FRP工艺培训-成型.ppt

1 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 FRP工艺培训教材 一 成型工艺 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 2 一 FRP简介 我们知道世界上千姿百态的材料分四类 1 无机非金属材料2 金属材料3 有机高分子材料4 复合材料其中复合材料又分为 树脂基复合材料 陶瓷基复合材料和金属基复合材料三大类 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 3 复合材料 有两种或是两种以上不同性质的或不同形态的原材料 通过复合工艺组合而成的一种材料 它既保持了原组分材料的主要特点 又具备了原组分所没有的新型能的一种多相材料 复合材料的特点 1 可设计性 2 材料与结构的同一性 3 发挥复合效应的优越性4 材料性能对工艺的依赖性 复合材料结构形成过程中有组分材料的物理和化学的变化 过程非常复杂 因此构建的性能对工艺方法 工艺参数 工艺过程等依赖性较大 同时也由于在成型过程中很难准确地控制工艺参数 所以一般来说复合材料的性能分散性也比较大 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 4 FRP FiberReinforcedPlastic FRP 是树脂基复合材料材料 RMC 也称纤维增强塑料 我国俗称 玻璃钢 1932年出现在美国 1940年手糊成型的纤维增强聚酯军用雷达罩问世 1946年纤维缠绕成型技术在美国出现 1949年研究成功玻璃纤维预混料并制出表面光洁 尺寸 形状准确的复合材料模压件 1950年真空袋和和压力袋成型工艺研究成功 1960年玻璃纤维 聚酯树脂喷射成型技术得到应用 1961年片状模塑料 SheetMouldingCompound简称SMC 在法国问世 1963年前后美 法 日等国先后开发出高产量 大幅宽 连续生产的玻璃纤维复合材料板材生产线 拉挤成型工艺50年代开始研究 60年代中期实现连续化生产 70年代又有了这重大技术突破 70年代树脂反应注射成型 ReactionInjectionMolding简称RIM 和增强树脂反应注射成型技术 简称RRIM 研究成功 1972年美国PPG公司研究成功热塑性片状模塑料 简称GMT 80年代法国研究成功湿法生产热塑性片状模塑料 GMT 并成功地用于汽车制造工业 离心浇铸成型工艺同时得到了发展 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 5 当今复合材料的树脂基体仍以热固性树脂为主 根据2000年的统计 全世界树脂基复合材料制品种类超过40000种 总产量达600万吨 其中高性能树脂基复合材料产量超过300万吨 高性能热塑性复合材料产量为120多万吨 树脂基复合材料的应用领域十分广阔 表1为美国 西欧 日本等几个主要国家的树脂基复合材料在汽车 建筑和造船等工业中用量比例 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 6 我国树脂基复合材料始于1958年 当年以手糊工艺研制了树脂基复合材料渔船 以层压和卷制工艺研制成功树脂基复合材料板 管和火箭筒等 1961年研制成耐烧蚀端头 1962年引进不饱和聚酯树脂和蜂窝成型机及喷射成型机 开发了飞机螺旋桨和风机叶片 1962年研究成功缠绕工艺并生产一批氧气瓶等压力容器 1970年用手糊夹层结构板制造了直径44米的大型树脂基复合材料雷达罩 1971年以前我国的树脂基复合材料工业主要是军工产品 70年代后开始转向民用 1987年起各地大量引进国外先进技术如池窑拉丝 短切毡 表面毡生产线及各种牌号的聚酯树脂 美 德 荷 英 意 日 和环氧树脂 日 德 等生产技术 在成型工艺方面 引进了缠绕管 罐生产线 拉挤工艺生产线 SMC生产线 连续制板机组 树脂传递模塑 RTM 成型机 喷射成型技术 树脂注射成型技术及渔竿生产线等 形成了从研究 设计 生产及原材料配套的完整的工业体系 截止2000年底 我国树脂基复合材料生产企业达3000多家 已有51家通过ISO9000质量体系认证 产品品种3000多种 总产量达73万吨 年 居世界第二位 产品主要用于建筑 防腐 轻工 交通运输 造船等工业领域 近年来碳纤维片材补强建筑结构 拉挤复合材料门窗 SMC或BMC模压电表箱 RTM制品等兴起 在建筑方面 树脂基复合材料已广泛应用于内外墙板 透明瓦 冷却塔 空调罩 风机 玻璃钢水箱 卫生洁具 净化槽等 在石油化工方面 主要用于管道及贮罐 其中玻璃钢管道有定长管 离心浇铸管及连续管道 按压力等级分为中低压管道和高压管道 我国 八五 九五 期间引进管罐生产线40条 现场缠绕大型贮罐最大直径12米 贮罐最大容积1万立方米 国内研制与生产的玻璃钢管罐生产设备部分技术指标已超过国外同类设备的技术水平 在交通运输方面 为了使交通工具轻型化 节约耗油量 提高使用寿命和安全系数 目前在交通工具上已经大量使用复合材料 汽车上主要有车身 引擎盖 保险杠等配件 火车上有车厢板 门窗 座椅等 在船艇方面主要有气垫船 救生艇 侦察艇 渔船等 目前我国制造的玻璃钢渔船最长达33米 在机械及电器领域如屋顶风机 轴流风机 电缆桥架 绝缘棒 集成电路板等产品都具有相当的规模 在航空航天及军事领域 如轻型飞机 尾翼 卫星天线 火箭喷管 防弹板 防弹衣 鱼雷等都取得了重大突破 为我国的国防事业作出了重大贡献 高性能热固性树脂基复合材料所采用的基体主要有环氧树脂 酚醛树脂 乙烯基酯树脂等 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 7 二 FRP的原料 概述复合材料是由两种或两种以上组分材料组成 FRP主要材料 纤维和树脂 其他有胶衣 添加剂等 下面我来详细讲解以下和我公司产品有关系的材料 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 8 树脂 FRP使用的树脂主要有 不饱和聚酯树脂 环氧树脂 酚醛树脂 聚氨酯树脂 其他热固性树脂和热塑性树脂 这里重点介绍不饱和聚酯树脂 环氧树脂和酚醛树脂 聚氨酯树脂在模具里做一介绍 什么是不饱和聚酯树脂 是不饱和二元羧酸 或酸酐 或它们与饱和二元羧酸 或酸酐 组成混合酸与多元醇缩聚而成的 具有酯键和不饱和双键的线性高分子化合物 在聚酯化缩聚反应结束后 趁热加入一定量的乙烯基单体 配制成粘稠的液体 这样的聚合物溶液称之为不饱和聚酯树脂 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 9 不饱和聚酯树脂的固化机理粘流态树脂体系发生交联反应而转变为不溶 不熔的具有体型网络的固态树脂的过程成为树脂固化 固化过程一般具有三个不同的阶段 从起始粘流态树脂 或加热时可流动的固态树脂 转变为不能流动的凝胶 最后转变为不溶 不熔坚硬的固体 不饱和聚酯树脂在固化过程中分凝胶 定型和熟化三个阶段 不饱和聚酯树脂熟化阶段所需要的时间比较长 不饱和聚酯树脂一般通过引发剂 光 高能辐射等引发不饱和聚酯中的双键与可聚合乙烯基类单体进行游离基型共聚反应 是线性的聚酯分子链交联成具有三向网络结构的体型分子 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 10 不饱和聚酯树脂分类 1 邻苯型不饱和聚酯树脂和间苯型不饱和聚酯树脂 用邻苯二甲酸酯或是间苯二甲酸酯 2 双酚A型不饱和聚酯树脂 耐水 耐酸 耐碱性好 3 乙烯基树脂 又称环氧丙烯酸树脂 4 卤代不饱和聚酯 由氯茵酸酐作为不饱和二元酸合成得到的一种氯代不饱和聚酯树脂 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 11 环氧树脂环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上的环氧基团 的有机高分子化合物 除个别品种 它们的分子质量都不高 a 性能和特性 b 形式多样 c 固化方便 选用各种不同的固化剂 环氧树脂体系几乎可以在0 180 范围内固化d 收缩率小 附着力高 耐腐蚀等 CH CH 0 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 12 环氧树脂的固化与常用固化剂 环氧树脂本身是显性结构 不能直接应用 必须在向树脂中加入第二组分 在一定温度下进行交联固化反应 生成体型网状结构的高聚物后才使用 第二组分叫固化剂 环氧树脂通过逐步聚合反应的固化过程 环氧树脂与多元伯胺 聚酰胺 多元酚多元羧酸酐可与环氧树脂进行逐步聚合反应而形成网状交联 环氧树脂通过离子型聚合反应的固化过程 这是一类催化性的固化剂 它们仅仅起固化反应的催化作用 引发树脂分子中环氧基开环聚合反应 从而交联成高聚物 环氧树脂通过其他反应的固化过程 除上述反应外 还有些固化剂如 双氰胺 含硼化合物 金属盐类和多异氰酸酯等 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 13 环氧树脂稀释剂 某些环氧树脂粘度比较大 在某些应用中不能满足工艺要求 为此 就需要在固化体系中加入稀释剂 稀释剂主要用来降低环氧树脂粘度 使树脂对增强材料有较好的浸润性 选择适当的稀释剂还有利于控制环氧树脂与固化剂的反应热 延长熟化自固化剂体系的使用期 稀释剂一般分为 非活性稀释剂与活性稀释剂两种 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 14 酚醛树脂 酚醛树脂是由酚类 苯酚 甲酚 二甲酚等 和醛类 甲醛 糠醛等 在酸或碱催化剂作用下合成的聚合物 酚醛分为 热固性酚醛树脂 一阶树脂Resol 热塑性酚醛树脂 二阶树脂Novolac 热固性酚醛树脂的固化 热固性酚醛树脂可以在加热的条件下固化 也可以在酸性条件下固化 热固化温度一般低于170 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 15 玻璃纤维制作玻璃纤维的玻璃 E 玻璃也称无碱玻璃是一种硼硅酸盐玻璃 C 玻璃亦称中碱玻璃 高强玻璃纤维 美国欧文斯 科宁S和S 2 法国圣戈尔班的R等属于高强玻璃纤维 玻璃纤维浸润剂与织物的表面处理 在拉制连续玻璃纤维过程中 在单根纤维表面涂敷的一种粘接组分 润滑组分和表面活性剂等配制而成的乳液统称为浸润剂 分为纺织型浸润剂与增强性浸润剂 纺织型浸润剂又分石蜡型与淀粉型浸润剂 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 16 玻璃纤维制品1 玻璃纤维无捻粗纱 是由平行原丝或平行单丝技术而成 分为喷射用 SMC用 缠绕用 拉挤用和制造用 2 无捻粗纱织物 方格布 方格布是无捻粗纱的平纹织物 是手糊玻璃钢的重要材料 面积重量从200g m2到1000g m2之间 3 玻璃纤维毡片a 短切原丝毡 将玻璃原丝 有时也用无捻粗纱 切割成50mm长 将其随机但均匀地铺陈在网带上 随后施以乳液粘结剂或撒布上粉末粘结剂经加热固化后粘结成短切原丝毡 单位面积重量在150g m2 900 m2 按照粘结剂在液体树脂中的溶解速度 短切毡可分高溶解度型和低溶解度型 前者用于手糊和连续制板 后者用于对模模压和SMC b 连续原丝毡 将拉丝过程中形成的玻璃原丝或是原丝筒退解出来的连续原丝呈8字形铺敷在连续移动网带上 经粉末粘结剂粘结而成 单位重量150 650g m2之间分高溶型和低溶型 C 表面毡 玻璃钢制品通常需要形成富树脂层 这一般用中碱表面毡来实现 表面毡一般分干法和湿法 单位面积重量30 150g m2 d 针刺毡 针刺毡分为短切纤维针刺毡和连续原丝针刺毡 短切针刺毡是将玻璃纤维粗纱段切成50mm 随机铺放在预先放置在传送带上 然后用带倒钩的针进行针刺 针将短切纤维刺进底材中 钩针又将一些纤维向上带起形成三维结构 单位质量 300 350g m2 e 缝合毡 短切玻璃纤维从50mm乃至60mm长均可用编制机将其缝合成短切纤维毡或长纤维粘 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 17 4 短切原丝与磨碎纤维5 玻璃纤维织物a 玻璃布 用玻璃纤维原丝经制造而成的 分为平纹 斜纹 缎纹 纱罗和充纱罗 席纹等 b 玻璃带c 单向织物d 立体织物 织物 这里主要讲一下 织物的玻璃含量 一般的单向材料 纤维体积含有率可以轻易超过70 而2D的纤维布在适度压力下成形也可超过60 但是对于3D织物若能超过50 就算是相当高了 玻璃纤维缝编织物分单轴织物 双轴织物 三轴织物 四轴织物 及以上的任何一种与短切纤维毡或碳纤维毡缝合起来 组合玻璃纤维增强材料 如各种短切纤维 无捻粗纱等 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 18 玻璃纤维以外的增强材料1 碳纤维 是由有机纤维或低分子烃气体原料加热至1500 形成的纤维状碳材料 含碳量90 以上 主要有PAN 聚丙烯腈 和沥青类碳纤维等 2 芳纶 凡聚合物大分子的主链有芳香环和酰胺键构成的 且其中至少85 的酰胺基直接键合在芳香环上 每个重复单元的酰胺基中的氮原子和羧基均直接与芳香环中的碳原子相连接并置换其中的一个氢原子的聚合物称为芳香族聚酰胺树脂 由它纺成的纤维总称芳香族聚酰胺纤维 简称芳酰胺纤维 我国定名芳纶纤维 3 超高分子量聚乙烯纤维 简称UHMW PE纤维 4 其他材料 a 强芯毡 强芯毡是一种主要由聚酯纤维和微粒小球组成 并由一种可溶于苯乙烯的的胶粘剂粘结成一整体的毡状物 它是特别为玻璃钢 FRP 工业设计的夹芯材料 用其成型的玻璃钢制品有别于传统之积层物 具有比刚度高 耐冲击性好等优良性能 且具有积层速度快 操作容易等特点 强芯毡易于加工成形 不需特殊加工技术和工具 能用剪刀或美工刀剪裁成想要的长度与形状 强芯毡共有lmm 2mm 3mm 4mm 5mm五种规格 能单层或多层同时使用在玻璃纤维夹层中 以形成较厚的芯材 无需予先成型或研磨 只需将第一层强芯毡铺于玻纤的湿外层之上 然后浸渍树脂 则强芯毡内粘结剂迅速溶解 此时材料很容易塑成任何形状 b 聚酯表面毡 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 19 辅助材料1 固化剂 不饱和聚酯树脂常温使用过氧化甲乙酮 MEKPO 作固化剂 一般与作为促进剂的钴盐配合使用 2 促进剂 一般常温下用环烷酸钴或辛酸钴 3 固化延迟剂 想推迟树脂固化时 可加少量的固化延迟剂 一般用 苯乙烯 4 空气固化剂 不饱和聚酯树脂为氧阻聚型树脂 这时可添加微量的石蜡 来隔离空气 5 着色剂 如需要可添加色浆或颜料糊来给树脂着色 6 填料 为改善符合材料的某些特性添加的固体材料 如碳酸钙 空心玻璃微珠 氢氧化铝 滑石粉 玻纤切碎物 玻璃鳞片 玻璃粉等等 7 阻燃性助剂 有氯化石蜡 三氧化锑 水合氧化氯等 8 夹芯材料 在支肋或夹层等内部使用一些轻质非结构用材料 有塑料泡沫 木材 轻木 无纺布夹芯材料等 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 20 三 FRP成型工艺 我们知道 聚合物基复合材料的成型工艺有许多类型 在这里我主要讲一下与我公司有密切关系的接触低压成型工艺 夹层结构成型工艺 模压成型工艺 浇注成型工艺 真空灌注成型工艺 根据在我公司玻璃钢工艺中的繁简 我的讲述也有繁简 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 21 接触低压成型工艺 接触低压成型工艺的特点是以手工铺放增强材料 浸清树脂 或用简单的工具辅助铺放增强材料和树脂 接触低压成型工艺的另一特点 是成型过程不需要施加成型压力 接触成型 或是施加较低的成型压力 接触成型后施加0 01 0 7MPa压力 最大不超过2 0MPa 属于这类工艺的有 手糊成型 喷射成型 袋压成型 树脂传递模塑成型 RTM 热压罐成型 和热膨胀成型 低压 等 其中前两种是接触成型 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 22 手糊成型工艺 1 生产准备 a 场地 要求清洁 干燥 通风良好 空气湿度小于80 HR 温度 18 25 后加工工序要有抽风除尘与喷水装置 b 模具准备 包括清理 组装以及涂脱模剂等 c 树脂胶液配制 配制时注意两个问题 防止胶液中混入气泡 配胶量不能过多 每次配量要保证在树脂凝胶前用完 d 增强材料准备 增强材料的种类和规格按设计要求选择 裁剪时注意 裁剪的方向性要遵守设计要求 布层拼接 分搭接和对接时 搭接长度不小于25mm 对接要是个层拼缝错开 圆环形制品可利用布的变形性 裁剪成经纬向45 的布条 布块尺寸大小可套裁 节约用布 布层裁剪量需按产品设计厚度计算 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 23 2 糊制与固化 a 铺层糊制 手工铺层糊制分湿法和干法两种 干法铺层用预浸布为原料 先将预浸料 布 按样板裁剪成坯料 铺层时加热软化 然后再一层层的紧贴在模具上 注意排除层间气泡 使密实 湿法铺层 直接将增强材料浸胶 一层一层的紧贴在模具上 排除气泡 使之密实 又分胶衣层糊制和结构层糊制 胶衣层 面层 制作厚度一般为0 25 0 5mm 可采用刷涂与喷涂施工 胶衣层一般做两遍 第一遍凝胶后再喷第二遍 结构层是在胶衣凝胶后 将增强材料浸胶 一层层紧贴模具上 要求铺贴平整 不出现皱褶和悬空 用毛刷和压辊压平 直到铺层达到设计厚度 在铺第一 二层时树脂含量要适当增加 以利于排除气泡和浸透纤维织物 一般方格布的含胶量为50 55 毡的含胶量70 78 大型厚壁制品应分几次糊制 待前一层冷却到室温 再糊下一层 制品中预埋件 必须在埋入前对嵌件除锈 除油和烘干 铺层接缝处理 为保证制品的外观质量和强度 铺层接缝应每层错开如下图 接缝的距离S t z t是玻璃布厚度 z为铺层锥度z 1 100 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 24 b 手糊工具 有羊毛辊 猪鬃辊 螺旋辊 亦称压辊 其它工具如 电锯 电钻 打磨抛光机等 c 固化 制品固化分为硬化和熟化两个阶段 从凝胶到硬化一般需要24h 此时固化度达50 70 巴氏硬度为15 可以脱模 脱模后再自然环境条件下固化1 2周才能使制品具有力学强度 称为熟化 其固化度大于85 以上 加热可促进熟化过程 对聚酯玻璃钢 80 加热3h 对于环氧玻璃钢 后固化温度可控制在150 以内 3 脱模与修正 a 脱模 脱模要保证制品不受损伤 脱模方式有以下几种 顶出脱模 压力脱模 大型产品脱模可用千斤顶 吊车和硬木楔子等工具 复杂制品可采用手工脱模方式 先在模具上糊制二 三层玻璃钢 待其固化后从模具上剥离 而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 b 修整 尺寸修整 与缺陷修补 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 25 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 26 喷射成型 1 喷射成型的原理 喷射成型是将混有引发剂和促进剂的两种聚酯树脂分别从喷枪两侧喷出 同时将切断的玻纤粗纱由喷枪中心喷出 使其与树脂均匀混合 沉积到模具上 沉积到一定厚度时 用压辊压实 使纤维浸透树脂 排除气泡 固化后成制品 喷射成型效率可达15kg min 2 生产准备 a 场地 喷射场地除满足手糊工艺要求外 要特别注意环境排风 根据陈品尺寸大小 操作间可建成密封式 以节省能源 密闭方式有以下两种 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 27 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 28 b 材料和模具准备 材料 原材料主要是树脂和玻璃纤维粗纱 模具 要求与手糊工艺相同 c 喷射设备 喷射成型机分压力罐式和泵供式两种 3 喷射成型工艺控制 a 喷射工艺参数选择 树脂含量 喷射成型的树脂含量应控制在60 左右 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0 3 0 35MPa 方能保证组分混合均匀 喷枪夹角 不同夹角喷出来的混合交距不同 一般选用20 喷枪与模具的距离为350 400mm 改变距离 要调整喷枪夹角 保证各组分在靠近模具表面交集混合 防止胶液飞失 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 29 树脂传递模塑成型 RTM RTM的基本原理是将玻璃纤维增强材料铺放到闭模成型的模腔里 用压力将树脂胶液注入模腔 浸透玻璃纤维增强材料 然后固化 脱模成型制品 1 RTM设备 如下图 RTM树脂压注机有树脂泵 注射枪组成 RTM模具分玻璃钢表面镀金属的模具和金属模具3种 RTM重点在模具设计与铺层设计上 模具设计 RTM的模具设计 要考虑变形 注入口与排气口的位置及模腔密封等问题 注入口应设在模具底部 靠近形心 中心 注入口应保证树脂垂直射入模腔 注入口应开在不醒目的位置 排气口一般设计在模具的最高处 便与排气于减少树脂流失 RTM模具一般采用橡胶或硅橡胶作密封材料 密封位置设在模具周边 模具结构 用玻璃钢做的RTM模具为多结构模具 一般分7层 厚8mm 第一层 为耐热 耐磨胶衣层 采用乙烯基树脂胶衣 第二层为耐高温树脂玻纤增强层 第三层为电热层 采用电热金属丝布 第四层为树脂玻纤增强层 第五层为塑料夹心层 防止模具夹紧时产生变形 第六层为玻纤树脂增强外层 第七层为钢结构加固支架 2 RTM原材料 RTM使用的原材料有树脂体系 增强材料和填料 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 30 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 31 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 32 袋压法 热压罐法 液压釜法和热膨胀模塑法成型 袋压法 热压罐法 液压釜法和热膨胀模塑法统称为低压成型工艺 其成型过程是用手工铺叠方式 将增强材料和树脂 含预浸料 按设计方向和顺序逐层铺放到模具上 达到规定的厚度后 经加压 加热 固化 脱模 修整而获得制品 这四种方法与手糊的区别仅在于加压固化这道工序 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 33 夹层结构制造技术 夹层结构一般由三层材料制成的复合材料 夹层复合材料的上下层是高强度 高模量材料 中间层是较厚的轻质材料 玻璃钢夹层结构实际上是复合材料与其他轻质材料的再复合 1 玻璃钢夹层结构的种类与特点 根据夹层结构所使用的芯材种类和形式不同 分为 泡沫夹层结构 蜂窝夹层结构 梯形板夹层结构 轻木夹层结构等 2 蜂窝夹层结构制造 蜂窝材料一般由铝蜂窝 玻璃钢蜂窝 纸蜂窝等 玻璃布蜂窝 制造分干法与湿法两种 干法成型先将蜂窝板与面板做好 然后将它们粘接成夹层结构 湿法成型是将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 3 泡沫塑料夹层结构制造 主要原料为 面板 蒙皮 胶结剂 泡沫夹芯材料 泡沫夹层结构成型主要有3种 预制粘接法 整体浇注成型法和连续成型法 4 轻木夹层结构制造 BALSA木来源于南美洲的厄瓜多尔 具有独特的细胞结构和轻质 高强的特点 这些特点使其成为结构夹芯的理想材料 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 34 BALSA木夹芯是由横断面BALSA木制作的结构夹芯材料 产品经过干燥 杀菌 拼接 切片和表面处理等工序 所生产的芯材达到军队标准MIL S 7998A BALSA木夹芯的表面使用AL600 10 处理 AL600 10 是博太公司的一种专利涂层产品 用它处理后的木夹芯具有更多的优越性 浸润所需要的树脂更少 并具有更高的面板粘接强度 AL600 10 木夹芯的操作简单 适合于各种成型工艺 包括手糊 喷射 RTM 真空袋成型工艺 预浸料成型工艺以及真空树脂导入法等 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 35 模压成型工艺 1 概况 模压成型工艺是复合材料生产中最古老的而又富有无限活力的一种成型工艺 它是将一定量的预混料加入金属对模内 经加热 加压固化成型的方法 模压成型工艺分类 纤维料模压法 碎布料模压法 织物模压法 层压模压法 缠绕模压法 片状模塑料 SMC 模压法 预成型配料模压法 2 模压料的分类 当前模压料主要品种有 预浸胶布 纤维预混料 BMC SMC XMC TMC及其ZMC 3 SMC BMC HMC XMC TMC及其ZMCSMC 片状模压料 是由树脂糊浸渍纤维或短切纤维毡 两边覆盖聚乙烯薄膜而制成的一类片状模压料 属于预浸毡料范围 分为团状模压料 BMC 厚片状模压料 TMC 高强模压料 4 SMC制品模压工艺 成型压力 成型压力指制品在水平投影面上单位面积所承受的压力 装料量 是成型制品时所需要投入装料室的模压料的质量 脱模剂 这里说的是外脱模剂 模压料的预热和预成型 在压制前对模压料预先进行加热处理称为预热 预成型是在常温下预先将定量的模压料压制成与制品相似的形状 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 36 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 37 模压工艺参数 在模压过程中 模压料中的树脂将经历粘流 胶凝和固化三个阶段 将模压料转化成合格制品所需要的外部条件就叫模压料的模压工艺参数 也称为压制制度 包括温度制度和压力制度两项 1 温度制度 温度是模压料所包含的热能的度量 包括 装料温度 升温速度 模压成型温度 恒温温度 降温温度和后处理温度 a 装料温度 将模压料装入模腔室的温度 b 上温速度 指由装料温度到最高温度是的升温速率 c 成型温度及恒温 最高温度是指通过热差分析 DTA 测得的树脂固化放热的峰值温度 实际就是模压料的成型温度 达到成型温度后 为使树脂固化完全并消除模压制品的内应力 一般应在成型温度下保温一段时间 这一过程叫恒温 d 降温 在模压过程恒温时间结束后 在保持压力的情况下开始降温的过程 2 压力制度 是指模压过程中成型压力的大小 加压时机和卸压放气等三个方面的要求 a 成型压力 成型压力的作用是克服模压料在模内流动的内摩擦力 模压料与模腔内壁之间的摩擦力 使模压料充满模仓 克服模压料被加热时挥发物产生的蒸汽压力 从而得到结构密实的制品 不饱和聚酯成型压力形状简单的在2 3MPa复杂结构的14 21MPa b 加压时机 是指在装料后经过一段时间 在一定温度下的加压操作 最佳加压时机应在树脂发生剧烈反应放出大量气体前夕 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 38 c 卸压放气 模压料中均含有一定的挥发分 某些模压料在固化反应时还会生成一些挥发性副产物 这些副产物及其挥发分在压制过程中如果不能有效地排除 将产生气泡 分层等现象 对一些快速反应的模压料 这一现象尤其严重 因此 实际生产中一般在加压后需采取放气措施 即加压后 随即减压放气 再加压 如此反复几次 即可达到排除挥发分级副产物的效果 3 脱模 在一个压制周期结束后 应将以成型的制品从模具中取出 以便进行下一次模压操作 脱模温度应在60 以下 4 后加工 模压制品在脱模后往往还需要进行一定的后加工过程才能达到要求 其第一道工序是除去制品的毛刺飞边 可通过手工或机械打磨的办法进行 此外还需要进行必要的机械加工 如钻孔攻丝 5 压机及模具 a 液压机的性能及选型 液压机的工作原理及分类 压制成型工艺的主要设备是压机 压机从传动方式上分可分为液压传动和机械传动 液压机又分水压机和油压机 目前多采用油压机 压机的作用在于模压成型是通过压模对模压料施加压力 开闭模具和顶出制品 液压机的工作原理是帕斯卡定律 液压机常按机身结构和油缸位置来分类 框架式 机身由型钢将上横梁 下横梁焊接成一个框架 或是整体铸造成框架结构 三梁四柱式 由上横梁 动横梁 下横梁及四根立柱构成的一个封闭的机身结构 按油缸部位和压力方向分 上压式 油缸在液压机下部 动横梁受油缸活塞推动从上往下压 下横梁最为工作台固定不动 下压式 油缸在液压机下部 上横梁固定不动 而下横梁受油缸活塞推动从下往上压 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 39 b 液压机的性能参数 压力 公称压力 PC液压机标牌或说明书上所示的压力 即公称压力 也是液压机的最大计算压力 PC P D2 4000PC为液压机的公称压力 KN P为油缸中油液的最大压强 MPa D为活塞直径 cm 最大使用压力 PS液压机实际能施加于模具的压力 PS PC W1 F1W1为动横梁及固装其上的工艺装备的质量 KN F1为执行机构移动时产生的摩擦力 KN 液压机效率 PS PC 100 一般在85 左右 最大回程压力PW 在没有顶出油缸的液压机中 常采用回程压力来顶出制品 PW P D2 d2 9 8 4 103d为活塞直径 最大顶出压力Pt 在利用液压机回程带动顶出机构时Pt Pw W2 F2W2为顶出机构的全部质量 KN F2为执行机构移动时产生的摩擦力 KN 液压机的最大和最小成型压力 液压机所能产生的最大成型随制品受压投影面积减少而增加 理论上没有限制 但考虑安全使用 一般不许超过80MPa 最小成型压力Pmin PC 102 l1 k l2 k l1 l2为压机工作台的长 宽 cm k为10 30cm 运行速度 一般上压式液压机都采用双作用式油缸 活塞运行速度如下 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 40 下行运行速度 V1 mm S V1 4Q1 103 6 D2Q1为进入油缸上部油液流量 1 min D为活塞直径 cm 上行 回程 运行速度 V2 mm S V2 4Q2 103 6 D2 d2 Q2为进入油缸下部油液流量 1 min d为活塞杆直径 cm 差压下行运行速度 V3 mm S 液压机作差压下运行时 将油缸下部的油液直接压入油缸上部 此时运行速度为 V3 4Q1 103 6 d2由于d D 所以V3 V1所以差压下行速度将大大提高 运行速度的调节 压机空负荷运行时 要求动横梁运行速度快 以提高生产效率 模具闭合时 要求动横梁运行速度慢 使模压料能有足够的时间充满模腔 模压时 要求活塞不运动 以便在一定时间内保持一定的成型压力 保压 液压机选型 采用液压机压制复合材料时一般应考虑液压机的公称压力 吨位 工作台尺寸及工作行程等几个参数 最好具备下顶出装置 最大使用压力 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 41 工作台尺寸 上下模间距 压机上 下模板之间的距离盈满足 max h L其中 L为模具所要求的最小开模距离 mm L h制 h凸 10 20 h制为制品高度 mm 为模具凸出部分的高度 吐出部分深入凹模部分的全高 mm 活塞的最大行程 mm 应满足模压是对物料施加压力 启模时能从模具中取出制品 即 L行 Hmax h h制 h凸 10 20 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 42 浇注成型工艺 浇注成型主要用于生产无纤维增强材料的复合材料制品 如 人造石材 钮扣 包埋动植物标本 工艺品 装饰板等 我们重点介绍一下人造石材生产工艺 人造石材是用不饱和聚酯树脂和填料制成的 由于选用的填料不同 制成的人造石材分为 人造大理石 人造玛瑙 人造花岗石和聚酯混凝土 生产过程中 先将模具准备好 涂上脱模剂 喷涂0 4 0 6mm胶衣 待胶衣凝胶后 开始浇注混合料 经振动排气 使制品密实 振动台的振动频率最好是1000次 min 振幅为2 3mm 震动时间因产品而异 板材3 5min 卫生洁具10min 固化是生产过程中的关键工序 控制不当 往往会使制品变形 开裂 为防止产生变形 开裂 要注意处理好树脂固化过程中防热和散热问题 对于卫生洁具等生产应该在树脂放热峰到来之前将阴模脱去 增大散热面 降低放热时制品的温度 如果制品过后应采取降温措施 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 43 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 44 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 45 真空灌注成型工艺 1 真空灌注成型的基本原理 真空渗透成型工艺是目前使用的几种闭模成型工艺之一 这种工艺是将干态纤维及芯材在模具内铺叠后闭合模具 在真空的作用下通过进料管路将树脂注入增强材料 树脂固化后完成制品模塑 这种工艺与RTM 树脂传递模塑 工艺的差别在于后者是通过机械注射压力注入树脂 而前者则是利用真空形成的大气压力推动树脂完成灌注过程 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 46 2 渗透的方法 采用多孔软管从开放的容器中直接汲取树脂 通过分散介质将树脂分散到整个制品的表面 共有三种分散工艺 层间介质 包括一种在层合结构中作为非结构组分的高度多孔的结构 芯部通道 泡沫芯材经过表面刻槽 允许树脂流动 适合制造带有夹芯的平板型夹层结构 如隔板等 表面介质 采用一种消耗性 一次性 塑料编织网将树脂从层合板的表面输入 这种方法适合制造结构FRP构件 树脂渗透工艺受三个参数影响 树脂黏度 增强材料的渗透性 使用的压力差 对于给定的层合结构 当上述参数一定时可以获得一定的渗透范围 小于1m 及速度 约50mm min 渗透的范围及速度 特别是对于层合板来说 取决于构成渗透网络的树脂分布位置及真空管路的位置 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 47 3 模具及其材料 真空泵 理论上 一旦达到完全真空 灌注浸渗工艺过程就不需要持续地抽真空 推荐使用大容量的真空泵 这样可以确保尽快排出由真空袋 密封带以及接头可能存在的泄漏而产生的气泡 确保层合板质量 只要能够持续控制真空 简单真空泵就可以完成成功的灌注浸渗 真空管路包括 树脂收集器 在灌注浸渗后期保护真空管路不被任何过量树脂填充堵塞 真空调节阀 调节真空度 用于调低真空度 以确保树脂在一些层间介质中有足够的渗透性 真空控制部件 采用真空表及浮球流量计来监控真空度 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 48 4 灌注渗透模具 真空完整性 过于简单的多孔及泄漏的模具只会得到废品 必须严格重视模具表面 而且在每个生产周期中必须严格检修模具的任何损伤是绝对必要的 对于具有不能脱模的形状制品 建议采用拉拔式模具 而不采用传统的多件模具 工艺凸缘 无论灌注浸渗工艺采用周边注入还是真空管路 进料管路必须与增强材料接触且必须在所制部件的外部 以免留下印记 建议将模具扩展到制品修边线以外这块面积叫做工艺 凸缘 工艺凸缘的最小宽度推荐采用150mm 进料通道及接头 避免设计带有内嵌灌注浸渗网络的模具 将一次性消耗的或重复使用的树脂分配管路及真空管路在抽真空前直接置于层合板的表面 这使灌注浸渗网络可以根据部件中嵌件的加入或者层合板厚度的改变而做出调整 青岛欧特美交通设备有限公司玻璃钢厂 49 5 灌注渗透网络灌注浸渗模塑是一步法工艺 一旦开始操作 就不可能改变浸渍流动 层合板的完全浸润只能依靠根据制品的几何形状而设计的树脂导流管路及真空管路来保证 灌注浸渗网络的精心设计是该工艺获得最后成功的关键 尽管的确可以对典型构件灌注浸渗网络结构进行计算求解 但是为了实现确定的网络结构 推荐采用两步法运行 第一步 采用所选的树脂及增强材料 芯材 在平板上进行试验 以此来测量灌注浸渗范围及速度