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玻璃钢工艺分类


纤维增强材料的材料特性,导致其常用的基本成型工艺有如下几种:手糊成型工艺、拉挤成型工艺、缠绕成型工艺、模压成型工艺。


手糊成型工艺


1.手糊成型法原理


手糊成型工艺又称接触成型,是树脂基复合材料生产中最早使用和应用最普遍的一种成型方法。手糊成型工艺是以加有固化剂的树脂混合液为基体,以玻璃纤维及其织物为增强材料,在涂有脱模剂的模具上以手工铺放结合,使二者粘接在一起,制造玻璃钢制品的一种工艺方法。基体树脂通常采用不饱和聚酯树脂或环氧树脂,增强材料通常采用无碱或中碱玻璃纤维及其织物。在手糊成型工艺中,机械设备使用较少,它适于多品种、小批量制品的生产,而且不受制品种类和形状的限制。


2.成型工艺流程


手糊成型工艺的流程是:先在清理好或经过表面处理的模具成型面上涂抹脱模剂,待充分干燥好后,将加有固化剂(引发剂)、促进剂、颜料糊等助剂并搅拌均匀的胶衣或树脂混和料,涂刷在模具成型面上,随后在其上铺放裁剪好的玻璃布(毡)等增强材料,并注意浸透树脂、排除气泡。重复上述铺层操作,直到达到设计厚度,然后进行固化脱模。


3.成型设备


手糊成型工艺所用的设备较少,制作模型的设备有木工车床、木工刨床、木工圆锯;脱模一般会用到空气压缩机、吊装设备等。


模压成型法


1.模压成型法原理


热固性模压成型是将一定量的模压料加入预热的模具内,经加热加压固化成型塑料制品的方法。其基本过程是:将一定量经一定预处理的模压料放入预热的模具内,施加较高的压力使模压料填充模腔。在一定的压力和温度下使模压料逐渐固化,然后将制品从模具内取出,再进行必要的辅助加工即得产品。


2.成型工艺流程


模压成型工艺主要分为压制前的准备和压制两个阶段。


3.成型设备


(1)浸胶机


制备胶布的主要设备是浸胶机,由送布架、热处理炉、浸胶槽、烘干箱和牵引辊等几部分组成。根据热处理炉和烘干箱放置的位置,可以分为卧式浸胶机和立式浸胶机两种。


(2)预浸料机组


这一方法所用设备有切割机、捏合机和撕松机。常用的切割机类型有冲床式、砂轮片式、三辊式和单旋转刀辊式。捏合机的作用是将树脂系统与纤维系统充分混合均匀。混合桨一般都采用Z桨式结构。在捏合过程中主要控制捏合时间和树脂系统的粘度这两个主要参数,有时在混料室结构中装有加冷热水的夹套,以实现混合温度的控制。混合时间愈长,纤维强度损失愈大,在有些树脂系统中,过长的捏合时间还会导致明显的热效应产生。混合时间过短,树脂与纤维混合不均匀。树脂粘度控制不当,也影响树脂对纤维的均匀浸润及渗透速度,而且也会对纤维强度带来一定的影响。


撕松机的主要作用是将捏合后的团状物料进行蓬松。撕松机主要由进料辊和一对撕松辊组成,通过撕松辊的反向运动将送入的料团撕松。


(3)片状模塑料机组


一个完整的SMC机组,大体由机架、输送系统、PE薄膜供给装置、刮刀、玻璃纤维切割器、浸渍和压实装置、收卷装置等7个主要部分和玻璃纤维纱架、树脂糊的制备及喂入系统、静电消除器等3个必备辅助系统组成。


(4)压机


压机是模压成型的主要设备。压机的作用是提供成型时所需要的压力以及开模脱出制品时所需的脱模力,现大多采用液压机。


缠绕成型法


1.缠绕成型法原理


纤维缠绕工艺是树脂基复合材料的主要制造工艺之一。是一种在控制张力和预定线型的条件下,应用专门的缠绕设备将连续纤维或布带浸渍树脂胶液后连续、均匀且有规律地缠绕在芯模或内衬上,然后在一定温度环境下使之固化,成为一定形状制品的复合材料成型方法。


2.成型设备


纤维缠绕机是纤维缠绕技术的主要设备,纤维缠绕制品的设计和性能要通过缠绕机来实现。按控制形式缠绕机可分为机械式缠绕机、数字控制缠绕机、微机控制缠绕机及计算机数控缠绕机,这实际上也是缠绕机发展的四个阶段。目前最常用的主要是机械式和计算机数控缠绕机。纤维缠绕机是纤维缠绕工艺的主要设备,通常由机身、传动系统和控制系统等几部分组成。辅助设备包括浸胶装置、张力测控系统、纱架、芯模加热器、预浸纱加热器及固化设备等。


拉挤成型工艺


1.拉挤成型原理


拉挤成型工艺是通过牵引装置的连续牵引,使纱架上的无捻玻璃纤维粗纱、毡材等增强材料经胶液浸渍,通过具有固定截面形状的加热模具后,在模具中固化成型,并实现连续出模的一种自动化生产工艺。


对于固定截面尺寸的玻璃钢制品而言,拉挤工艺具有明显的优越性。首先,由于拉挤工艺是一种自动化连续生产工艺,与其它玻璃钢生产工艺相比,拉挤工艺的生产效率最高;其次,拉挤制品的原材料利用率也是最高的,一般可在95%以上。另外,拉挤制品的成本较低、性能优良、质量稳定、外表美观。由于拉挤工艺具有这些优点,其制品可取代金属、塑料、木材、陶瓷等制品,广泛地应用于化工、石油、建筑、电力、交通、市政工程等领域。


2.成型工艺流程


增强材料(玻璃纤维无捻粗纱、玻璃纤维连续毡及玻璃纤维表面毡等)在拉挤设备牵引力的作用下,在浸胶槽充分浸渍胶液后,由一系列预成型模板合理导向,得到初步的定型,最后进入被加热了的金属模具,模具高温的作用下反应固化,从而可以得到连续的、表面光洁、尺寸稳定、强度极高的玻璃钢型材。


3.成型设备


实现拉挤工艺的设备主要是拉挤机,拉挤机大体可分为卧式和立式两类。一般情况下,卧式拉挤机结构比较简单,操作方便,对生产车间结构没有特殊的要求。而且卧式拉挤机可以采用各种固化成型方法(如热模法、高频加热固化等),因此它在拉挤工业中应用较多。立式拉挤机的各工序沿垂直方向布置,主要用于制造空心型材,这是由于在生产空心型材时芯模只能一端支承,另一端为自由无支承端,因此立式拉挤机不会因为芯模悬臂下垂而造成拉挤制品壁厚不均匀;这种拉挤机由于局限性较大,生产的产品单一,己经不再使用。无论是卧式还是立式拉挤机,它们都主要由送纱装置、浸渍装置、成型模具与固化装置、牵引装置、切割装置等五部分组成,它们对应的工艺过程分别是排纱、浸渍、入模与固化、牵引、切割。


手糊成型FRP 模具工艺


FRP 模具制作工艺是以液态的环氧树脂与有机或无机材料混合作为基体材料,并以原型为基准,手工逐层糊制模具的一种制模方法。手糊成型FRP 模具的具体工艺过程如下:


分型面的设计


分型面设计是否合理,对工艺操作难易程度、模具的糊制和制件质量都有很大的影响。一般情况下,根据原型特征,在确保原型能顺利脱模及模具上、下两部分安装精度的前提下,分型面的位置及形状应尽可能简单。因此,要正确合理地选择分型面和浇口的位置,严禁出现倒拔模斜度,以免无法脱模。沿分型面用光滑木板固定原型,以便进行上下模的分开糊制。在原型和分型面上涂刷脱模剂时,一定要涂均匀、周到,须涂刷2~3 遍,待前一遍涂刷的脱模剂干燥后,方可进行下一遍涂刷。


涂刷胶衣层


待脱模剂完全干燥后,将模具专用胶衣用毛刷分两次涂刷,涂刷要均匀,待第一层初凝后再涂刷第二层。胶衣为黑色,胶衣层总厚度应控制在016mm 左右。在这里要注意胶衣不能涂太厚,以防止表面裂纹和起皱。


树脂胶液配制


根据常温树脂的粘度,可对其进行适当的预热。然后以100 份WSP6101 型环氧树脂和8~10 份(质量比) 丙酮(或环氧丙烷丁基醚) 混合于干净的容器中,搅拌均匀后,再加入20 份~25 份的固化剂(固化剂的加入量应根据现场温度适当增减) ,迅速搅拌,进行真空脱泡1min~3min ,以除去树脂胶液中的气泡,即可使用。


玻璃纤维逐层糊制


待胶衣初凝,手感软而不粘时,将调配好的环氧树脂胶液涂刷到胶凝的胶衣上,随即铺一层短切毡,用毛刷将布层压实,使含胶量均匀,排出气泡。有些情况下,需要用尖状物,将气泡挑开。第二层短切毡的铺设必须在第一层树脂胶液凝结后进行。其后可采用一布一毡的形式进行逐层糊制,每次糊制2~3 层后,要待树脂固化放热高峰过了之后(即树脂胶液较粘稠时,在20 ℃一般60min 左右) ,方可进行下一层的糊制,直到所需厚度。糊制时玻璃纤维布必须铺覆平整,玻璃布之间的接缝应互相错开,尽量不要在棱角处搭接。要严格控制每层树脂胶液的用量,要既能充分浸润纤维,又不能过多。含胶量高,气泡不易排除,而且固化放热大,收缩率大。含胶量低,容易分层。第一片模具固化后,切除多余飞边,清理模具及另一半原型表面上的杂物,即可打脱模剂,制作胶衣层,放置注射孔与排气孔,进行第二片模具的糊制。待第二片模具固化后,切除多余的飞边。为保证模具有足够的强度,避免模具变形。可适当地粘结一些支撑件、紧固件、定位销等以完善模具结构。


脱模修整


在常温(20 ℃左右) 下糊制好的模具,一般48h 基本固化定型,即能脱模。在脱模时,严禁用硬物敲打模具,尽可能使用压缩空气断续吹气,以使模具和母模逐渐分离。脱模后视模具的使用要求,可在模具上做些钻孔等机械加工,尤其是在浇注或注塑时材料不易充满的死角处,在无预留气孔的情况下,一定要钻些气孔。然后进行模具后处理,一般用400 # ~1200 # 水砂纸依次打磨模具表面,使用抛光机对模具进行表面抛光。所有的工序完成之后模具即可交付使用。 需要注意的几点,一,母模要光滑,第二,脱模剂要均匀,第三,做第一层的时候不能有气泡,第四,要仔细打磨,当然中间还有很多细节的东西,不可能一一列举


玻璃钢层压成型工艺


层压成型是将预浸胶布按照产品形状和尺寸进行剪裁、叠加后,放入两个抛光的金属模具之间,加温加压成型复合材料制品的生产工艺。它是复合材料成型工艺中发展较早、也较成熟的一种成型方法。该工艺主要用于生产电绝缘板和印刷电路板材。


层压工艺主要用于生产各种规格的复合材料板材,具有机械化、自动化程度高、产品质量稳定等特点,但一次性投资较大,适用于批量生产,并且只能生产板材,且规格受到设备的限制。


层压工艺过程大致包括:预浸胶布制备、胶布裁剪叠合、热压、冷却、脱模、加工、后处理等工序。


FRP制品形式分类


◆ 织物


◆ 预固化制品


织物在该领域内具有最广泛的用途,主要采用湿法手糊工艺安装。该方法需要由受过专门培训的技术人员准备好树脂,然后用树脂浸渍织物,最后再将其铺放到结构部件上。织物在固化前必须认真去除其中的所有气泡。因此,手糊FRP制品的最终强度主要取决于安装质量。


预固化制品是在工厂内制成的,质量可控且稳定。较高的纤维/树脂比也为这些制品提供了高于手糊制品的强度和硬度。预固化制品有加强筋和单向层压带两种类型。后者宽度通常在75-100毫米(3-4英寸)之间,厚度大约为1.3毫米(0.05英寸)。在建筑修复领域,通常使用环氧胶将层压带粘结在结构部件的外表面上。


虽然层压带相对于手糊制品具有安装简便、强度高的优点,但其应用相对来说还是有限的,原因有两个:


◆ 带有单向增强材料的层压带只适用于梁和平板的弹性增强,以及某些梁的剪切增强;


◆ 层压带的硬度不允许它们卷成直径小于750毫米(30英寸)的卷。(后面将谈到,这是其无法涉足某些应用的主要限制。) 目前用于生产层压带的设备和技术不适合制造大型层压板。因此,解决层压带的上述缺陷很有必要。


超级层压板


“超级层压板”是新一代的FRP制品,采用专门的设备制成。宽达1.5米(60英寸)的碳纤维板或玻纤织物由树脂浸渍后,通过一个压床时,在均匀的热量和压力下,形成层压板。


超级层压板相对于传统层压材料具有三大优势。


首先,单向或双轴向织物使层压板同时具有横向和纵向的强度,这一巨大优势使其进入许多新的应用领域。


第二,它们比传统层压带薄得多,基本厚度为0.66毫米(0.025英寸),可以很容易卷成直径为300毫米(12英寸)甚至更小的卷。


最后,铺层的数量和模式可以调节,从而生产出完全定制的产品,节约大量的制造时间和成本。


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