級的凝膠涂層FRP 部件建造而成。（圖片來源：E-Grow 的Jessica Lee。）

通過使用斯高特巴德公司（Scott Bader）的一種阻燃（FR）膠衣和液態樹脂GRP，結合E-Grow 具有專利的、可回收的蠟模制作工藝，無數巨大的、擁有復雜“嵌入”裝飾特點的雙曲部分能夠以低成本加工出來，從而使得未來建筑設計成為這一最新迪士尼幻想世界度假區里的轟動的現實（見圖1）。

生產的挑戰

E-Grow 低成本高效率地生產和安裝了上百個不同尺寸及形狀的GRP 部件，放置在度假區明日世界部分十多個不同的區域。E-Grow 供應的復合材料部件包括：垂直花園的面板；Tron Raceview 媒體屏幕周圍的內側鑲板和Tron 乘騎的入口區域；莉蘿與史迪奇劇場秀臺里面；巴斯光年星際營救的排隊區域；千年隼號上。以及中央大廳和周邊設施，包括帶有頂棚的食品亭，戶外用餐設備，也都是用FRP 部件和包層板建造的，且全部是定制成型。這項主要的生產挑戰需要E-Grow團隊在完成建筑項目每個階段的18 個月中進行大量的項目管理和溝通，以確保成型的GRP 部件按需要及時運送到施工現場（見圖2）。

圖2 （圖a 和圖b）為了低成本高效率地生產明日世界所需的所有定制的形狀和質地，E-Grow 運用了其獨特的蠟模制作和回收工藝；一旦模具制作成功，就將蠟塞融化并回爐再造成新的蠟塊，以備用于不同蠟塞的數控加工。（圖片來源：E-Grow 的Jessica Lee。）

為了滿足明日世界這個場地所有的設計要求和建筑規范，建筑物、舞臺和游樂設施上安裝的所有大型、形狀復雜的GRP 部件都是由E-Grow 公司在其位于上海的、經ISO 9001認證的工廠，用手糊工藝制造的。迪士尼團隊已經明確指出所有的GRP 零部件都必須使用適合的防火和煙霧級別的凝膠層疊材料。E-Grow 選擇的經獨立測試和認可的FR 層壓系統是斯高特巴德公司（Scott Bader）的Crestapol? 1212 高性能聚氨酯丙烯酸酯樹脂，用氫氧化鋁（ATH）填充和玻璃增強，并與防火預加速的Iso-NPG 聚酯凝膠漆Crystic? 967 FR 配合使用。Crystic? 967 FR 共有八個指定的自定義顏色。這種凝膠GRP 層壓系統輕松通過了中國GB 8624-2012：B1 建筑物防火和煙霧標準，同時也符合EN UNE 13501-1 要求。該系統滿足了E-Grow 所有的生產需求，因為經驗證Crestapol 備用樹脂即使在裝載ATH 填料時也較易于處理。

為了提供長期的耐候性能，對安裝的暴露在空氣中的外部GRP 板進行了現場噴涂；將一種三組分的外部聚氨酯（PU）基涂料體系，包括著色環氧底漆，丙烯酸PU 金屬色涂層（為面板指定的八種定制顏色之一），以及丙烯酸PU 透明（半光澤）涂層，以層疊的形式應用于凝膠涂覆的表面上。

可回收的機加工蠟塞

為了低成本有效地生產用于明日世界項目的所有不同形狀，主要是大尺寸和雙彎曲的GRP 部件，E-Grow 使用了一個獨特的，內部專利的蠟模制造工藝。這一工藝可生產高精細度的“正面”模型或型式，通常也被復合模具制造商稱為“塞”。這些機械加工的蠟塞可以熔化，并且當特定模具形狀所需的所有玻璃增強石膏（GRG）模具加工部件生產出來后，則蠟再循環。用于模具或模型制造的預加工鑄造蠟坯料通常尺寸為600mm×1500mm×3000mm，但如果需要的話可以做得更大。

圖3 蠟被回收利用。能夠熔化蠟塞并重新利用所有的蠟使得以非常有競爭力的價格、非常少的浪費生產定制大型形狀的FRP 部件成為可能。由于包括了材料的回收利用，生產的過程也更加環保。

利用3D 文件， 通常是由設計師提供的NURBS 文件，E-Grow 的工具制造團隊開始工作。第一步是使用“MasterCAM”軟件繪制單個模具板的模具幾何形狀和工具路徑。接下來是將單獨的CAM 文件發送給E-Grow 的20臺加工中心的三軸路由器之一，直接從適當尺寸的蠟塊精密加工出高精細度的蠟塞。E-Grow 的項目經理Philip Vernon 解釋說：“我們使用的蠟是生產復雜彎曲部件的理想材料，因為精確的半徑和表面紋理、細節相對容易加工，這些都直接傳送給鑄造的石膏模具。通過熔化塞子并再利用蠟，就能以非常有競爭力的價格、極少的廢料生產出大型定制形狀的FRP部件。生產的過程也是環保的，因為蠟在內部完全回收利用了。

圖4 用于模型制作的3D CAM 文件。第一步是使用“MasterCAM”軟件繪制單個模具板的模具幾何形狀和工具路徑。

明日世界項目每個單獨部件成型制造的最后一步是鑄造GRG 模具部分，然后逐段構建起最終模具，將所有GRG 部件組裝在一個定制的金屬模具框架上。一旦全部組裝完畢，對GRG 模具表面進行平滑處理，并將所有接頭做好。完成的模具就準備運送到GRP 部件成型的手糊生產區域；通常需要將GRP 部件所需的任何金屬固定插件牢固地連接到建筑物底部結構的大部件上，嵌入玻璃纖維織物和層壓樹脂的鋪層之間，這是手糊工藝的一部分。

圖5 待加工的鑄造蠟坯。用于模具或模型制造的預加工鑄造蠟坯料通常尺寸為600mm ×1500mm ×3000mm，但如果需要的話E-Grow可以做出更大的。

E-Grow 的專利系統使用了熔點足夠高的專利蠟，它具有相當大的生產靈活性，可用作合適的模具材料以及用于插塞的制造，能夠以直接來自于光滑的蠟模表面的“A 級”表面光潔度，在十個相同的模制部件區域中進行生產；適合的脫模劑仍然是需要的。根據項目需要，E-Grow 使用的蠟塞和模具制造工藝已成功地應用于手糊GRP 部件的生產，而且還用于由玻璃增強石膏（GRG）和玻璃增強型混凝土（GRC）復合材料鑄型而來的大體積建筑構件（見圖3- 圖9）。

圖6 加工中的蠟模。利用單獨的CAM 文件，E-Grow 20 臺三軸加工中心路由器中的一個直接將適當尺寸的蠟坯精密加工成高精細度的蠟塞。

防火性能試驗

上海迪士尼對E-Grow 公司的要求是度假村安裝的所有GRP 部件僅使用與層壓板系統匹配的防火級膠衣和樹脂，而不僅僅是合適的FR 備用樹脂。主題公園中使用的所有膠衣部件都必須滿足中國B1 級對完全組裝的復合材料部件的“防火”規范。中國國家建筑和工程材料檢驗中心規定了GRP 的防火規范，該中心使用E-Grow 公司制造的樣品，在上海的實驗室對與斯高特巴德公司（Scott Bader）相匹配的層壓板系統進行了獨立測試。根據斯高特巴德公司（Scott Bader）的技術建議，為了確保通過B1 防火規范，提交的20 個試驗部件符合計劃的項目規格：Crystic GC967 FR 凝膠涂層，ATH 填充的Crestapol 1212 備用樹脂，三層450g/m2 氯磺化聚乙烯（CSM）和三層400g/m2 粗紗布。推薦使用Crystic GC967 FR，因為它是一種高性能的Iso-NPG 聚酯級，專為在建筑和運輸行業中耐火性是關鍵要求的地區生產GRP 部件而設計。

圖7 加工完畢的蠟模。E-Grow 公司發現蠟是一種生產復雜曲線GRP 模型的理想的制塞材料，因為非常精確的半徑相對容易加工些，表面紋理和精細的設計浮雕細節也是如此。

中國GB 8624-2012 防火和煙霧測試包括四個關鍵部分：（1）單一燃燒測試，包括三項測試，測試Crystic GC967 FR凝膠涂層Crestapol 1212 ATH 填充的測試層壓板部件的性能，涉及火焰生長速率指數（FIGRA）；橫向火焰蔓延；600 秒內總的熱釋放。（2）燃燒性測試——涉及火焰蔓延，暴露于直接火焰下30 秒。（3）煙密度測試——涉及在600 秒內產生的煙霧的生長速度和總煙霧量。（4）燃燒液滴/ 顆粒試驗。

圖8 鑄造GRG 模具部件。使用單獨的精密機加工蠟塞來鑄造所有玻璃增強石膏（GRG）模具工具部件，這些工具部件是生產用來手糊成型安裝在明日世界的每個GRP 部件的大型成品模具所需要的。

中國國家檢驗測試中心將測試報告結果（見表）反饋給了E-Grow，表中清楚地顯示，斯高特巴德（Scott Bader）的FR 層壓板系統輕松地通過了這四種試驗。這是最終經認可的規范，用于制造和安裝迪士尼明日世界現場的GRP 零件（見圖10 和圖11）。

圖9 在定制的金屬模具框架上組裝GRG 模具部件。完成明日世界項目個別GRP 部件成型制造的最后一步是把所有的GRG 零件組裝到一起，逐個部件安裝在一個定制的金屬模具框架上。一旦全部組裝完畢，對GRG 模具表面進行平滑處理，并將所有接頭做好。完成的模具就準備運送到GRP 部件成型的手糊生產區域。

色彩與表面相匹配

上海迪士尼項目的另一個要求和挑戰是所有膠衣涂覆的GRP 部件必須與在明日世界使用的油漆系統顏色相匹配。這樣的顏色匹配要求能夠使在出現任何破損和隨著時間的推移預期大量游客的“磨損”的情況下，對凝膠涂層和涂漆的表面進行“不可見”的修復，以使整個度假村保持高品質的外觀。為了滿足GRP 部件的這些要求，斯高特巴德（Scott Bader）為E-Grow 提供了8 種自定義顏色的Crystic Gelcoat 967 FR，其易于使用，也屬于觸變的、預加速的、“真空”噴涂凝膠涂層級別。

圖10 表中顯示了試驗結果數據的B1 級測試報告表——中國全國檢驗檢測中心提交給E -Grow 的報告。

供應鏈支持

斯高特巴德（Scott Bader）公司位于上海的亞太團隊根據預期的生產計劃在2015 年11 月至2016 年4 月期間為該建筑項目的每個建設階段提供材料。與E-Grow 密切合作，該團隊管理所有來自斯高特巴德（Scott Bader）英國工廠的庫存和供應鏈物流，全部系列的Crestapol 樹脂也是在英國工廠進行制造并供應全球；以及來自阿聯酋迪拜的斯高特巴德（Scott Bader）工廠，其中8 種不同顏色的高性能阻燃劑Crystic 967 FR 膠衣就是在這里批量生產訂購，并運送到上海的斯高特巴德（Scott Bader）亞太區倉庫（見圖12）。

圖11 新的中國上海迪士尼度假區“明日世界”內部建筑視圖——建成完工的。斯高特巴德位于上海的亞太團隊為E-Grow 提供了建筑項目每個建設階段的材料，并且管理了來自斯高特巴德在英國和阿聯酋迪拜的生產工廠的所有庫存和供應鏈物流。（圖片由Philip Vernon，E-Grow 提供）。

E-Grow 公司的業務起源

E-Grow 由Jerry Ku 創建于1997 年，他是一位有資質的建筑師，也是他自己的建筑公司的前合伙人。E-Gow 已發展成為先進建筑材料中最杰出的公司之一，在中國上海和東莞設有工廠。該公司專門為創新的、具有挑戰性的建筑設計提供創新性自由形式的解決方案，在全球范圍內與國際知名的建筑師和建筑公司合作，在傳統和開創性建筑設計項目上取得了成功的業績記錄。有關E-Grow 公司更多的信息，其服務范圍以及已完成的建筑項目案例，請訪問：www.egrow3dsolutions.com。

圖12 新的中國上海迪士尼度假區“明日世界”戶外舞臺區的太空船。斯高特巴德位于上海的亞太團隊為E-Grow 提供了建筑項目每個建設階段的材料，并且管理了來自斯高特巴德（Scott Bader）在英國和阿聯酋迪拜的生產工廠的所有庫存和供應鏈物流。（圖片由E-Grow的Philip Vernon 提供）。

更多關于全系列Crestapol 樹脂的詳細信息，以及有關斯高特巴德（Scott Bader）和其全系列復合材料及特種化學產品的詳細信息，請訪問www.scottbader.com。