复合材料助力迪士尼实现未来建筑设计

为了给这个著名的迪士尼项目进行建筑物设计，恒豪国际贸易( 上海) 有限公司（即E-Grow）提供了一个完整的“端到端”服务，从建筑材料，到部件的制造，现场安装及喷涂等。E-Grow 在世界范围内拥有广泛的经验，可以为复杂、非常规形状、自由形状的几何建筑物项目等这些类型提供3D 材料解决方案。该公司的全球客户群包括领先的建筑事务所，比如英国伦敦的扎哈• 哈迪德（Zaha Hadid）建筑师事务所；美国的摩弗西斯（Morphosis）建筑师事务所和STUDIOS 建筑；法国的保罗• 安德鲁（Paul Andreu）建筑师事务所；中国的WAA、UA 和DEEP 建筑师事务所。

为了满足迪士尼对明日世界的规格要求，E-Grow 提供了一种防火玻璃纤维增强塑料（GRP）复合材料，作为用于生产所有未来形状的曲面设计和建筑所需表面细节、特征的最好的材料。

图1 新的中国上海迪士尼度假区“明日世界”的主要建筑物正在建设中。明日世界中央大厅的金色FRP 部件已施工完成。明日世界建筑物的外延部分，户外设备和游乐设施覆盖了超过2300 平方米，是由防火等级的凝胶涂层FRP 部件建造而成。（图片来源：E-Grow 的Jessica Lee。）

通过使用斯高特巴德公司（Scott Bader）的一种阻燃（FR）胶衣和液态树脂GRP，结合E-Grow 具有专利的、可回收的蜡模制作工艺，无数巨大的、拥有复杂“嵌入”装饰特点的双曲部分能够以低成本加工出来，从而使得未来建筑设计成为这一最新迪士尼幻想世界度假区里的轰动的现实（见图1）。

生产的挑战

E-Grow 低成本高效率地生产和安装了上百个不同尺寸及形状的GRP 部件，放置在度假区明日世界部分十多个不同的区域。E-Grow 供应的复合材料部件包括：垂直花园的面板；Tron Raceview 媒体屏幕周围的内侧镶板和Tron 乘骑的入口区域；莉萝与史迪奇剧场秀台里面；巴斯光年星际营救的排队区域；千年隼号上。以及中央大厅和周边设施，包括带有顶棚的食品亭，户外用餐设备，也都是用FRP 部件和包层板建造的，且全部是定制成型。这项主要的生产挑战需要E-Grow团队在完成建筑项目每个阶段的18 个月中进行大量的项目管理和沟通，以确保成型的GRP 部件按需要及时运送到施工现场（见图2）。

图2 （图a 和图b）为了低成本高效率地生产明日世界所需的所有定制的形状和质地，E-Grow 运用了其独特的蜡模制作和回收工艺；一旦模具制作成功，就将蜡塞融化并回炉再造成新的蜡块，以备用于不同蜡塞的数控加工。（图片来源：E-Grow 的Jessica Lee。）

为了满足明日世界这个场地所有的设计要求和建筑规范，建筑物、舞台和游乐设施上安装的所有大型、形状复杂的GRP 部件都是由E-Grow 公司在其位于上海的、经ISO 9001认证的工厂，用手糊工艺制造的。迪士尼团队已经明确指出所有的GRP 零部件都必须使用适合的防火和烟雾级别的凝胶层叠材料。E-Grow 选择的经独立测试和认可的FR 层压系统是斯高特巴德公司（Scott Bader）的Crestapol® 1212 高性能聚氨酯丙烯酸酯树脂，用氢氧化铝（ATH）填充和玻璃增强，并与防火预加速的Iso-NPG 聚酯凝胶漆Crystic® 967 FR 配合使用。Crystic® 967 FR 共有八个指定的自定义颜色。这种凝胶GRP 层压系统轻松通过了中国GB 8624-2012：B1 建筑物防火和烟雾标准，同时也符合EN UNE 13501-1 要求。该系统满足了E-Grow 所有的生产需求，因为经验证Crestapol 备用树脂即使在装载ATH 填料时也较易于处理。

为了提供长期的耐候性能，对安装的暴露在空气中的外部GRP 板进行了现场喷涂；将一种三组分的外部聚氨酯（PU）基涂料体系，包括着色环氧底漆，丙烯酸PU 金属色涂层（为面板指定的八种定制颜色之一），以及丙烯酸PU 透明（半光泽）涂层，以层叠的形式应用于凝胶涂覆的表面上。

可回收的机加工蜡塞

为了低成本有效地生产用于明日世界项目的所有不同形状，主要是大尺寸和双弯曲的GRP 部件，E-Grow 使用了一个独特的，内部专利的蜡模制造工艺。这一工艺可生产高精细度的“正面”模型或型式，通常也被复合模具制造商称为“塞”。这些机械加工的蜡塞可以熔化，并且当特定模具形状所需的所有玻璃增强石膏（GRG）模具加工部件生产出来后，则蜡再循环。用于模具或模型制造的预加工铸造蜡坯料通常尺寸为600mm×1500mm×3000mm，但如果需要的话可以做得更大。

图3 蜡被回收利用。能够熔化蜡塞并重新利用所有的蜡使得以非常有竞争力的价格、非常少的浪费生产定制大型形状的FRP 部件成为可能。由于包括了材料的回收利用，生产的过程也更加环保。

利用3D 文件， 通常是由设计师提供的NURBS 文件，E-Grow 的工具制造团队开始工作。第一步是使用“MasterCAM”软件绘制单个模具板的模具几何形状和工具路径。接下来是将单独的CAM 文件发送给E-Grow 的20台加工中心的三轴路由器之一，直接从适当尺寸的蜡块精密加工出高精细度的蜡塞。E-Grow 的项目经理Philip Vernon 解释说：“我们使用的蜡是生产复杂弯曲部件的理想材料，因为精确的半径和表面纹理、细节相对容易加工，这些都直接传送给铸造的石膏模具。通过熔化塞子并再利用蜡，就能以非常有竞争力的价格、极少的废料生产出大型定制形状的FRP部件。生产的过程也是环保的，因为蜡在内部完全回收利用了。

图4 用于模型制作的3D CAM 文件。第一步是使用“MasterCAM”软件绘制单个模具板的模具几何形状和工具路径。

明日世界项目每个单独部件成型制造的最后一步是铸造GRG 模具部分，然后逐段构建起最终模具，将所有GRG 部件组装在一个定制的金属模具框架上。一旦全部组装完毕，对GRG 模具表面进行平滑处理，并将所有接头做好。完成的模具就准备运送到GRP 部件成型的手糊生产区域；通常需要将GRP 部件所需的任何金属固定插件牢固地连接到建筑物底部结构的大部件上，嵌入玻璃纤维织物和层压树脂的铺层之间，这是手糊工艺的一部分。

图5 待加工的铸造蜡坯。用于模具或模型制造的预加工铸造蜡坯料通常尺寸为600mm ×1500mm ×3000mm，但如果需要的话E-Grow可以做出更大的。

E-Grow 的专利系统使用了熔点足够高的专利蜡，它具有相当大的生产灵活性，可用作合适的模具材料以及用于插塞的制造，能够以直接来自于光滑的蜡模表面的“A 级”表面光洁度，在十个相同的模制部件区域中进行生产；适合的脱模剂仍然是需要的。根据项目需要，E-Grow 使用的蜡塞和模具制造工艺已成功地应用于手糊GRP 部件的生产，而且还用于由玻璃增强石膏（GRG）和玻璃增强型混凝土（GRC）复合材料铸型而来的大体积建筑构件（见图3- 图9）。

图6 加工中的蜡模。利用单独的CAM 文件，E-Grow 20 台三轴加工中心路由器中的一个直接将适当尺寸的蜡坯精密加工成高精细度的蜡塞。

防火性能试验

上海迪士尼对E-Grow 公司的要求是度假村安装的所有GRP 部件仅使用与层压板系统匹配的防火级胶衣和树脂，而不仅仅是合适的FR 备用树脂。主题公园中使用的所有胶衣部件都必须满足中国B1 级对完全组装的复合材料部件的“防火”规范。中国国家建筑和工程材料检验中心规定了GRP 的防火规范，该中心使用E-Grow 公司制造的样品，在上海的实验室对与斯高特巴德公司（Scott Bader）相匹配的层压板系统进行了独立测试。根据斯高特巴德公司（Scott Bader）的技术建议，为了确保通过B1 防火规范，提交的20 个试验部件符合计划的项目规格：Crystic GC967 FR 凝胶涂层，ATH 填充的Crestapol 1212 备用树脂，三层450g/m2 氯磺化聚乙烯（CSM）和三层400g/m2 粗纱布。推荐使用Crystic GC967 FR，因为它是一种高性能的Iso-NPG 聚酯级，专为在建筑和运输行业中耐火性是关键要求的地区生产GRP 部件而设计。

图7 加工完毕的蜡模。E-Grow 公司发现蜡是一种生产复杂曲线GRP 模型的理想的制塞材料，因为非常精确的半径相对容易加工些，表面纹理和精细的设计浮雕细节也是如此。

中国GB 8624-2012 防火和烟雾测试包括四个关键部分：（1）单一燃烧测试，包括三项测试，测试Crystic GC967 FR凝胶涂层Crestapol 1212 ATH 填充的测试层压板部件的性能，涉及火焰生长速率指数（FIGRA）；横向火焰蔓延；600 秒内总的热释放。（2）燃烧性测试——涉及火焰蔓延，暴露于直接火焰下30 秒。（3）烟密度测试——涉及在600 秒内产生的烟雾的生长速度和总烟雾量。（4）燃烧液滴/ 颗粒试验。

图8 铸造GRG 模具部件。使用单独的精密机加工蜡塞来铸造所有玻璃增强石膏（GRG）模具工具部件，这些工具部件是生产用来手糊成型安装在明日世界的每个GRP 部件的大型成品模具所需要的。

中国国家检验测试中心将测试报告结果（见表）反馈给了E-Grow，表中清楚地显示，斯高特巴德（Scott Bader）的FR 层压板系统轻松地通过了这四种试验。这是最终经认可的规范，用于制造和安装迪士尼明日世界现场的GRP 零件（见图10 和图11）。

图9 在定制的金属模具框架上组装GRG 模具部件。完成明日世界项目个别GRP 部件成型制造的最后一步是把所有的GRG 零件组装到一起，逐个部件安装在一个定制的金属模具框架上。一旦全部组装完毕，对GRG 模具表面进行平滑处理，并将所有接头做好。完成的模具就准备运送到GRP 部件成型的手糊生产区域。

色彩与表面相匹配

上海迪士尼项目的另一个要求和挑战是所有胶衣涂覆的GRP 部件必须与在明日世界使用的油漆系统颜色相匹配。这样的颜色匹配要求能够使在出现任何破损和随着时间的推移预期大量游客的“磨损”的情况下，对凝胶涂层和涂漆的表面进行“不可见”的修复，以使整个度假村保持高品质的外观。为了满足GRP 部件的这些要求，斯高特巴德（Scott Bader）为E-Grow 提供了8 种自定义颜色的Crystic Gelcoat 967 FR，其易于使用，也属于触变的、预加速的、“真空”喷涂凝胶涂层级别。

图10 表中显示了试验结果数据的B1 级测试报告表——中国全国检验检测中心提交给E -Grow 的报告。

供应链支持

斯高特巴德（Scott Bader）公司位于上海的亚太团队根据预期的生产计划在2015 年11 月至2016 年4 月期间为该建筑项目的每个建设阶段提供材料。与E-Grow 密切合作，该团队管理所有来自斯高特巴德（Scott Bader）英国工厂的库存和供应链物流，全部系列的Crestapol 树脂也是在英国工厂进行制造并供应全球；以及来自阿联酋迪拜的斯高特巴德（Scott Bader）工厂，其中8 种不同颜色的高性能阻燃剂Crystic 967 FR 胶衣就是在这里批量生产订购，并运送到上海的斯高特巴德（Scott Bader）亚太区仓库（见图12）。

图11 新的中国上海迪士尼度假区“明日世界”内部建筑视图——建成完工的。斯高特巴德位于上海的亚太团队为E-Grow 提供了建筑项目每个建设阶段的材料，并且管理了来自斯高特巴德在英国和阿联酋迪拜的生产工厂的所有库存和供应链物流。（图片由Philip Vernon，E-Grow 提供）。

E-Grow 公司的业务起源

E-Grow 由Jerry Ku 创建于1997 年，他是一位有资质的建筑师，也是他自己的建筑公司的前合伙人。E-Gow 已发展成为先进建筑材料中最杰出的公司之一，在中国上海和东莞设有工厂。该公司专门为创新的、具有挑战性的建筑设计提供创新性自由形式的解决方案，在全球范围内与国际知名的建筑师和建筑公司合作，在传统和开创性建筑设计项目上取得了成功的业绩记录。有关E-Grow 公司更多的信息，其服务范围以及已完成的建筑项目案例，请访问：www.egrow3dsolutions.com。

图12 新的中国上海迪士尼度假区“明日世界”户外舞台区的太空船。斯高特巴德位于上海的亚太团队为E-Grow 提供了建筑项目每个建设阶段的材料，并且管理了来自斯高特巴德（Scott Bader）在英国和阿联酋迪拜的生产工厂的所有库存和供应链物流。（图片由E-Grow的Philip Vernon 提供）。

更多关于全系列Crestapol 树脂的详细信息，以及有关斯高特巴德（Scott Bader）和其全系列复合材料及特种化学产品的详细信息，请访问www.scottbader.com。