玻璃钢制作工艺 (2010/04/12 20:43)
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玻璃钢成型工艺（基本概念）成型工艺 复合材料成型工艺是复合材料工业的发展基础和条件。随着复合材料应用领域的拓宽，复合材料工业得到迅速发镇，其老的成型工艺日臻完善，新的成型方法不断涌现，目前聚合物基符合材料的成型方法已有20多种，并成功地用于工业生产，如：（1）手糊成型工艺--湿法铺层成型法；（2）喷射成型工艺；（3）树脂传递模塑成型技术（RTM技术）；（4）袋压法（压力袋法）成型； （5）真空袋压成型；（6）热压罐成型技术；（7）液压釜法成型技术；（8）热膨胀模塑法成型技术；（9）夹层结构成型技术；（10）模压料生产工艺；（11）ZMC模压料注射技术；（12）模压成型工艺；（13）层合板生产技术；（14）卷制管成型技术；（15）纤维缠绕制品成型技术；（16）连续制板生产工艺；通信与信息管理
（17）浇铸成型技术；（18）拉挤成型工艺；（19）连续缠绕制管工艺； （20）编织复合材料制造技术；
（21）热塑性片状模塑料制造技术及冷模冲压成型工艺；
（22）注射成型工艺；
（23）挤出成型工艺；
（24）离心浇铸制管成型工艺；
（25）其它成型技术。
视所选用的树脂基体材料的不同，上述方法分别适用于热固性和热塑性复合材料的生产，有些工艺两者都适用。
复合材料制品成型工艺特点：与其它材料加工工艺相比，复合材料成型工艺具有如下特点：
（1）材料制造与制品成型同时完成 一般情况下，复合材料的生产过程，也就是制品的成型过程。材料的性能必须根据制品的使用要求进行设计，因此在造反材料、设计配比、确定纤维铺层和成型方法时，都必须满足制品的物化性能、结构形状和外观质量要求等。
（2）制品成型比较简便 一般热固性复合材料的树脂基体，成型前是流动液体，增强材料是柔软纤维或织物，因此，用这些材料生产复合材料制品，所需工序及设备要比其它 材料
简单的多，对于某些制品仅需一套模具便能生产。手糊成型工艺 手糊成型的工艺流程如下：（1）生产准备 场地 手糊成型工作场地的大小，要根据产品大小和日产量决定，场地要求清洁、干燥、通风良好，空气温度应保持在15～35℃之间，后加工整修段，要设有抽风除尘和喷水装置。模具准备 准备工作包括清理、组装及涂脱模剂等。 树脂胶液配制 配制时，要注意两个问题：①防止胶液中混入气泡；②配胶量不能过多，每次配量要保证在树脂凝胶前用完。 增强材料准备 增强材料的种类和规格按设计要求选择。（2）糊制与固化 铺层糊制 手工铺层糊制分湿法和干法两种：①干法铺层 用预浸布为原料，先将预学好料（布）按样板裁剪成坏料，铺层时加热软化，然后再一层一层地紧贴在模具上，并注意排除层间气泡，使密实。此法多用于热压罐和袋压成型。②湿法铺层 直接在模具上将增强材 料浸胶，一层一层地紧贴在模具上，扣除气泡，使之密实。一般手糊工艺多用此法铺层。湿法铺层又分为胶衣层糊制和结构层糊制。
手糊工具 手糊工具对保证产品质量影响很大。有羊毛辊、猪鬃辊、螺旋辊及电锯、电钻、打磨抛光机等。
固化 制品固化分硬化和熟化两个阶段：从凝胶到三角化一般要24h，此时固化度达50%～70%（巴柯尔硬性度为15），可以脱模，脱后在自然环境条件下固化1～2周才能使制品具有力学强度，称熟化，其固化度达85%以上。加热可促进熟化过程，对聚酯玻璃钢，80℃加热3h，对环氧玻璃钢，后固化温度可控制在150℃以内。加热固化方法很多，中小型制品可在固化炉内加热固化，大型制品可采用模内加热或红外线加热。
（3）脱模和修整
虚假记忆 脱模 脱模要保证制品不受损伤。脱模方法有如下几种：①顶出脱模 在模具上预埋顶出装置，脱模时转动螺杆，将制品顶出。②压力脱模 新闻与传播研究模具上留有压缩空气或水入口，脱模时将压缩空气或水（0.2MPa）压入模具和制品之间，同时用木锤和橡胶锤敲打，使制品和模具分离。③大型制品（如船）脱模 可借助千斤顶、吊车和硬木楔等工具。④复杂制品可采用手工脱模方法 先在模具上糊制二三层玻璃钢，待其固化后从模具上剥离，然后再放在模具
上继续糊制到设计厚度，固化后很容易从模具上脱下来。
修整 修整分两种：一种是尺寸修整，另一种缺陷修补。
①尺寸修整 成型后的制品，按设计尺寸切去超出多余部分；
②缺陷修补 包括穿孔修补，气泡、裂缝修补，破孔补强
树脂传递模塑成型
树脂传递模塑成型简称RTM（Resin Transfer Molding）。RTM起始于50年代，是手糊成型工艺改进的一种闭模成型技术，可以生产出两面光的制品。在国外属于这一工艺范畴的还有树脂注射工艺（Resin Injection）和压力注射工艺(Pressure Infection)。
RTM的基本原理是将玻璃纤维增强材料铺放到闭模的模腔内，用压力将树脂胶液注入模腔，浸透玻纤增强材料，然后固化，脱模成型制品。
从上前的研究水平来看，RTM技术的研究发展方向将包括微机控制注射机组，增强材料预成型技术，低成本模具，快速树脂固化体系，工艺稳定性和适应性等。
RTM成型技术的特点：
①可以制造两面光的制品；
②成型效率高，适合于中等规模的玻璃钢产品生产（20000件/年以内）；
③RTM为闭模操作，不污染环境，不损害工人健康；
④增强材料可以任意方向铺放，容易实现按制品受力状况例题铺放增强材料；
⑤原材料及能源消耗少；
⑥建厂投资少，上马快。
RTM技术适用范围很广，目前已广泛用于建筑、交通、电讯、卫生、航空航天等工业领域。已开发的产品有：汽车壳体及部件、娱乐车构件、螺旋浆、8.5m长的风力发电机叶片、天线罩、机器罩、浴盆、沐浴间、游泳池板、座椅、水箱、电话亭、电线杆、小型游艇等。
（1）RTM工艺及设备
成型工艺 RTM全部生产过程分11道工序，各工序的操作人员及工具、设备位置固定，模具由小车运送，依次经过每一道工序，实现流水作业。模具在流水线上的循环时间，基本上反映了制品的生产周期，小型制品一般只需十几分钟，大型制品的生产周期可以控制在1h以内完成。
成型设备 RTM成型设备主要是树脂压注机和模具。
①树脂村注机 树脂压注机由树脂泵、注射组成。树脂泵是一组活塞式往复泵，最上端是
一个空气动力泵。当压缩空气驱动空气泵活塞上下运动时，树脂泵将桶中树脂经过流量控制器、过滤器定量地抽入树脂贮存器，侧向杠杆使催化剂泵运动，将催化剂定量地抽至贮存器。压缩空气充入两个贮存器，产生与泵压力相反的缓冲力，保证树脂和催化剂能稳定的流向注射头。注射口后有一个静态紊流混合器，可使树脂和催化剂在无气状态下混合均匀，然后经口注入模具，混合器后面设计有清洗剂入口，它与一个有0.28MPa压力的溶剂罐相联，当机器使用完后，打开开关，溶剂自动喷出，将注射清洗干净。
②模具 RTM模具分玻璃钢模、玻璃钢表面镀金属模和金属模3种。玻璃钢模具容易制造，价格较低，聚酯玻璃钢模具可使用2000次，环氧玻璃钢模具可使用4000次。表面镀金属的玻璃钢模具可使用10000次以上。金属模具在RTM工艺中很少使用，一般来讲，RTM的模具费仅为SMC的2%～16%。
（2）RTM原材料
RTM用的原材料有树脂体系、增强材料和填料。
树脂体系 RTM工艺用的树脂主要是不饱和聚酯树脂。
增强材料 一般RTM的增强材料主要是玻璃纤维，其含量为理论与改革25%～45%（重量比）；常用的增强材料有玻璃纤维连续毡、复合毡及方格布。
填料 填料对RTM工艺很重要，它不仅能降低成本，改善性能，而且能在树脂固化放热阶段吸收热量。常用的填料有氢氧化铝、玻璃微珠、碳酸钙、云母等。其用量为20%～40%。蜂窝夹层结构制造技术 （1）蜂窝种类 蜂窝的强度与选用原材料和蜂窝几何形状有关，根据平面投影几何形状，蜂窝夹芯材料可分为六边形、菱形、矩形、正弦曲线形和有加强带六边形等。在这些蜂窝夹芯材料中，以加强带六边形强度最高，正方形蜂窝次之。由于正六边形蜂窝制造简单，用料省，强度也较高，故应用最广。 （2）原材料 夹层结构的蒙皮和夹芯材料种类很多，如果用铝、钛合金做蒙皮和芯材，则称为金属夹层结构；用玻璃钢薄板，木质胶合板和无机复合材料板做蒙皮，用玻璃钢蜂窝、纸蜂窝及泡沫塑料做夹芯材料，则称为非金属材料夹层结构。目前，以玻璃钢薄板做蒙皮、玻璃钢蜂窝和泡沫塑料做芯材的夹层结构应用最广。①玻璃纤维布（增强材料） 生产玻璃钢夹层结构的玻璃布分为面层布和蜂窝布两种：面层布是经过增强处理的中碱和无碱平纹布，其厚度一般为0.1～0.2mm。为加强蒙皮和蜂窝之 间的粘度强度，常在两者之间加一层短切玻璃纤维毡。选用含蜡玻璃布做蜂窝材料，可以防止树脂浸透到玻璃布背面，减少蜂窝块层间的粘接，有利于蜂窝成孔拉伸。
②纸 生产蜂窝夹层结构的纸，要求有良好的树脂浸润性和足够的拉伸强度。
③粘接剂（树脂） 制造蜂窝夹层结构用的树脂分蒙皮用树脂、蜂窝用树脂和蜂窝与蒙皮粘接用树脂。根据夹层结构的使用条件，可分别选用环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、有机硅树脂及邻苯二甲酸二丙烯酯等。制造蜂窝胶条时，通常采用环氧树脂、改性酚醛树脂、聚醋酸乙烯酯胶和聚乙烯醇缩丁醛胶等。在这些胶粘剂中，环氧树脂粘接强度高，改性酚醛树脂价格低，故应用较多。聚醋酸乙烯酯胶无毒，价格便宜，可以室温固化，但用此胶制造的蜂条，不能浸聚酯胶胶液，因为聚酯树脂中的苯乙烯能溶解聚醛酸乙烯，使蜂条开胶、破坏。
（3）蜂窝夹芯制造 生产玻璃布夹芯材料时，主要彩胶接拉伸法。其工艺过程是先在制造蜂窝芯材的玻璃布上涂胶条，然后重叠粘接成蜂窝叠块，固化后按需要蜂窝高度切成蜂窝条，经拉伸预成型，最后浸胶，固化定型成蜂窝芯材。制造蜂窝夹芯叠块的胶条上胶法，可以采用手械涂胶，也可以使用机械化涂胶。
（4）蜂窝夹层结构制造 玻璃布蜂窝夹层结构制造技术分湿法和干法两种。
①干法成型 此法是先将蜂窝夹芯和面板作好，然后再将它们粘接成夹层结构。为了保证芯材和面板牢固粘接，常在面板上铺一层薄毡（浸过胶），铺上蜂窝，加热加压，使之固化成一体。这种方法制造的夹层结构，蜂芯和面板的粘接强度可提高到3MPa以上。干法成型的优点主要是产品表面光滑，平整，生产过程中每道工序都能及时检查，产品质量容易保证，缺点是生产周期长。
②湿法成型 此法是面板和蜂窝夹芯均处于未固化状态，在模具上一次胶接成型。生产时，先在模具上制好上、下面板，然后将蜂窝条浸胶拉开，放到上、下面板之间，加压（0.01～0.08MPa）、固化，脱模后修整成产品。湿法成型的优点是蜂窝和面板间粘接强度高，生产周期短，最适合于球面、壳体等异形结构产品生产。其缺点是产品表面质量差，生产过程较难控制
无缝隙政府泡沫塑料夹层结构制造技术
（1）原材料 泡沫塑料夹层结构用的原材料分为面板（蒙皮）材料、夹芯材料和粘接剂。
①面板材料 主要是用玻璃布和树脂制成的薄板，与蜂窝夹层结构面板用的材料相同。
②粘接剂 面板和夹芯材料的粘接剂，主要取决于泡沫塑料种类，如聚苯乙烯泡沫塑料，不
能用不饱和聚酯树脂粘接。
③泡沫夹芯材料 泡沫塑料的种类很多，其分类方法有两种：一种是按树脂基体分，可分为：聚氯乙烯泡沫塑料，聚苯乙烯泡沫塑料，聚乙烯泡沫塑料，聚氨酯泡沫塑料，酚醛，环氧及不饱和聚酯等热固性泡沫塑料等。另一种是近硬度分，可分为硬质、半硬质和软质三种。用泡沫塑料芯材生产夹层结构的最大优点是防寒、绝热，隔音性能好，质量轻，与蒙面粘接面大，能均匀传递荷载，抗冲击性能好等。
（2）泡沫塑料制造技术 生产泡沫塑料的发泡方法较多，有机械发泡法、惰性气体混溶减压发泡法、低沸点液体蒸发发泡法、发泡剂分解放气发泡法和原料组分相互反应放气发泡法等。
①机械发泡法 利用强烈机械搅拌，将气体混入到聚合物溶液、乳液或悬浮液中，形成泡沫体，然后经固化而获得泡沫塑料。
②惰性气体混溶减压发泡法 利用惰性气体（如氮气、二氧化碳等）无、无臭、难与其它化学元素化合的原理，在高压下压入聚合物中，经升温、减压、使气体膨胀发泡。
③低沸点液体蒸发发泡法 将低沸点液体压入聚合物中，然后加热聚合物，当聚合物软化、液体达到沸点时，借助液体气化产生的蒸气压力，使聚合物发泡成泡沫体。
④化学发泡剂发泡法 借助发泡剂在热作用下分解产生的气体，使聚合物体积膨胀，形成泡沫塑料。
⑤原料化学反应发泡法 此法是利用能发泡的原料组分，相互反应放出二氧化碳或氮气等使聚合物膨胀发泡成泡沫体。
（3）泡沫塑料夹层结构制造 泡沫塑料夹层结构的制造方法有：预制粘接法、现场浇注成型法和连续机械成型法三种。
①预制粘接法 将蒙皮和泡沫塑料芯材分别制造，然后再将它们粘接成整体。预制成型法的优点是能适用各种泡沫塑料，工艺简单，不需要复杂机械设备等。其缺点是生产效率低，质量不易保证。
②整体浇注成型法 先预制好夹层结构的外壳，然后将混合均匀的泡沫料浆浇入壳体内，经过发泡成型和固化处理，使泡沫涨满腔体，并和壳体粘接成一个整体结构。
③连续成型法 适用于生产泡沫塑料夹层结构板材。
喷射成型技术
喷射成型技术是手糊成型的改进，半机械化程度。喷射成型技术在复合材料成型工艺中所占比例较大，如美国占9.1%，西欧占11.3%，日本占21%。目前国内用的喷射成型机主要
2012上海中考数学
是从美国进口。
(1)喷射成型工艺原理及优缺点
喷射成型工艺是将混有引发剂和促进剂的两种聚酯分别从喷两侧喷出，同时将切断的玻纤粗纱，由喷中心喷出，使其与树脂均匀混合，沉积到模具上，当沉积到一定厚度时，用辊轮压实，使纤维浸透树脂，排除气泡，固化后成制品。
喷射成型的优点：
①用玻纤粗纱代替织物，可降低材料成本；②生产效率比手糊的高2～4倍；③产品整体性好，无接缝，层间剪切强度高，树脂含量高，抗腐蚀、耐渗漏性好；④可减少飞边，裁布屑及剩余胶液的消耗；⑤产品尺寸、形状不受限制。
其缺点为：①树脂含量高，制品强度低；②产品只能做到单面光滑；③污染环境，有害工人健康。
喷射成型效率达15kg/min，故适合于大型船体制造。已广泛用于加工浴盆、机器外罩、整体卫生间，汽车车身构件及大型浮雕制品等。
（2）生产准备
场地 喷射成型场地除满足手糊工艺要求外，要特别注意环境排风。根据产品尺寸大小，
操作间可建成密闭式，以节省能源。
材料准备 原材料主要是树脂（主要用不饱和聚酯树脂）和无捻玻纤粗纱。
模具准备 准备工作包括清理、组装及涂脱模剂等。
喷射成型设备 喷射成型机分压力罐式和泵供式两种：
①泵式供胶喷射成型机，是将树脂引发剂和促进剂分别由泵输送到静态混合器中，充分混合后再由喷喷出，称为内混合型。其组成部分为气动控制系统、树脂泵、助剂泵、混合器、喷、纤维切割喷射器等。树脂泵和助剂泵由摇臂刚性连接，调节助剂泵在摇臂上的位置，可保证配料比例。在空压机作用下，树脂和助剂在混合器内均匀混合，经喷形成雾滴，与切断的纤维连续地喷射到模具表面。这种喷射机只有一个胶液喷，结构简单，重量轻，引发剂浪费少，但因系内混合，使完后要立即清洗，以防止喷射堵塞。
②压力罐式供胶喷射机是将树脂胶液分别装在压力罐中，靠进入罐中的气体压力，使胶液进入喷连续喷出。安是由两个树脂罐、管道、阀门、喷、纤维切割喷射器、小车及支架组成。工作时，接通压缩空气气源，使压缩空气经过气水分离器进入树脂罐、玻纤切割器和喷，使树脂和玻璃纤维连续不断的由喷喷出，树脂雾化，玻纤分散，混合均匀后沉落到模具上。这种喷射机是树脂在喷外混合，故不易堵塞喷嘴。
（3）喷射成型工艺控制
喷射工艺参数选择：
①树脂含量 喷射成型的制品中，树脂含量控制在60%左右。
②喷雾压力 当树脂粘度为0.2Pa?s，树脂罐压力为0.05～0.15MPa时，雾化压力为0.3～0.55MPa，方能保证组分混合均匀。
③喷夹角 不同夹角喷出来的树脂混合交距不同，一般选用20°夹角，喷*具的距离为350～400mm。改变距离，要高速喷夹角，保证各组分在靠近模具表面处交集混合，防止胶液飞失。
喷射成型应注意事项：
①环境温度应控制在（25±5）℃，过高，易引起喷堵塞；过低，混合不均匀，固化慢；
②喷射机系统内不允许有水分存在，否则会影响产品质量；
③成型前，模具上先喷一层树脂，然后再喷树脂纤维混合层；
④喷射成型前，先调整气压，控制树脂和玻纤含量；
⑤喷要均匀移动，防止漏喷，不能走弧线，两行之间的重叠富庶小于1/3，要保证覆盖均匀和厚度均匀；
⑥喷完一层后，立即用辊轮压实，要注意棱角和凹凸表面，保证每层压平，排出气泡，防止带起纤维造成毛刺；
⑦每层喷完后，要进行检查，合格后再喷下一层；
⑧最后一层要喷薄些，使表面光滑；
⑨喷射机用完后要立即清洗，防止树脂固化，损坏设备。
中国玻璃钢综合信息网
在生产制作玻璃钢制品(包括玻璃钢模具或玻璃钢产品)过程中，经常会出现各种各样的缺陷，其主要原因是：材料选择不当；制作工艺不按规矩操作，或管理不善(如搅拌不匀，配比不当)；模具变形或模具表面有缺陷，或模具遭到污染；或环境条件恶劣等。现就制作玻璃钢模具或产品时常见的一些缺陷及其产生的原因和防止方法，分别叙述如下：
1、制品表面发粘
在玻璃钢制品的生产过程中，往往由于制品暴露在潮湿空气中，或鼓风机、电风扇等排风
设备，直吹制品的表面，造成苯乙烯挥发过多，最终层内无含腊的树脂；或者由于环境温度控制不当，引起制品表面发粘的现象。
处理办法：
①在糊制完成后，在其上覆盖一层玻璃纸；
②在树脂中加入0.02%石蜡，防止空气中氧的阻聚作用；
③避免制品在低温或潮湿条件下施工；
④模具或脱模剂未干，应烘干处理；
⑤控制通风方向，避免过堂风，减少交联剂的挥发；
⑥根据室内环境温度，控制引发剂、促进剂及加速剂等的用量；
⑦环境温度过大，控制环境温度。
2、起皱
玻璃钢制品的起皱，经常发生在胶衣层中，第一次涂刷胶衣未待完全凝胶，就上第二层胶衣，致使第二层胶衣中的苯乙烯，部分溶解了第一层胶衣，引起熔胀，产生皱纹。
处理办法：
①适当提高工作环境的温度，在上第一层胶衣时，应使用红外线灯泡烘干后，再上第二层
胶衣，待胶衣层凝胶后，在涂刷铺层树脂；
②适当增加引发剂和促进剂的用量；
③控制工作室的环境温度，通常在18~20℃之间为宜。
3、针眼(针孔)
产生针眼的原因，胶衣分散性及所附着的表面性，都可造成针孔，模具胶衣树脂质量要好；最好用进口的，它对喷涂工艺有着极优异的适用性，分散性好；就不会后针孔。
产生制品表面的针孔，可能的原因，或者是由于在凝胶前，小气泡进入胶衣层；或是模具表面有灰尘；或是在添加阻燃树脂时，因黏度过高，加入的溶剂挥发，留下了针眼。
处理方法：
①成型制品时要用金子辊，赶走气泡；
②在树脂中适当加入消泡剂，如硅油等；
③控制工作环境条件，周围不宜湿度过高，温度也不宜过低；
④催化剂用量不宜过多，避免过早的凝胶而产生气泡；
⑤增强材料不宜受潮，若受潮后需要经过干燥处理；
⑥保持模具表面的清洁。
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