第二章手糊成型工艺

课件 2 手糊成型工艺及设备 第二章手糊成型工艺 2 手糊成型工艺及设备手糊成型 又称接触成型工艺流程见图2 1 P11常温分类加热 常压 低压 1 课件 手糊成型工艺的优点 1 不受尺寸 形状的限制 2 设备简单 投资少 3 工艺简单 4 可在任意部位增补增强材料 易满足产品设计要求 5 产品树脂含量高 耐腐蚀性能好 手糊成型工艺的缺点1 生产效率低 劳动强度大 卫生条件差 2 产品性能稳定性差 3 产品力学性能较低 第二章手糊成型工艺 2 手糊成型工艺及设备 2 课件 2 1原材料的选择 2 1原材料的选择选用的原材料必须满足3点要求1 产品设计的性能要求2 手糊成型工艺要求3 价格便宜 材料容易取得2 1 1聚合物基体的选择选用原则 P12 1 4 目前国内大部分手糊制品均用不饱和聚酯树脂 约占80 其次是环氧树脂 几种手糊成型工艺 对树脂性能的要求见表2 1 第二章手糊成型工艺 3 课件 一 不饱和聚酯树脂1 性能及品种种类 通用型 耐腐蚀型 阻燃型 低收缩型 耐侯型聚酯树脂等 2 不饱和聚酯树脂的固化原理 固化是通过引发剂引发聚酯分子中的双键 与可聚合的乙烯类单体 如苯乙烯 进行游离基共聚反应 使线型的聚酯分子交联成三维网状的体形大分子结构 不饱和聚酯树脂的固化过程即它与乙烯类单体共聚的过程 共聚反应过程的三个主要阶段 第二章手糊成型工艺 2 1原材料的选择 4 课件 第二章手糊成型工艺 链引发 链增长 链终止 1 链引发 一般有三种方式a 引发剂引发 如过氧化苯甲酰 b 引发剂和促进剂配合使用 如过氧化环己酮 萘酸钴 引发c 紫外线照射引发树脂被引发后 双键打开 形成 游离基 M1 M2 分别代表乙烯类单体 聚酯分子 m1 代表乙烯类单体形成的游离基 m2 代表不饱和聚酯形成的游离基 2 1原材料的选择 5 课件 第二章手糊成型工艺 2 链增长聚酯分子双键及乙烯类单体双键被引发后 就会进行链增长反应 有如下四种形式的链增长反应 m1 M1 m1 M2 m2 M1 m2 M2 K11 K12 K22 K21 m1 m2 m1 m2 通过上述反应形成了新的游离基 2 1原材料的选择 6 课件 第二章手糊成型工艺 上式中的K11 K12 K21 K22分别代表四个反应速度常数 四个速率常数不同 即四个反应的反应速度不同 即单元反应的竞聚率不同 因此要得到好的制品 就必须选用合适的乙烯类单体种类及浓度 使得到 恒份共聚物 实验表明 对不饱和聚酯树脂 顺酐型 苯乙烯含量在33 40 时 能形成 恒份共聚物 2 1原材料的选择 7 课件 第二章手糊成型工艺 3 链终止链终止反应就是指体系反应的终止过程 在此体系中 存在 偶合终止 反应 当共聚反应进行到一定程度后 随反应进行体系中出现凝胶现象 粘度增大 大分子活性链的运动受到阻碍 这样就减弱了偶合终止反应 而此时单体分子仍可以自由扩散 自由基还在不断形成 链增长反应仍然继续进行 而且速度加快 即出现 自动加速效应 体系急剧放热 温度可达150 以上 以后进一步共聚反应 体系逐渐形成三维网状结构 黏度更大 限制了单体的扩散 使聚合速度下降而终止反应 作业 1 手糊成型工艺的优缺点有哪些 2 简述不饱和聚酯树脂的固化原理 3 不饱和聚酯树脂固化有哪几步反应形式 2 1原材料的选择 8 课件 第二章手糊成型工艺 3 辅助剂不饱和聚酯树脂的辅助剂包括交联剂 引发剂 促进剂 阻聚剂 光敏剂等 1 交联剂要求 高沸点 低粘度 能溶解树脂 引发剂 促进剂 染料等 反应活性大 能使共聚反应在室温或较低温度下进行 能与树脂共聚形成均相共聚物 常用交联剂 苯乙烯 甲基丙烯酸甲酯 乙烯基甲苯 邻苯二甲酸二丙烯酯 邻苯二甲酸二丁酯 最常用的是苯乙烯 2 1原材料的选择 9 课件 第二章手糊成型工艺 苯乙烯的优缺点 优点 粘度低 与树脂有良好的共混性 能很好的溶解引发剂 促进剂 苯乙烯双键活泼 易于进行共聚反应 价格便宜 材料来源广 缺点 沸点较低 145 易挥发 有一定毒性 对人体有害 用量对性能的影响 苯乙烯用量过多 胶液稀 操作时易流胶 制品固化收缩率大 苯乙烯用量过小 树脂胶液粘度大 不易使用 同时固化不完全 制品的软化温度低 用量一般在30 40 2 1原材料的选择 10 课件 第二章手糊成型工艺 2 引发剂引发剂可以产生自由基 引发树脂体系进行固化反应 引发剂一般为过氧化物 其通式为ROOR 引发剂的主要类型有 氢过氧化物 酸过氧化物 酮过氧化物 酯过氧化物 二酰基过氧化物 最常用的有 过氧化二苯甲酰过氧化环己酮 混合物 过氧化甲乙酮 混合物 OO C6H5 C OO C C6H5 2 1原材料的选择 11 课件 第二章手糊成型工艺 过氧化物的特性指标 以活性氧含量 临界温度 半衰期来评价 活性氧含量表明可以产生自由基量的指标 2 1原材料的选择 12 课件 第二章手糊成型工艺 临界温度是过氧化物具有引发活性的最低温度 因此选择引发剂时应考虑固化工艺条件的允许温度 引发剂的 临界温度 应低于固化温度 半衰期在给定条件下 引发剂分解一半所需时间 表明了引发剂的反应速度 一般情况下引发剂用量增加 反应速度增加 用量过少 反应速度慢 甚至固化不完全 用量过大 反应速度过快 放热峰过高 影响产品质量 而且成本高 引发剂的用量一般控制在0 5 2 之间 2 1原材料的选择 13 课件 第二章手糊成型工艺 3 促进剂实验表明 常用的引发剂其临界温度均在60 以上 说明单独使用有机过氧化物 不能满足不饱和聚酯树脂室温固化的要求 实践发现 在促进剂的存在下 有机过氧化物的 分解活化能 显著下降 可以使有机过氧化物的分解温度降到室温以下 这种能使引发剂降低分解活化能 降低引发温度的物质称为促进剂 引发剂 促进剂体系称为引发系统常用的引发剂 促进剂体系有 过氧化苯甲酰 叔胺体系过氧化环己酮 环烷酸钴 2 1原材料的选择 14 课件 第二章手糊成型工艺 实验表明 常用叔胺的反应活性顺序 N N二甲基对甲苯胺 二甲基苯胺 二乙基苯胺 A过氧化苯甲酰 叔胺体系 叔胺类物质能大大提高过氧化苯甲酰的反应速度 作用机理在聚合物基体课程中介绍 叔胺促进剂对固化速度的影响 注 上述实验是 不饱和聚酯树脂 1 过氧化苯甲酰 2 1原材料的选择 15 课件 第二章手糊成型工艺 B酮过氧化物 环烷酸钴引发体系 也是不饱和聚酯树脂低温固化最常见的引发体系 环烷酸钴对聚酯固化速度的影响见下表 作业 1 苯乙烯交联剂的优缺点是什么 2 过氧化物引发剂的特性指标有哪几个 具体含义是什么 3 什么是促进剂 2 1原材料的选择 16 课件 第二章手糊成型工艺 4 阻聚剂为了增加不饱和聚酯树脂的贮存稳定性 调节适用期 常在聚酯树脂中加入阻聚剂 一般在树脂生产过程中就加入 最常用的阻聚剂有 对苯二酚 叔丁基对苯二酚 硝基苯 亚硫酸盐等需要说明的是空气中的O2和水分有明显的 阻聚 作用自由基与苯乙烯的反应速度比自由基与O2的反应速度慢104倍 一般聚酯树脂制品固化时 表面应覆盖聚酯薄膜 若不用薄膜覆盖 也应使成型表面形成与空气隔离的物质如蜡类 否则自由基与周围空气中的O2 H2O反应 耗去大部分自由基 造成表面固化不完全而发粘 作业 手糊制品为什么要在表面覆盖聚酯薄膜 2 1原材料的选择 17 课件 第二章手糊成型工艺 2 1 2不饱和聚酯树脂的常用配方2 1 2 1热固化配方 不用促进剂 不饱和聚酯树脂 含苯乙烯 100份60 过氧化二苯甲酰糊2 4份固化制度 室温 60 1小时 80 4小时 100 4小时 120 4小时 自然冷却 2 1原材料的选择 18 课件 第二章手糊成型工艺 2 1 2 2冷固化配方配方a 不饱和聚酯树脂 含苯乙烯 100份50 过氧化环己酮糊4份10 萘酸钴苯乙烯溶液1 4份配方b 不饱和聚酯树脂 含苯乙烯 100份50 过氧化二苯甲酰糊4份10 二甲基苯胺苯乙烯溶液1 4份固化制度 室温 不低于15 固化8 24h脱模 然后固化时间7天 也可以采用加热后固化 2 1原材料的选择 19 课件 第二章手糊成型工艺 二 环氧树脂1环氧树脂的性能及特点 在树脂基复合材料中 用量仅次于不饱和树脂 其综合性能明显优于不饱和树脂 在受力构件 耐碱 电性能要求较高的场合一般使用环氧树脂 主要类型有1 双酚A型环氧树脂 又称 E 型环氧树脂 2 脂环族环氧树脂 环氧树脂俗称万能胶 环氧树脂优 缺点P13 2 1原材料的选择 20 课件 第二章手糊成型工艺 常用于玻璃钢的环氧树脂为 二酚基丙烷型环氧树脂 又称 双酚A型环氧树脂 或 E型环氧树脂 最常用的有E 51 618 20 25元 kg E 44 6101 18 22元 kg E 42 634 15 16元 kg 等 前者的分子量较小 后者的分子量较大 前者的环氧当量较高 后者的环氧当量较低 环氧的比例 外观 黄色至琥珀色高粘度透明液体 2 1原材料的选择 21 课件 第二章手糊成型工艺 2 环氧树脂的固化机理固化剂的类型 反应型 参与树脂的交联反应 伯仲胺类 酸酐类 催化型 不参与树脂的交联反应 叔胺类 2 1原材料的选择 注意 催化型的固化剂只促进环氧树脂固化 固化剂本身不参与反应 1 伯胺类固化剂 环氧树脂的反应机理 22 课件 第二章手糊成型工艺 第一步 伯胺与环氧基反应生成仲胺RNH2 CH2OCH RNH CH2 CHOH 第二步 仲胺与环氧基反应生成叔胺R NH CH2 CHOH CH2OCH RN若采用多元胺则可反应形成网状结构 使树脂固化 特别树脂分子链上有多个环氧基时 更容易形成网状结构 CH2 CHOH CH2 CHOH 2 1原材料的选择 23 课件 第二章手糊成型工艺 常用的伯胺固化剂有 乙二胺 挥发性强 三乙烯四胺 间苯二甲胺等 2 1原材料的选择 24 课件 第二章手糊成型工艺 2 叔胺类固化剂的固化机理 催化型 2 1原材料的选择 25 课件 第二章手糊成型工艺 如此不断反应生成网状大分子 常用的叔胺固化剂有 三乙胺 苄基二甲胺等 作业 采用伯胺类固化剂时环氧树脂的固化机理是什么 2 1原材料的选择 26 课件 第二章手糊成型工艺 3 其它类固化剂 主要有改性胺类固化剂 酸酐类固化剂等 改性伯胺固化剂的优点是 提高固化剂的分子量 减少挥发性 降低毒性 使分子中带有羟基 提高了固化反应活性 可利用胺与环氧乙烷 环氧丙烷等反应 制得改性胺类固化剂 国内常用的牌号有 120固化剂 590固化剂 591固化剂 593固化剂等 另外 伯酰胺 酸酐混合也常用做环氧树脂的固化剂 如聚酰胺固化剂 其具有显著的增韧作用 2 1原材料的选择 27 课件 第二章手糊成型工艺 作业 改性伯胺固化剂的优点是什么 3 辅助剂环氧树脂的辅助剂通常有 1 稀释剂 2 增韧剂 3 填料 4 色料 2 1原材料的选择 28 课件 第二章手糊成型工艺 1 稀释剂其作用是降低环氧树脂的粘度 提高流动性 活性稀释剂 降低树脂粘度的同时 参与固化反应的稀释剂 改善工艺性能的同时也改善材料的性能 非活性稀释剂 只起降低树脂粘度的作用 不参与固化反应的稀释剂 树脂固化时部分逸出 部分残留在制品内 作业 环氧树脂的活性稀释剂和非活性稀释剂 2 1原材料的选择 29 课件 第二章手糊成型工艺 常用活性稀释剂 环氧丙烷丙稀醚 环氧丙烷丁基醚 酯环族环氧树脂 甘油环氧树脂等 常用非活性稀释剂 丙酮 甲乙酮 苯乙烯 环己酮 苯 甲苯 二甲苯等 非活性稀释剂的使用 可使制品收缩率增加 降低粘结力 用量一般控制在5 15 以内 2 1原材料的选择 30 课件 第二章手糊成型工艺 2 增韧剂非活性增韧剂 增塑剂 不带有活性基团 不参与固化反应 常用的有邻苯二甲酸二甲酯 二乙酯 二丁酯 磷酸三丁酯等 掺加量5 20 活性增韧剂 参与固化反应 其增韧作用又称 内增塑 常用的有聚酰胺 650 651 是一种多元胺 黄褐色粘稠液体 同时又是固化剂 用量是树脂的45 80 不需要另加其他固化剂 固化条件是 65 时3h 室温时24h 2 1原材料的选择 31 课件 第二章手糊成型工艺 3 填料作用 降低成本 减少制品成型过程的收缩性 降低制品的热膨胀系数和制品的收缩率 常用的填料有陶土 滑石粉 石英粉 石墨 金属粉等 有时填料对制品的电性能 机械性能 耐磨性能也有影响 4 色料为使制品美观 在树脂中加入色料 通常加入无机颜料的树脂糊 也有加有机颜料的 但是应保证有机颜料不参与反应 否则容易退色 颜料糊制备的目的是 使均匀分布 不产生颜料团 2 1原材料的选择 32 课件 第二章手糊成型工艺 2 1 2 1增强材料的种类 1 玻璃纤维种类E 玻璃纤维 无碱纤维 含碱0 8 以下C 玻璃纤维 中碱纤维 含碱8 左右A 玻璃纤维 有碱纤维 含碱12 15 S 玻璃纤维 高强纤维 含碱0 3 M 高弹玻璃纤维L 防辐射玻璃纤维 2 1 2增强材料的种类 33 课件 第二章手糊成型工艺 2 玻纤制品A 玻璃纤维无捻粗纱P14将拉丝得到的原纱 平行并股卷成圆筒形 牌号表示 无捻粗纱8 24 5表示直径为8 m 5股并股 24m g的玻璃纤维注 每股纱有200根纤维 B 短切玻纤毡 将连续纤维按一定长度切断 无序均匀地分散铺平成一定厚度 用黏合剂粘合成的毡状物 技术要求 密度均匀 浸渍性好 附模性好 松散单丝少 无污染 成型时无泛白现象 特点 吸附树脂量大 短切毡60 80 表面毡90 以上 价格低 强度较低 低于布类 C 无捻粗纱布大部分为无捻方格布 玻纤与玻纤之间平行分布 2 1 2增强材料的种类 34 课件 第二章手糊成型工艺 是手糊成型中最常用的产品 其45度方向强度最低 D 玻纤细布平纹 斜纹 缎纹E 单向织物4 1或7 1布 即玻璃纤维经纬分布比例不同 2 1 2 2其他纤维1 碳纤维具有强度高 模量高 和耐高温等优异性能 P142 聚芳酰胺纤维是一种新型高强纤维 强度可以达到3 63 109Pa 价格比碳纤维低 但是耐紫外线性能较差 2 1 2增强材料的种类 35 课件 第二章手糊成型工艺 2 1 2 3玻纤的物理性能1 玻璃纤维的外观和力学性能 1 外观和比重外观是一个光滑的圆柱体 横断面几乎是一个完美的圆形 玻璃纤维的直径一般在5 20 m 比重一般在2 4 2 7容重一般在2400 2700kg m3 2 1 2增强材料的种类 36 课件 第二章手糊成型工艺 2 力学性能抗拉强度很高 1200 1500MPa 但是扭转 剪切强度很低 低于其它纤维 玻纤为何比同成分的玻璃强度高出好多倍呢 玻璃内部及表面均存在着较多的微裂纹 在外力的作用下 微裂纹处特别是表面微裂纹处 产生应力集中 首先破坏 玻纤高温成型时 减少了玻璃内部成分的不均一性 使微裂纹产生的机会减少 因此纤维的强度提高 玻纤在成型过程中由于拉丝机的牵引力作用 使玻纤内部分子产生一定的定向排列 抗拉强度提高 作业14 玻纤为何比同成分的玻璃抗拉强度高出几十倍 2 1 2增强材料的种类 37 课件 第二章手糊成型工艺 影响玻纤强度的因素 1 玻纤直径和长度对拉伸强度的影响一般情况下 直径越小 强度越高 但是不同成分 不同成型条件下同直径的玻纤强度也不一样 玻璃纤维长度越大 强度越低 例如 5mm长 8 m 1500MPa20mm长 8 m 1210MPa可以用微裂纹理论解释以上现象 因为纤维越细 微裂纹越少 纤维越长 产生微裂纹的概率越大 2 化学成分对玻纤强度的影响硅铝钡硼镁钾钠铅SiO2 Al2O3 BaO B2O3 MgO K2O Na2O PbO 2 1 2增强材料的种类 38 课件 第二章手糊成型工艺 一般情况下K2O PbO含量高 强度低 3 存放时间对强度的影响由于空气中的水分对玻璃纤维有一定的侵蚀作用 因此存放一段时间后 玻璃纤维的强度下降 有碱纤维下降较快 无碱纤维下降较慢 所以玻璃纤维要密封保存 反之强度明显下降 4 玻璃纤维的模量延伸率较低 约3 属弹性材料 受力时没有明显的塑性变形 应力 应变关系基本是一条直线 弹性模量高于木材 有机纤维 低于钢材 提高玻璃纤维MgO BeO 氧化硒 含量可提高其弹性模量 2 1 2增强材料的种类 39 课件 第二章手糊成型工艺 2 玻纤的热 光 电学性能 1 玻璃纤维的导热性玻璃纤维的导热系数 0 7 20W m 玻璃纤维棉的导热系数 0 06 0 15W m 容重80Kg m3 具有很好的保温隔热性能 玻璃钢的导热系数 0 55 0 8W m 2 耐热性 一般纤维200 250 强度基本不变普通玻璃纤维250 有一定收缩 强度不变 钠钙玻纤470 高硅氧玻纤2000 耐温性能好 可以做管道保温等 2 1 2增强材料的种类 40 课件 第二章手糊成型工艺 3 电性能在外电场的作用下 玻璃纤维内部的离子产生迁移时会导电 玻璃纤维的导电性主要取决于化学组成 碱金属离子最容易迁移 因此玻璃纤维成分中碱金属离子越多 其电绝缘性越差 4 玻纤及其制品的光学性能玻璃是优良的透光材料 其透光率在95 以上 但制成玻纤后其透光性大大下降 远不如玻璃 但具有一定的透光性 玻纤的透光率一般在18 60 之间 2 1 2 4玻纤的化学性能玻纤对水 水蒸气 酸 碱 化学试剂等的抵抗能力 是其化学稳定性的标志 它在很大程度上决定了纤维的使用范围 2 1 2增强材料的种类 41 课件 第二章手糊成型工艺 1 纤维表面状况对化学稳定性的影响玻璃是很好的耐腐蚀材料 但制成玻纤后其表面积大大增加 一般增加500 1000倍 因此被侵蚀介质作用的面积增加了500 1000倍 因此玻纤的耐腐蚀性不算太好 而且纤维越细 比表面积越大 耐腐蚀性越差 2 温度对化学稳定性的影响实验表明 温度愈高 介质对玻纤破坏的速度愈快 在10 100 之间 每提高10 腐蚀性提高50 在100 以上时 随温度提高 腐蚀速度更快 2 1 2增强材料的种类 42 课件 第二章手糊成型工艺 3 化学成分对化学稳定性的影响玻纤的化学稳定性主要取决于二氧化硅和碱金属氧化物的含量 提高SiO2 Al2O3的含量 和加入ZrO2 TiO2能提高耐酸性 提高SiO2含量 并加入ZrO2 TiO2 能提高耐碱性 提高Al2O3的含量 耐水性增加 有碱玻璃纤维的耐水性较差 因为碱金属硅酸盐在水的作用下发生水解 碱金属氧化物含量越高 耐水性越差 一般Na2O含量应控制在13 以下 2 1 2增强材料的种类 43 课件 第二章手糊成型工艺 无碱玻璃纤维中的铅 硼在无机酸作用下不稳定 无碱玻璃纤维中除二氧化硅骨架外 其他组分大部分能溶解 使强度降低 在玻璃中加入TiO2 ZrO2 CuO Fe2O3等成分 可提高无碱玻纤的耐酸性 综上 无碱玻纤的耐碱性能 耐水性优于有碱玻纤 而有碱玻纤的耐酸性比无碱玻纤强 作业 玻璃纤维的电绝缘性主要取决于什么因素 2 1 3增强材料的表面处理一 表面处理的意义我们知道复合材料的性能不仅与树脂 纤维的性质与含量有关 而且在很大程度上取决于二者的结合状况 2 1 3增强材料的表面处理 44 课件 第二章手糊成型工艺 玻纤成型时需加 浸润剂 其作用是消除静电 达到集束纺织的加工工艺要求 浸润剂 有 纺织型浸润剂 和 增强型浸润剂 两种 纺织型 浸润剂其成分多为石蜡类物质 其存留在纤维表面上 对树脂与纤维的结合极为不利 可严重影响复合材料的性能 另外 玻璃纤维表面经常吸附有水分 也不利于界面结合 表面处理 包含界面处理 就是在玻璃纤维表面涂一层叫做 表面处理剂 的物质 使纤维与树脂能牢固地结合 以达到提高玻璃钢性能的目的 2 1 3增强材料的表面处理 45 课件 第二章手糊成型工艺 实验表明 玻璃纤维经表面处理剂处理后 可以改善玻璃纤维的耐磨 耐水 电绝缘等性能 对玻璃钢的强度 特别是湿态下的强度提高显著 常用的表面处理剂有 沃兰类表面处理剂 A 151 A 172 硅烷类表面处理剂 KH550 KH560等 用沃兰处理的玻纤与未处理的相比 制作的玻璃钢强度可提高50 左右 若在海水中浸泡一年 二者强度可相差一倍以上 2 1 3增强材料的表面处理 46 课件 第二章手糊成型工艺 二 纤维与树脂的界面 因为玻璃纤维很细 因此其比表面积很大 比表面积 A V A 表面积 V 体积例如 1cm3的玻璃 表面积是6cm2 比表面积为6 1cm3直径为8 的玻纤 表面积约为5000cm2 比表面积为5000 因此研究和探讨纤维与树脂界面上发生的物理和化学现象是非常必要的 1 玻璃纤维的表面玻璃纤维的内部结构大多是SiO2网状结构 占50 以上 其他为金属氧化物混合结构 在玻璃纤维表面上也是这样 另外 玻纤表面存在微裂纹 机械加工 存放 热处理等造成的 因此玻璃纤维的表面是 2 1 3增强材料的表面处理 47 课件 第二章手糊成型工艺 金属氧化物混合物结构比较容易吸水 因此清洁的玻璃纤维表面 暴露在大气中 很快就会吸附一层水分子 此水分吸附到玻纤表面后具有明显的碱性 碱性水将与二氧化硅网状结构反应 Si O Si OH Si OH SiO 上述反应破坏了玻璃纤维的二氧化硅骨架 使强度下降 如果上述反应发生在微裂纹处 水会促使微裂纹扩展 致使强度大幅度下降 玻纤表面 微裂纹 SiO2网状结构 金属氧化物混合结构 2 1 3增强材料的表面处理 48 课件 第二章手糊成型工艺 2 纤维与树脂的界面 在玻璃钢中 玻璃纤维与树脂之间形成了玻璃与树脂的结合界面 树脂对水分的敏感性很大 水分起阻聚作用 而玻纤表面的水分恰恰就是在树脂 纤维界面上 起阻聚作用 影响界面上的树脂固化 已经成型好的玻璃钢制品 若水浸入到玻璃纤维与树脂的界面上同样会对玻璃纤维起破坏作用 2 1 3增强材料的表面处理 49 课件 第二章手糊成型工艺 3 表面处理剂的作用机理表面处理剂的分子中一般都含有两种性质不同的基团 其中一部分基团 如硅烷基 能与无机物 比如玻璃 金属 表面上的M OH起化学反应形成化学键 另一部分基团能 如乙烯基 能与树脂起反应形成化学键 使无机物和树脂这两类性质差别很大的材料以化学键的形式 偶联 在一起 形成了一个牢固的整体 表面处理剂又称为 偶联剂 它能改性玻璃纤维的表面性质和复合材料的界面状态 加强界面结合 可以有效防止水分等有害介质的侵蚀 偶联剂的作用 2 1 3增强材料的表面处理 50 课件 第二章手糊成型工艺 偶联剂是一种改善玻纤的表面性质 即能与玻纤起化学反应形成化学键结合 又能与树脂起化学反应形成化学键结合的表面处理剂 它可以加强复合材料的界面结合 保护纤维 防止水分等有害介质的侵入 它可以改善复合材料的界面状态 有效传递应力 使多种材料间形成一个复合牢固的整体 注 上式左侧是乙烯基硅烷偶联剂水解形成的乙烯基硅醇 红线为玻璃表面 2 1 3增强材料的表面处理 51 课件 第二章手糊成型工艺 4 玻璃纤维的处理方法 后处理法 对于 纺织型浸润剂 第一步除去浸润剂 有两种方法 a 洗涤法 在皂水或有机溶液中清洗 然后烘干 b 热处理法 250 450 1h 第二步用表面处理剂处理 要求产品质量较高时 处理步骤为 浸渍 水洗 烘干 前处理法 把表面处理剂就加入到 浸润剂 里 这种浸润剂称为增强型浸润剂 在拉丝时表面处理剂就被覆盖在了玻璃纤维上 这种纤维所制的布称为 前处理布 迁移法 把表面处理剂加入到树脂胶液中 当玻璃纤维浸胶时 树脂会迁移到纤维与树脂的界面上 迁移法需要热处理后使用 作业 1 偶联剂的作用机理是什么 2 什么叫前处理布 2 1 3增强材料的表面处理 52 课件 2 2 1模具的结构与材料 第二章手糊成型工艺 2 2手糊成型模具与脱模剂 2 2 1模具的结构与材料一 结构 单模 对模 拼装模 阳模 阴模 53 课件 第二章手糊成型工艺 阳模 制品内表面尺寸准确 光滑 成型方便 便于通风 阴模 制品外表面尺寸准确 光滑 阴模深操作不便 通风条件不好 卫生条件差 对模 由阴阳模两部分组成 制品内外表面均光滑 厚度准确 不适合成型批量少及大型制品 模具 设备投资大 拼装模 一些形状复杂的产品 为了脱模方便 需要利用拼装模 即把模具分成几块进行拼装 脱模时可以分块进行 比较方便 2 2 1模具的结构与材料 54 课件 第二章手糊成型工艺 二 材料木材 石膏 水泥 石蜡 可溶性盐 玻璃钢 陶土 金属等 必须满足以下要求 1 满足产品尺寸 精度 外观及数量的要求 2 有足够的强度与刚度 不易变形 损坏 3 不受树脂及辅助材料的浸蚀 不影响树脂固化 4 易脱模 使用周期长 5 价格便宜 材料易得 2 2 1模具的结构与材料 55 课件 第二章手糊成型工艺 具体材料 P16 1 木材要求均质 无节 常用红松 银杏 枣木等 木材模具表面需要封孔处理 其特点是质轻 易加工 但不耐久 适合于小批量生产小型制品 2 石膏用半水石膏成型 制造简便 造价低 不耐用 怕冲击 适合于小批量生产形状复杂的制品 3 水泥制造方便 成本低 有一定强度 适合于制造形状简单 表面要求不高的制品 2 2 1模具的结构与材料 56 课件 第二章手糊成型工艺 4 石蜡适合于制作难以取出的型心 一次性使用 成型后融化掉 5 金属常用钢材 铸铝等 耐久 不易变形 但加工费用高 适合于小型 大批量生产的高精度制品 6 玻璃钢由木模或石膏模翻制 质轻 耐久 制造方便 适合于中小型制品的批量生产 2 2 1模具的结构与材料 57 课件 第二章手糊成型工艺 2 2 2手糊成型模具设计要则 1 设计要点8点 P16 2 设计内容A确定模具结构B选定原材料C确立制造方法D绘制模具图纸 2 2 2手糊模具设计要则 58 课件 第二章手糊成型工艺 2 2 3玻璃钢高级模具属于平整度高 光洁度高的高级模具 2 2 3 1玻璃钢高级模具的要求 1 具有足够的强度 刚度 2 具有一定硬度 巴柯儿硬度40以上 耐热性能承受树脂固化放热的收缩作用 3 尺寸精确 无潜藏气孔 残留划痕度小于0 1 m 4 光泽度达到80 90光泽单位或者目测反光 2 2 3玻璃钢高级模具 59 课件 第二章手糊成型工艺 2 2 3 2材料选择 1 胶衣树脂应具有收缩率低 延伸率高 耐磨 耐热 硬度高等优良性能 实践证明 采用环氧树脂加填料制作模具的胶衣比较合适 或者采用专用的胶衣树脂制作胶衣层 为提高耐磨性可以在胶衣层可加入硬度高的填料 如瓷粉 石英粉 铸石粉 刚玉粉等 2 玻璃纤维表面毡和玻璃纤维短切毡作用 A 增强胶衣 防止表面微裂纹 B 形成富树脂层以提高模具光洁度和耐腐蚀性能 C 消除玻纤布在表面产生的痕迹 2 2 3玻璃钢高级模具 60 课件 第二章手糊成型工艺 3 中碱无捻方格布 4 不饱和聚酯树脂 5 无机填料作业 1 玻璃钢模具制作的主要原材料有哪些 2 玻璃钢模具采用表面毡的作用是什么 2 2 3 3制造工艺 1 过渡母模的制造P18材料 石膏或木材加工工序 P18 2 玻璃钢模具的翻制胶衣层制作 涂刷3层 每层0 2 0 5mm 铺1 2层表面毡 一层短切毡 压实 浸透排除气泡 铺无捻方格布 2 2 3玻璃钢高级模具 61 课件 第二章手糊成型工艺 3 模具表面处理A粗磨 400 500 600 水砂纸依次水磨 B水砂精磨 1000 1200 1500 水砂纸依次研磨 C研磨抛光 将抛光剂涂上后 停留1 2min 用布轮抛光机逐段抛光并反复进行 研磨抛光材料见表2 7 研磨抛光设备见表2 8 4 表面质量检测要求光泽度在90以上 用ss 82型光电光泽计检测 2 2 3玻璃钢高级模具 62 课件 第二章手糊成型工艺 2 2 4脱模剂脱模剂应具备的条件 1 不腐蚀模具 不影响固化 与树脂粘附力小 2 成膜迅速 均匀 光滑 3 使用简便 安全 价格便宜 脱模剂按用途分为按性状分为 内脱模剂用于模压和热固化 外脱模剂用于手糊和冷固化 薄膜型脱模剂 混合溶液型脱模剂 油蜡型脱模剂 2 2 4脱模剂 63 课件 第二章手糊成型工艺 2 2 4 1薄膜型脱模剂最常用的有 聚酯薄膜 玻璃纸 聚氯乙烯薄膜 聚乙烯薄膜等 其中聚酯薄膜应用最普遍 使用厚度一般为0 04mm 0 02mm 使用方法 铺在模具上 或用凡士林贴在模具上 优点 脱模效果好 使用方便 材料易得 缺点 薄膜的柔韧性 帖服性差 不能用于形状复杂的制品 2 2 4脱模剂 64 课件 第二章手糊成型工艺 2 2 4 2混合溶液型脱模剂 1 聚乙烯醇脱模剂的配制配方及优缺点见P21表2 9 一般采用较低分子量的聚乙烯醇 在搅拌状态下 用水将聚乙烯醇加热溶解 水温约95 冷却到室温 往里滴加乙醇或丙酮 边加边搅拌 加入甘油可增加膜的柔韧性 加入少量洗衣粉 可使成膜均匀 加入少量蓝 红墨水可防止漏涂 需要干燥快则适当多加乙醇或丙酮 2 2 4脱模剂 65 课件 第二章手糊成型工艺 2 过氯乙烯脱模剂配方 过氯乙烯粉5 10份甲苯 丙酮 1 1 95 90份按比例将物料与溶剂混和搅拌 放入密闭容器中 不能用塑料容器 等完全溶解后即可使用 3 聚苯乙烯溶液脱模剂配方 聚苯乙烯粉5份甲苯95份称量混合 搅拌均匀后 密封放置7天左右 若完全溶解 搅拌均匀即可使用 缺点 甲苯有毒优点 脱模容易 成模速度快 2 2 4脱模剂 66 课件 第二章手糊成型工艺 2 2 4 3蜡类 油酯类脱模剂 1 蜡类脱模剂 蜡型脱模剂 P21表2 10使用方便 省工省时 价格便宜 脱模效果好 使用广泛 使用方法 P21 2 油酯类脱模剂a 硅酯脱模剂硅酯100份甲苯100份b 其他油脂脱模剂耐热机油 硅油 凡士林油 变压器油等 2 2 4脱模剂 67 课件 第二章手糊成型工艺 2 2 4 4脱模剂复合使用对大型制品或外型复杂的制品 多采用几种脱模剂复合使用 效果较好 作业 手糊成型工艺的脱模剂应具备什么特点 2 2 4脱模剂 68 课件 第二章手糊成型工艺 2 3 1原材料准备 2 3 1 1胶液准备 胶液的主要工艺指标是 胶液粘度 凝胶时间 胶液粘度 表征流动特性 粘度控制在0 2 0 8Pa s之间 一般用稀释剂调节 粘度过高不易涂刷和浸透增强材料 粘度过低 在树脂凝胶前发生胶液流失 使制品出现缺陷 2 3手糊成型工艺 2 3 1原材料准备 69 课件 第二章手糊成型工艺 凝胶时间 指在一定温度条件下 树脂中加入定量的引发剂 促进剂或固化剂 从粘流态到失去流动性 变成软胶状态凝胶所需的时间 一般采用引发剂 促进剂用量调节 凝胶过快 来不及操作 制品交联太严重 收缩大 发脆 凝胶过慢 增加了生产周期 且易发生流胶 影响凝胶时间的主要因素 引发剂 促进剂用量 引发剂 促进剂用量大 凝胶时间缩短 胶液体积的影响 胶液体积越大 热量不易散失 凝结快 环境温度 湿度的影响气温越高 凝结越快湿度越小 凝结越快 制品表面积影响制品表面积大 凝结快 2 3 1原材料准备 70 课件 第二章手糊成型工艺 树脂胶液配制 1 不饱和聚酯树脂胶液配方及配制 配方 见P23 表2 12 凝胶时间与环境温度 促进剂用量关系见P23表2 11 实际生产过程中一般用促进剂掺加量来调节凝结时间 2 3 1原材料准备 71 课件 第二章手糊成型工艺 引发剂作用 控制反应速度 使树脂最终反应完全 一般为过氧化物 起固化剂的作用 促进剂的作用 促使引发剂降低引发温度 在较低温度下分解产生大量游离基 加快反应速度 降低引发剂用量 胶液配制方法 按配方比例将引发剂或促进剂的一种先与树脂搅拌均匀 再加入另一种搅匀 切忌同时加入 否则会产生剧烈反应 生成硬块 2 3 1原材料准备 72 课件 第二章手糊成型工艺 2 环氧树脂胶液配制 常见配方见表2 13 配制方法 先将稀释剂及其他辅助剂与树脂搅匀 使用前加入固化剂搅匀 作业 1 什么是凝胶时间 2 影响不饱和聚酯树脂凝胶时间的因素有哪些 2 3 1原材料准备 73 课件 第二章手糊成型工艺 2 3 1 2增强材料准备 a 纤维表面处理 热处理或化学处理 b 使用前烘干处理 c 按样板下料 下料时应注意以下几点 P24 1 布的方向性 2 拼缝应各层错开 3 对圆形制品 布的45 方向变形能力好 可沿此方向裁成布条糊制 4 注意经济使用 2 3 1原材料准备 74 课件 第二章手糊成型工艺 2 3 1 3胶衣糊准备 胶衣树脂种类很多 应根据使用条件进行选择 33号胶衣树脂 间苯二甲酸型胶衣树脂 耐水性好 36PA胶衣树脂 自熄性胶衣树脂 不透明 39号胶衣树脂 耐热自熄性胶衣树脂 21号胶衣树脂 新戊二醇型 耐水煮 耐热 耐污染 柔韧 耐磨胶衣 胶衣树脂的配制 33号胶衣树脂100份 重量百分比wt 50 过氧化环己酮二丁酯糊 引发剂H 白色4份 6 萘酸钴苯乙烯溶液 促进剂E 紫色2 4份 胶衣树脂性能指标 P25 2 3 1原材料准备 75 课件 第二章手糊成型工艺 2 3 1 4手糊制品厚度与层数的计算 1 制品厚度预测 t m k t 制品厚度 mm m 单位面积材料质量 kg m2 k 厚度常数 mm kg m 2 即每1kg m2材料的厚度 可在表2 14中查得 原材料愈重 比重愈大 k值愈小 t总 t1 t2 t3 其中 t总为制品总厚度 t1 t2 t3分别是材料1 2 3提供的厚度 P25例题2 1 2 2 2 3 1原材料准备 76 课件 第二章手糊成型工艺 2 铺层层数的计算 若有填料时 kT是厚度常数 c2是填料与纤维质量比 则 A 制品总厚度 mf 纤维单位面积质量 kf 纤维的厚度常数 kr 树脂的厚度常数 c 树脂与纤维的质量比 n 增强材料的铺层层数 例题2 3 对中碱纤维布 0 4厚mf 0 340Kg m20 2厚mf 0 230Kg m2 2 3 1原材料准备 77 课件 第二章手糊成型工艺 2 3 2糊制 2 3 2 1表面层 胶衣层 一般采用加了颜料的胶衣树脂制作 也可用普通树脂制作 需用玻璃纤维表面毡增强防裂 表面层的作用已作过介绍 形成富树脂层 光洁美观 耐侵蚀 耐水 耐酸碱 耐候等 厚度控制 0 25 0 5mm 单位面积用胶300 500g m2 操作方法 a 刷涂 需两遍垂直涂刷 一遍基本固化后再刷另一遍 开始凝胶时铺纤维毡 b 喷涂 2 3 2糊制 78 课件 第二章手糊成型工艺 影响胶衣喷涂的因素 P27 1 触变指数的影响用喷射距离调节 也可用压力调节 距离400 500mm 压力0 4 0 5MPa 2 温度的影响控制胶衣树脂温度25 30 3 胶衣层中气泡的影响严禁混入气泡 4 苯乙烯含量的影响喷涂时苯乙烯挥发可造成固化不好 应注意 5 水分影响胶衣层中严禁水分混入 包括树脂中和模具上 2 3 2糊制 79 课件 第二章手糊成型工艺 2 3 2 2铺层控制 铺层的拼接形式 搭接 产品外形发生变化 对接 外形较好 制品平直 有交错接与梯形接 2 3 2 3铺层二次固化拼接 对于较厚的制品 由于树脂固化放热量大 易产生产品的变形与分层 应分两次铺层固化 一般 7mm时 需分两次铺层固化 实验中注意 如图2 3 2 4 在接缝区加一层附加布增强 接缝距离S一般控制在1 2cm 2 3 2糊制 80 课件 第二章手糊成型工艺 2 3 2糊制 81 课件 第二章手糊成型工艺 2 3 2糊制 铺层2次固化的拼接方法 先按一定铺层锥度糊制各层 使其形成阶梯形 达到一定厚度后 不超过7mm 在阶梯上铺放一层 无胶平纹玻璃布 固化后撕去该层玻璃布并保证拼接面的粗糙度和清洁 然后糊以下各层 82 课件 第二章手糊成型工艺 2 3 2糊制 对于大表面制品糊完后应覆盖玻璃纸或薄膜 使与空气隔绝 83 课件 第二章手糊成型工艺 2 3 3固化 2 3 3 1不饱和聚酯树脂的固化 分为 凝胶阶段定型阶段 硬化阶段 熟化阶段 完全固化阶段 固化 线型分子交联变成网状体型结构的过程 加入引发剂后 引发剂在一定条件下可以产生游离基 游离基是一种活性很高的物质 可以把树脂中的双键打开 从而达到聚合交联的目的 2 3 3固化 84 课件 第二章手糊成型工艺 因为引发剂一般在60 以上才能分解出游离基 因此常温固化时必须加入促进剂 降低其分解温度 引发剂用量对产品性能的影响 用量过大 反应速度过大 放热量大 导致树脂急剧固化 收缩严重 产生裂纹 同时影响聚合链长度 分子量降低 力学性能下降 用量过小 不足以使树脂固化完全 2 3 3固化 85 课件 第二章手糊成型工艺 2 3 3 1固化工艺控制 固化度 树脂固化反应的程度 用百分率表示 常用丙酮萃取法测定 手糊制品的成型工艺条件 温度15 以上 湿度小于80 利用上述工艺条件及合理的配方 才能使树脂固化达到要求的程度 2 3 3固化 86 课件 第二章手糊成型工艺 一般手糊制品24h脱模 巴氏硬度15 30时 8天即可使用 聚酯玻璃钢的强度一般到1年后才能稳定 时间与强度关系见表2 15 因此 许多制品室温固化后 为加速其强度发挥 需进行后固化处理 放置24小时后进行 环氧玻璃钢后固化处理温度 150 聚酯玻璃钢后固化处理温度50 80 2 3 3固化 87 课件 第二章手糊成型工艺 2 3 4手糊工艺质量控制 2 3 4 1影响制品质量的因素 组分质量 成型与固化过程 制品辅助加工 手糊制品存在的主要质量问题见P29 产生缺陷的原因 纤维方面 树脂基体方面 施工作业方面 固化工艺方面 其他方面 2 3 4手糊工艺质量控制 88 课件 第二章手糊成型工艺 2 3 4 2质量控制 在工厂车间 制定质量控制制度时参考 包括3方面 成型工艺过程控制 原材料质量控制 成品质量检验 2 3 4手糊工艺质量控制 89 课件 第二章手糊成型工艺 2 3 4 3手糊成型易发生的缺陷及防止措施 1 胶衣缺陷的防止措施表2 16 17 18 2 制品皱缩表2 19 3 翘曲变形表2 20 4 制品表面发粘 原因1 空气湿度太大 水对树脂起阻聚作用 解决办法 1 在树脂中加入0 02 左右的液体石蜡 2 在树脂中掺加5 的异腈酸酯 3 制品表面覆盖薄膜隔绝空气 2 3 4手糊工艺质量控制 90 课件 第二章手糊成型工艺 原因2 引发剂 促进剂的比例弄错或失效 更换引发剂 促进剂 5 制品内气泡太多 原因1 树脂用量过多 解决办法 1 控制胶含量 2 注意拌合方式 原因2 树脂粘度过大 解决办法 1 适当增加稀释剂 2 提高环境温度 原因3 增强材料选择不当 解决办法 选用浸透性好的无捻玻璃布 2 3 4手糊工艺质量控制 91 课件 第二章手糊成型工艺 6 流胶 原因3 原因2 原因1 树脂粘度太小 可加入2 3 的活性氧化硅 配料不均匀 充分搅拌 固化剂用量不足 适当调整固化剂用量 作业 1 胶衣裂纹产生的主要原因有哪些 2 手糊制品表面发粘的原因及解决办法是什么 2 3 4手糊工艺质量控制 92 课件 第二章手糊成型工艺 2 4喷射成型工艺及设备 2 4 1概述 是为改进手糊成型工艺而开发的一种半机械化成型工艺 是手糊工艺的变形 按喷射动力分 气动型和液压型 按胶混合形式分 内混合型 外混合型 先混合型 2 4喷射成型工艺及设备 图2 7喷射成型工艺流程 93 课件 第二章手糊成型工艺 图2 8气动型喷射图2 9液压型喷射气动型喷射部分树脂和引发剂容易扩散到周围空气中 因此目前较少使用 2 4喷射成型工艺及设备 94 课件 第二章手糊成型工艺 图2 10内混合型喷射图2 11外混合型喷射内混合型树脂与引发剂混合后喷出 不产生引发剂蒸汽 但是喷枪必须及时用溶剂清洗 否则喷枪易堵 外混合型是引发剂与树脂在空气中混合浪费材料 并有污染 2 4喷射成型工艺及设备 95 课件 第二章手糊成型工艺 2 4 2喷射成型机的工作原理 一 压力罐供胶式喷射成型机 如图2 12 两个胶罐 一个装树脂引发剂 一个装树脂促进剂 二 泵供胶式喷射成型机图2 13 两种类型 树脂 辅助剂各自的泵供各自喷枪 树脂 辅助剂泵入静态混合器再入喷枪 三 泵罐组合供胶式喷射成型机 树脂由泵供给 辅助剂由压力罐供给 泵供的供胶量较准确 2 4 2喷射成型机的工作原理 96 课件 第二章手糊成型工艺 2 4 2喷射成型机的工作原理 图2 12双压力罐供胶式喷射成型机示意图1 气水分离器 2 气阀门 3 调压阀 4 放气阀 5 调压阀 6 7 压力罐 8 安全阀 9 10 调压阀 11 纤维切割喷射器 12 13 树脂喷射器 97 课件 第二章手糊成型工艺 2 4 3喷射成型工艺控制 2 4 3 1工艺参数 1 纤维 含量28 33 长度25 50mm 2 树脂含量 60 左右 3 胶液粘度 0 3 0 8Pa s 触变度1 5 4 4 喷射量 胶8 60g s 5 喷枪夹角 20 距模具350 400mm 6 喷射压力 0 3 0 35MPa 2 4 3喷射成型工艺控制 98 课件 第二章手糊成型工艺 2 4 3 2喷射成型的工艺要点 1 环境温度25 5 2 压力要稳定 3 喷射工序标准化 4 树脂应加温 保温 5 纤维切割要准确 6 准确调节胶及纤维的喷射量 7 喷射前在模具上喷一层树脂 8 喷枪移动要均匀 不能漏喷 9 每一层喷完后应立即辊压 再喷第二层 10 调整好喷枪的角度和距离 11 特殊部位应用特殊方法处理 2 4 3喷射成型工艺控制 99 课件 第二章手糊成型工艺 2 4 3 3喷射成型制品的缺陷与防治P36 表2 21 2 4 4喷射成型设备 2 4 4 1玻璃纤维切割喷射器 主要由切割辊 垫辊 牵引辊 气动马达 气缸活塞 机壳等组成 如图2 17 2 18 纤维在旋转的切割辊与垫辊之间被切断并被喷射气流吹散 连续向外喷出 2 4 4喷射成型设备 100 课件 第二章手糊成型工艺 4 垫辊 5 牵引辊 6 切割辊 9 玻璃纤维 2 4 4喷射成型设备 图2 17玻璃纤维三辊切割喷射器1 机壳 2 进气管 3 气动马达 4 喷枪 101 课件 第二章手糊成型工艺 2 4 4 2树脂胶液喷枪 分类 1 单嘴 双喷嘴 多喷嘴喷枪 2 气动控制 手动控制喷枪 3 气压雾化 液压雾化喷枪 4 内混合式 外混合式喷枪 树脂与引发剂 图2 19是喷枪结构图 2 4 4 3静态混合器 是一种连续混合液流的新型装置 在混合物料的过程中静止不动 1 螺旋式静态混合器 见下图 2 流道式静态混合器 2 4 4喷射成型设备 102 课件 第二章手糊成型工艺 图2 20螺旋式混合元件螺旋式混合器分为左旋式与右旋式两种元件 间隔排放 如上图 元件的作用 将中心原料翻到边缘 边缘原料翻到中心 物料过一个元件分割一次 分成2份 分割份数与元件个数的关系 S 2nn为元件个数 2 4 4喷射成型设备 103 课件 第二章手糊成型工艺 2 5热压釜 2 5 1概述 2 5 1 1功用与要求 对手糊制品进行加热 加压的专用设备 图2 23 热压釜的特点和对热压釜的特殊要求 P40 1 压力调节要达到工艺要求精度 并有安全防爆装置 2 升 降温度速率应满足工艺要求 3 较大的热压釜应有鼓风 排风装置 使温度分布均匀 2 5热压釜 104 课件 第二章手糊成型工艺 2 5 1 2结构 图2 24 热压釜由内筒 外筒 底板 小车 轨道 气流控制装置 温控装置 加热装置 冷却装置 密封装置 安全装置等组成 2 5