武理工复合材料工艺与设备教案01复合材料工艺及设备（图表部分）

PAGEPAGE1第一章复合材料工艺及设备（图表部分）教学参考资料武汉理工大学精品课程

表1-1为几种主要成型工艺的特点及条件，供选择成型方法时参考表1-1主要成型工艺比较成型工艺成型温度（℃）成型周期成型压力（MPa）模具形式及材质适应产量个/月优点缺点手糊成型25～4030min～24h接触压力单模，木模，玻璃钢模，水泥模20～5001.产量及产品尺寸不受限制2.操作简便，投资少.成本低3.合理使用增强材料，在任意部位增厚1.操作技术要求高，质量稳定性差2.产品只能单面光法3.生产效率低4.劳动条件差袋压成型25～4030min～24h0.1～0.5阴模、玻璃钢模、木模20～2001.产品两面光洁2.适用于中等产量3.模具费低4.产品质量优于手糊1.操作技术要求高2.生产效率低3.不适用于大制品喷射成型20～4030min～24h接触压力单模、玻璃钢模、木模100～10001.生产效率较手糊高2.尺寸大小不受限制，适用大产品3.设备简单，可现场施工4.产品整体性好1.强度低2.产品单面光洁3.劳动条件差4.操作技术高树脂注射成型20～404min～30min0.1～0.5玻璃钢对模、镀金属玻璃钢对模200～20001.产品两面光洁2.适用中批量生产3.模具设备费低4.能成型形状复杂制品1.模具要求高，使用寿命短2.纤维含量低3.产品强度低模压成型100～1704min～30min3～20金属模100～20001.适于大比量生产2.产品质量均匀3.制品外观质量高，尺寸精度高4.可成型复杂形状产品1.设备费用大2.模具质量要求高3.不适于小批量生产4.成型压力大缠绕成型20～100由缠绕张力决定名模、钢模根据产品尺寸大小面异1.充分发挥玻璃纤维强度2.产品强度高1.设备投资大2.仅限于生产回转体产品、管缶等连续成型80～130连续出产品0.02～0.2连续成型机组大批量定型产品1.生科效率高2.质量稳定3.产品长度不限1.设备投资大2.只能生产板或线型制品离心成型80～10010min～80min0.15～0.28金属模大批量1.生产效率高2.制品外表光洁3.可加砂、成本低4.制品质量高、刚度大1.设备投资大2.模具要求高3.只限于回转体管、缶产品表1-2为主要成型方法的技术经济比较。表1-2主要成型方法的技术经济分析成型方法设备投资生产效率制品强度工人技术要求技术复杂程度重复生产可能性手糊成型11310101袋压成型336774喷射成型44110101模压成型887558缠绕成型6610449连续成型101051110注：1—最低；10—最高。表1-3顺酐型通用不饱和聚酯树脂牌号主要成份说明生产厂301303306307314319331963198顺酐、苯酐、乙二醇顺酐、苯酐、乙二醇、一缩乙二醇顺酐、苯酐、乙二醇、环已醇顺酐、苯酐、丙二醇顺酐、苯酐、乙二醇、丁醇顺酐、苯酐、乙二醇、已二酸顺酐、苯酐、丙二醇、一缩乙二醇顺酐、苯酐、丙二醇、一缩乙二醇柔韧性顺酐含量高上海新华树脂厂701（188）702（189）703（405）781（191）721（196）802（182）711（198）712（199）顺酐、苯酐、醋酐、乙二醇顺酐、苯酐、醋酐、乙二醇顺酐、苯酐、丙二醇、一缩乙二醇、二氧化硅顺酐、苯酐、丙二醇、2羟基—4苯酮顺酐、苯酐、丙二醇、一缩乙二醇顺酐、苯酐、一缩乙二醇顺酐、苯酐、丙二醇反丁烯二酸、间苯二甲酸、丙二醇触变性光稳定性柔性耐温性常州建材253厂306A306—2苯酐、顺酐、醋酐、乙二醇苯酐、顺酐、丙二醇、一缩乙二醇、环已醇天津合成材料厂317NA酐型323顺酐、乙二醇、HeT酸酐*顺酐、乙二醇、NA酸酐顺酐、乙二醇、双酚A—环氧丙烷加成物自熄性耐热性耐化学性上海新华树脂厂771（197）731（301）736（326）901（33）顺酐、乙二醇、双酚A—环氧丙烷加成物顺酐、乙二醇、HeT酸酐顺酐、苯酐、乙二醇、氯化石蜡、氧化锑顺酐、问苯二甲酸、丙二醇、一缩乙二醇耐化学性自熄性自熄性胶衣树脂常州建材253玫表1-4常用的胺类固化剂名称结构式胺当量固化条件沸点℃性能参考用量乙二胺HaHCHaCH2NH215.025℃/—80℃/3116有刺激性臭味，固化反应放热量大，适用期短，固化后树脂机械强度和热变形温度都较低。6～8二乙烯三胺H2NCHaCHaNHCHaCH2NH220.625℃/100℃/30208有刺激性，反应热大适用期短，固化后的树脂耐化学药品性较好。8～10二乙烯四胺HaN[(CHa)2NH]2(CHa)NH224.625℃/100℃/30266毒性较二乙烯三胺低10～12二乙烯五胺HaN[(CHa)aNH]a(CHa)2NH227.625℃/100℃/30340性能近于三乙烯四胺12～15多乙烯多胺NaH[(CHa)aNH]n(CH2)2NHa25℃/100℃/3014～16已二胺NHa(CH2)6NH229同乙二胺39有毒15～16双氰胺21145～165℃/2-4不加热使用寿命长达几年，加热，反应很快。6～7间苯二胺5080℃/3～4150℃/2熔点（℃）63耐热，耐腐蚀性好，但要加热固化。14～间苯二甲胺3425℃/1480～100℃/4熔点（℃）12毒性小，用量大，可使树脂少用稀释剂18～β—羟乙基乙二胺NH2CH2CH2NHCH2CH2OH34.725℃/780℃～100℃288毒性低易吸水16～三乙醇胺（HOC2H4）2N100～120℃/4188～19010mmHg易吸水10～表1-5设备数量金额（元）干燥装置1台6.0万提升机（0.5吨）1台0.9万树脂容器2台1.5万树脂混合器2台0.9万自动输送装置1套21.0万通风设备2套6.0万模具30套13.5万其它设备1套9.0万车间面积740米102.0万水、电、气配管—36.0万合计246.24万注：不包括锅炉费用例2、年产600艘丈—35渔船的手糊工艺车间设计请看表1-6表1-6设备金额概算设备规格数量金额（元）固化炉36m2座17600风机4940m22台5000微型喷射成型机1台20000喷涂机械1台4500微型手提式切割机1台1500微型手提式打磨抛光机1台2000车床C620型1台3500钻床Z512—21台650木工多用刨床1台800空气压缩机112型1台2000砂轮机S3ST—250型1台400电平车2DB型1辆8500磅称2台1000固化运输车2辆1000模具4套10000胶轮小推车2辆400台钳51台100手提式电站2台300其它7276车间面积1356M254151不可预见费17336合计364058注：不包括炉锅费用根据武汉地区单层厂房建筑费用，6米柱顶厂房建筑费用为200元/米2，4米柱顶按150元/米1.生产用房投资生产用房面积设计为972M2，其投资金额=200×972=1944002.生产用房和辅助用房投资生产用房设计面积为240M2，辅助用房设计面积为144M2，其投资金额=150×（240+144）则车间建筑面积总投资金额=19400+57600=252000元3.完工场地清理费用=2000元4.施工单位机构转移费=2000元则车间建筑工程总投资金额=252000+151+2000=254151元（二）设备投资费用器具费用表1-7主要设备的概算编号设备名称单位数量单价（元）金额（元）1固化炉座28800176002风机台2250050003微型喷射成型机台120000200004喷涂机构台1450045005微型手提式切割机台1150015006微型手提式打磨抛光机台1200020007车床台1350035008钻床台16506509木工多用刨床台180080010空气压缩机台12000200011砂轮机台140040012电平车称台2500100014固化运输车辆2500100015模具套425001000016胶轮小推车辆220040017台钳台110010018手提式电钻台2150300合计79250设备备件费用=79250×3%=2378元设备运输费用=（79250+2378）×6%=4898元酚醛树脂的重量比为7∶3的条件下进行。为了探求酚醛（锌）树脂用量的影响，试验了环氧：酚醛=6∶4时P、与t的关系，其结果见图1-1和图1-2。不同温度下固化过程中不溶性树脂生成速度常数见表1-8。由表1-8可以看到，酚醛（锌）树脂用量越大，不溶性树脂生在速度常数也越大。当环氧∶酚醛由7∶3增至6∶4时，K增加一倍左右。图1-1环氧∶酚醛（锌）7*=6∶4时不溶性树脂含量与时间的关系1-120℃；2-140℃；图1-2环氧∶酚醛（锌）=6∶4时固化过程中和时间的关系1-120℃；2-140℃不同配比下环氧-酚醛（锌）7*不溶性树脂生成速度常数（K×103）表1-8温度环氧∶酚醛1601401206∶423.07.72.97∶310.83.851.4填料在玻璃钢成型工艺中的作用填料被作为橡胶的一种极其重要的辅助材料，它的作用已为人们所熟知。基于同样的认识，在玻璃钢中，人们对填料也寄予希望。下面就我们在这方面的试验情况，结合国内外有关资料，对填料在玻璃钢成型工艺中的作用作某些探讨。一、填料在玻璃钢中的作用玻璃钢用填料的种类很多，其特性也极其复杂，本文主要研究颗粒状填料。目前，在玻璃钢成型工艺中，经常使用的颗粒状填料有：碳酸钙、滑石粉、硫酸钡、氧化铝、氢氧化铝、石膏、陶土、铸石粉、三氧化二锑等。它们加入的主要作用：1、降低成型时的收缩率和热膨胀率；2、提高制品的表面光洁度；3、调整树脂的粘度特性；4、提高颜料的着色效果；5、改善树脂的各种性能，如机械强度、耐热性、耐药品性、耐磨耗性、自熄性、电气特性等；6、降低成本。但相应也带虾米一些弊病；1、制品不透明，并给工艺带来某些困难；2、添加无机填料会增大比重等。二、使用填料时应注意的几个特性正因为填料的添加能改善树脂的流动性，并提高制品的特性，所以对填料的选择，必须在与树脂的适应性及使用方法等方面进行充分的研究。我们认为，在进行填料选择时，必须注意下列几个特性：1、吸树脂量（亦称吸油量）吸树脂量为填料对树脂吸附量的最大限度，是研究预混料、BMC、SMC成型材料时不可缺少的指数。具体测定方法为：在表面皿上取试验用填料4克吸树脂量与填料的粒子大小、粒度分布、粒子形状以及是否有吸附性有关，也受填料的表面处理之影响。在填料混合使用时，一般是将各填料的吸树脂量相加平均而得，但也要注意有的因混合使用而有所改变。表1给出了典型填料对不饱和聚脂树脂的吸附量。2、悬浮特性在手糊和预对模成型用树脂中所配合的填料，添加量少，并在树脂中以悬浮状态使用。这种悬浮特性与树脂的分子量、粘度、有无极性、酸值大小等有关，并与填料的料子大小、粒形、比重有密切的关系。一般讲，细粒度的扁平粒形，低比重的填料能形成稳定的悬浮液。合适的界面活性剂的添加也能赋予稳定性。而稳定的县浮液的形成是进行手糊和预对模成型的先决条件。在手糊中我们发现，轻质碳酸钙在树脂中能形成稳定的悬浮液，而硫酸钡则不能，因而在使用酸硫钡作填料时必须采取相应的措施。3、粘度特性粘度大小直接影响到手糊成型的作业性和BMC、SMC工艺中树脂对玻璃纤维的浸渍程度，因而必须选择恰当。增加填料的添加量，则树脂的粘度增大，但它随填料的种类而不同。手糊用树脂需要触变性，通常是加入1～5%的超细粒子的气溶胶。此外，还可加入粘土、玻璃粉末等无机填料或聚氯乙烯树脂粉末、氢化蓖麻油、聚酰胺等有机填料来实现触变性。气溶胶对一般的不饱和聚酯树脂有非常好的效果，但对低酸值的聚酯效果不大，对环氧树脂来说，树脂中如不存有强碱的胺或它的盐类则难以有触变性。4、固化特性一般，填料的加入会降低树脂的固化放热温度，可通过日化曲线的测定证明，但某些填料有时反而会对树脂的固化带来不同程度的坏影响。如某种气溶胶和碳黑有吸附性，能吸附催化剂或促进剂，迟缓固化的进程。同时，填料的pH值和含水量对固化特性也可以有迟缓或促进作用。因此，使用填料时，在对其种类选择的同时，进行质量控制都是十分重要的。5、填料本身的理化特性由于填料本身的化学组分及结构的不同，它们在玻璃钢中会显示不同的物理特性，这一点被人们用来作为材料选择的重要依据。表1-9列举了不同使用效果的典型填料。表1-9使用目的能达要求的典型填料着色碳酸钙、二氧化钛、滑石、碳黑、陶土尺寸稳定性氧化铝、陶土、石墨、硅酸钙、石英粉、碳酸钙、滑石、碳化硅、无水石膏、玻璃球导热性金属粉、碳墨、氢氧化镁、氢氧化铝导电性碳黑、石墨、氢氧化镁、氢氧化铝、金属粉电绝缘性氧化铝、钛酸钡、硅酸钙、碳化硅、云母、水合氧化铝耐磨性石墨、二硫化钼、陶土、硫酸钡触变性活性二氧化硅、石棉难燃性二氧化锑、氢氧化铝、氯化石蜡耐化学药品性粘土、滑石、二氧化硅、氧化铝硫酸钡、玻璃球三、填料在浇铸工艺中的作用缩聚型树脂用作浇铸体的情况较多，例如，不饱和聚酯树脂的浇铸体广泛应用于工业部件、土木建筑和日用品等方面，而环氧树脂的浇铸体则被大量应用于电气零件。最近，国内在醛醛和呋喃的防腐胶泥上，对填料进行了较多的研究，并得到了实际的应用。为此，我们想以图表的方式简述一下不同的填料在聚酯、环氧和酚醛树脂浇铸体中的作用。图1-3不同填料加入量对聚酯浇铸体强度及模量的影响（a）对拉伸和弯曲强度的影响（公/斤厘米2）1—碳酸钙弯曲；2—硅酸钙弯曲；3—陶土弯曲；4—云母弯曲；5—硅酸钙拉伸；6—碳酸钙拉伸；7—陶土拉伸；8—云母拉伸（b）对弯曲模量的影响（公斤/厘米2）1—硅酸钙；2—云母粉；3—陶土；4—碳酸钙图1-4不同填料加入量对聚酯浇铸体的冲击值、硬度及热变形温度的影响（a）对冲击强度的影响（公斤·厘米/厘米2）1—碳酸钙；2—陶土；3—云母（b）对洛氏硬度的影响（M）1—碳酸钙；2—陶土；3—云母（c）对热变形温度的影响（℃）1—碳酸钙；2—陶土图1-5不同填料的加入量对聚酯固化收缩的影响1—碳酸钙2—云母；3—硅酸钙；4—陶土；5—石棉图1-6不同填料的酚醛树脂制品应力—应变曲线1—云母；2—石棉；3—Coldfiller4—无填料表1-10填料加入量对环氧组成物某些性能的影响填料粘度（25℃，厘泊）固化时的最高发热温度（℃）使用期（分）破坏模量（磅/英寸2）收缩率（%）ABCDABCDABCDAA无填料11002234818,1740.91石棉3.8523.65100,0001581225553607310,9200.48二氧化硅2750680051,5001701155352729516,8750.77云母2100480054,5001591115150719412,3580.66石英母2100375013,150100,001781135134497410413014,1000.67注：A、B、C、D分别代表填料加入量（重%）为20、35、50、65的环氧树脂。总的讲，浇铸用填料能抑制树脂固化时的放热，减少成型收缩，并赋予浇铸体以不同的物理化学特性。但由于填料本身的强度较低（如碳酸钙的拉伸强度仅为0.8公斤/毫米2），所以随着填料量的增加，强度有降低的趋势，而弹性模量则不断上升。四、填料在手糊工艺中的作用1、填料的添加对树脂粘度的影响手糊是一种浸渍成型工艺，其最终目的是使树脂浸透玻璃布。因此，树脂的粘度越小，则越易温浸渍玻璃布。从这一观点出发，我们希望所用树脂的粘度越小越好。但有时为防止流胶，控制其流动性，反倒希望粘度适当大一点，使之符合工艺要求，并保持必要的树脂含量。对于正常的手糊操作，在聚酯中加入不同量的填料对其粘度的影响如何呢？我们对191*聚酯进行了测定（25℃下用涂料4#杯测量），其结果如图5图1-7碳酸钙含量与树酯粘度的关系显然，由图1-7可见，填料的添加导致了树脂粘度的增大，而树脂粘度的提高，不仅导致了作业性的降低，而且对于浸渍同样层数的玻璃布而言，则要增大所用树脂量。为此，也可采用另加苯乙烯的办法，以降低树脂液的粘度，其结果如图1-8所示（25℃下用涂料4#图1-8在加有碳酸钙的191#聚酯中苯乙烯的添加量与粘度关系1—CaCO3含量40%；2—CaCO3含量30%；3—CaCO3含量20%4—CaCO3含量10%2、不同填料的添加量对手糊坡璃钢板的弯曲、冲击强度的影响我们按通常的手糊板工艺制作试样，树脂为191聚酯，增强材料为建材253厂生产的0.24毫米厚中碱方格布15层，按照英国BS35—1962的规定进行板材的后固化处理，然后分别锯成弯曲和冲击试样，其测试结果见图7所示。在手糊中，采用含填料的树脂制作玻璃钢制品时，操作者应具有熟练的浸渍和脱泡技能。如果只考虑加入填料以降低成本，而无一定的操作技能，则所得制品可能会产生孔隙、裂纹等缺陷，造成次品或废品。为防止这类弊病发生，除了提高手糊技能外，还可以在糊制表面层时采用不添加填料的树脂，并进行充分的浸渍和脱泡，使其形成无缺陷的表面层。图1-9不同填料的添加量对手糊板强度的影响无填料；2—5%CaCO3；3—10%CaCO3；4—20%CaCO3；5—20%CaCO3；6—40%CaCO3；7—10%CaCO3+1%苯乙烯；8—40%CaCO3+4%苯乙烯；9—5%BaSO4；10—10%BaSO4；11—20%BaSO4；12—30%BaSO4；13—40%BaSO4；14—40%BaSO4+4%苯乙烯；15—10%沉淀BaSO4；16—40%沉淀BaSO3五、填料在热压成型工艺中的应用热压工艺在玻璃成型中广泛采用。它可大批量生产，效率高，易于实现机械化和自动化，同时尺寸稳定性好，制品强度也较高。热压成型用的材料必须达到一定粘度后方可使用。目前，以聚酯为基体的热压成型材料有三种形式，即预混料，BMC；SMC。下面着重讲一下填料在这三种成型材料中的作用。1、在预混料中的作用预混料是将聚酯与经选择的粉状填料以及其它辅料混合而成，它具有工艺简单，操作方便等特点。对于强度要求不很高，但有一定的化学、物理性能要求的制品来说，是一种理想的成型材料。例如，某印染帮漂染机上的轴瓦就是我们采用这种预混料压制而成的。该轴瓦的使用条件为浸泡在90℃的亚氯酸钠介质中，正常运转3聚酯196#100氧化铝粉100滑石粉80硬脂酸锌2过氧化苯甲酰1二甲基苯胺苯乙烯液2滴该材料的弯曲强度达828公斤/厘米2，压制后的轴瓦经实际使用，基本达到日本同类产品的性能要求，有关耐腐蚀试验正在进行。这里，填料起着补强的作用，以满足虽度、耐化学腐蚀、耐磨等要求。但采用这种预混料时必须注意：由于该预混料的收缩率大，容易开裂和变形，特别是在制品厚度有变化时，壁厚部分容易出现问题。为此，在可能的条件下，可选用粒度小的，导热系数大的填料以及采用降低固化最高发热温度的办法解决。2、在BMC中的作用所谓BMC是由预混料而来，由于在其组分中加入了增粘剂和低收缩添加剂，因而工艺性和制品尺寸的稳定性较好。填料在BMC中的作用是增加混合物的量，改善其物理性能，还具有调节流动性和硬度的效果。碳酸钙资源丰富，价格低廉，一般用作BMC的填充剂，通常用量为其混合物总量的30~50%。它对BMC的性能影响为：①提高填料的加入量，可以减少成型收缩；②填料的增加，会逐步增加树脂混合物的粘度，从而导致配料时作业性变坏；③提高填料的含量，就要减少树脂的配入量，因而如使用粒子半径大的填料，则BMC制品的表面性能变坏；④使用经表面处理的填料，树脂的浸渍量就会降低，填料含量高的BMC制品的装饰性差。图1-10100份树脂中CaCO3的加入量与收缩率的关系图1-11碳酸钙量同BMC的硬度、比重的关系1—硬度；2—经重图1-12碳酸钙量和BMC强度的关系1—站击强度；2—弯曲强度；3—弯曲弹性模量3、在SMC中的作用SMC与BMC有大体相似的组分，它是由树脂、填料、着色剂、固化剂、脱模剂、增稠剂和低收缩添加剂等混合而成的树脂糊浸渍短切玻璃纤维，两面被聚乙烯薄膜被复而成的片状成型材料，它可成型大型制品，且强度较高。我们希望SMC的合适填料应该是吸油量小，无触变性，对增稠、固化反应无影响，同时又不影响其着色，并赋予制品以不同的物理化学特性。在选择填料时，必须充分考虑到材料的增稠曲线、成型时的流动曲线和成品的表面状态等方面。由于一般填料大多是采用天然产原石粉精制而成，它随其产地和制造方法而不同，因此需进行严格的质量控制，其中主要有以下几点：①即使是同种填料，粒径或粒度不同，其吸树脂量也不同，粒径小的吸树脂量大，与同等量的树脂混合时粘度高，在制造SMC时，与玻璃纤维的浸渍性差。而当填料的粒度比较小时，玻璃纤维的滑动性较好，因而强度损失较小，同时成品的表面光洁度也好。在SMC中，碳酸钙的合适使用量为30~40%，粒径为1~10毫微米是适宜的，过小分散性差，过大则会产生沉降。另外，填料对增稠曲线也有影响，增加填料的加入量会加速增稠。②SMC、BMC的增稠情况随混合体系内水分多少而有明显的差别。一般来说，在不饱合聚酯中含有约0.01~0.05%的水分，如果使用大量含水量高的填料，则会给增稠带来困难，它可能出现初期粘度上升得快，且超过某一限度后则最终粘度有下降的趋势。此外，填料的杂质和pH值等也给SMC、BMC的增稠特性、固化、贮存、脱模等带来影响。SMC的强度主要依赖于玻璃纤维的含量和长度，在SMC中，大量加入填料，在一定范围内变更填料的加入量几乎对强度没有影响。表1-12的结果可以看出，甚至在玻璃含量降到5%时，弹性模量也没有很大变化。为此，对冲击强度和拉伸强度没有很高要求的制品，例如对于盖、套一类的成型来说，大量使用填料，可以非常有效地降低成本。表1-11SMC中填料含量与物理性能的关系序号项目12345间苯二酸系树脂100100100100100碳酸钙70100130150200巴氏硬度43～4852～5452～5855～6055～63弯曲强度（公斤/厘米2）平均值最大值最小值21.323.019.018.019.714.420.821.718.722.723.720.121.723.121.1表1-12SMC中玻璃含量/填料含量比与力学性能的关系序号项目30/10020/2005/300填料/树脂（重量比）100/100200/100300/100拉伸强度（公斤/毫米2）9.75.51.5弯曲强度（公斤/毫米2）18.612.76.1弯曲弹性模量（公斤/毫米2）980940910压缩强度（公斤/毫米2）19.816.517.9悬臂梁冲击强度（公斤·厘米/厘米2）90.655.724.4玻璃含量（重量%）30.919.03.2邻苯酸系聚酯树脂100100100CaCO3（NS200）100200300硬脂酸锌222颜料（粘土）222催化剂（TBPB）111增稠剂（40#MgO）111苯乙烯（单体）01020混合物的粘度（厘泊）84235800注：（1）增强材料：无捻粗纱，13μ，400根集束，制成毡片；（2）成品形状：Φ400×3毫米园板；（30加料面积：Φ350毫米。六、填料在其它成型工艺中的作用1、在对模成型中的作用对模成型不同于一般的热压成型，它以类似于金属压铸的办法来成型增强塑料制品。将玻璃毡按模具的大体形状裁剪组合后放入上下模具之间，然后向毡上计量注入树脂，闭模加热，直到树脂固化，保持10~30公斤/厘米2的压力。用该方法可以成型表面积大的制品。表1-13给出了填料在对模成型中的作用。表1-13CaCO3含量与玻璃纤维毡增强玻璃钢力学性的能关系CaCO3加入量项目02550100150玻璃含量（重量分）30.929.128.729.830.7填料/树脂（重量比）0/10025/10050/100100/100150/100拉伸强度（公斤/毫米2）9.3313.711.016.313.5拉伸弹性模量（公斤/毫米2）7301，1201，1901，4601，690弯曲强度（公斤/毫米2）17.022.523.226.229.6弯曲弹性模量（公斤/毫米2）7129558271，4701，740压缩强度（公斤/毫米2）16.121.421.424.517.2剪切强度（公斤/毫米2）8.9010.710.813.013.5悬臂梁式冲击强度（公斤·厘米/厘米2，无缺口）60.685.081.5114156泊松比0.2650.3490.3160.3290.251注：（1）增强材料：短切玻璃纤维毡MC450；（2）树脂液配比：PM141邻苯二甲酸系聚酯树脂100填料NS—200碳酸钙0~150硬脂酸锌2BPO糊2（3）成品形状：Φ400×3毫米园板；（4）成型条件：压力28公斤/厘米2；模具温度：上模115℃，下模120℃；模具闭合速度；微速13毫米/8秒；加压时间填料添加的一般目的是控制树脂的流动性和防止烈缝，并降低价格。但也有许多意外的结果，如表1-13所示，使用短切玻璃纤维毡的结果，能大幅度提高强度和弹性模量。图1-13是填料加入量对制品收缩率的影响。图1-13填料的加入量与制品的收缩率关系1—云母；2—碳酸钙；3—陶土；4—石棉2、在简易机械成型中的作用1）冷压法冷压法是由英国开始，它采用玻璃钢模型进行简单压制。用冷压法制得的玻璃钢板的力学性能见表1-14。从表中可以看出，在花盆中当玻璃含量比净化槽降低5%时，由于碳酸钙填料的增加，力学性能并没有怎么下降，值得注意。表1-14冷压法制玻璃钢板的力学性能制品项目净化槽花盆底面侧面底面侧面玻璃含量（重量分）32.231.925.023.6CaCO3/树脂（重量经）20/10020/10050/10050/100拉伸强度（公斤/毫米2）8.117.948.526.83拉伸弹性模量（公斤/毫米2）770850823818弯曲强度（公斤/毫米2）17.113.018.215.0弯曲弹性模量（公斤/毫米2）781725875802压缩强度（公斤/毫米2）12.412.313.814.6剪切强度（公斤/毫米2）9.979.4210.29.23悬臂梁式冲击强度（无缺口）（公斤·厘米/厘米2）90.073.462.093.8泊松比0.3570.3390.3150.3222）注塑法表1-15列出了注塑法成型的浴盆外板的力学性能。表1-15注塑法成型浴盆外板力学性能制品项目未加填料加填料底面侧面底面侧面厚度（毫米）4.473.544.533.88玻璃含量（重量分）27.025.826.823.3CaCO3/树脂（重量比）0/10030/100拉伸强度（公斤/毫米2）6.825.909.166.07拉伸弹性模量（公斤/毫米2）7076481，130838弯曲强度（公斤/毫米2）12.510.613.011.9弯曲弹性模量（公斤/毫米2）725539807741压缩强度（公斤/毫米2）14.214.911.412.4剪切强度（公斤/毫米2）8.118.648.788.14悬臂梁式冲击强度（无缺口）（公斤·厘米/厘米2）80.973.291.859.2泊松松比0.3560.3660.3400.318七、日本现行玻璃钢成型工艺的分类从填料的可否使用，日本对现行玻璃钢成型工艺的分类列于表1-16中。表1-16填料与玻璃成型工艺分类（日本）成型方法玻璃纤维长度（毫米）玻璃纤维含量（重量%）强度强度的方向性作业环境可否添加填料和它的量浸渍成型一般手糊法5025～30普通无不好否，作业性降低，一般不用喷射法25～5025～30普通无最差否、作业性降低，一般不用预坯料对模成型法5030～40普通无可可、可加到与树脂等量真空橡胶袋法—50～60强—（*）良好否、作业性降低，一般不用冷压法5030普通无可可、可加到树脂的50%注塑法5030普通无可可、可加到树脂的30%特殊缠绕法连续50～70最高有不十分好可、如允许性能降低可加到树脂的200%挤拉法连续50～60强有可可、可加到树脂的100%流动成型SMC料对模成型25以下25～30普通有良好可、可加到树脂的200%，且已实用化BMC料对模成型13以下10～20弱--（**）良好可、可加到树脂的200%，已实用化注：（*）用玻璃布有方向性；（**）压缩成型时方向性小，注射成型时有方向性。八、几点看法综上所述，我们认为：1、填料在玻璃钢的各种成型工艺中大体上均可采用，量的多少则取决于工艺是否可行。一方面，刚性填料的加入，妨碍了分子微观的布朗运动，因而提高了材料的马丁耐热、硬度和弹性模量，并随着填料量的增加，这些特性均有提高之势。另一方面，因不同类填料的结构特性不同，因而当它们加入后会得到不同性能的复合材料，诸如自熄性、表面平整性、耐蚀性、电气特性等性能要求，正是由各种填料来满足的。2、对手糊成型来说，填料的少量加入对其强度的提高是有利的，即填料的加入量必须要以不妨碍浸渍工艺的进行为前提。从试验的情况来看，所加填料量小于20%是合适的。网格理论的解释也是明显的，填料的少量加入，一方面可以填充玻璃布的网格，以降低树脂的收缩和应力集中，同时又对玻璃布的浸渍无多大妨碍。反之，加大填料量，则会使手糊的作业性变坏，空洞率提高，树脂用量增大，走向事物的反面。为此，日本在手糊成型中填料添加量以5%为基准。3、对于像对模模压、冷压、注塑成型等一类加压成型工艺而言，在工艺允许的范围内，提高其填料的加入量，会进一步提高制品的密实度，且不易产生空洞，因而它会较大的提高材料的力学性能。4、对于流动成型的SMC、BMC材料来说，填料在强度方面所起的作用相对一纤维来说显得影响较小，因而填料种类的选择及其所加量的选取主要决定于材料的用途和增稠及充动曲线。表1-17国产无碱纱的规格及物理机械性能无碱纱牌号单纤维直径（μm）股数公制支数（公制号数）支数不均匀率不大于（%）断裂强力不小于（N）捻度（捻/m）无碱纱-4-600/2无碱纱-4-360/2无碱纱-5-250/2无碱纱-6-160/2无碱纱-6-80/2无碱纱-6-80/4无碱纱-6-80/8无碱纱-8-40/24456666822222482300±30（3±0.3）180±20（6±0.5）125±10（8±1）80±8（12.5±1.25）40±4（25±2.5）20±2（50±5）10±1（100±10）20±2（50±2）777777771.52.54.05.010.020.035.016.0125±15150±15120±15120±15110±15110±15110±15110±15注；（1）碱金属氧化物含量不大于0.5%~2%；（2）纺织型浸润济含量不大于2.5%。表1-18国产无碱捻纱的规格及物理机械性能无碱纱牌号单丝直径（μm）股数公制支数（公制号数）支数不均匀率不大于（%）断裂强力不小于（N）无碱无捻纱-8-40/5无碱无捻纱-8-40/10无碱无捻纱-6-80/14无碱无捻纱-8-40/20无碱无捻纱-8-40/40无碱无捻纱-8-40/60886886510142040608.0±0.8（125±12）4.0±0.4（250±25）5.7±0.6（175±18）2.0±0.2（500±50）1.0±0.1（100±100）0.67±0.07（1500±150）7777773056080120220300注：（1）碱金属氧化物含量不大于0.5%~2%；（2）增强型浸润剂含量不大于2%。表1-19国产中碱纱的规格及物理机械性能中碱纱牌号单丝直径（μm）股数公制支数支数不均匀率不大于（%）断裂强力不小于（N）捻度（捻/m）中碱纱-6-75/2中碱纱-6-75/4中碱纱-8-45/1中碱纱-8-45/2中碱纱-8-45/3中碱纱-8-45/4中碱纱-8-45/1066888882412341037.5±3.818.8±1.945.0±522.5±2.215.0±211.3±1.14.5±0.577777778.015.05.010.015.020.050.050～12050～12050～12050～12050～12050～1207.4.3玻璃纤维织物的品种及性能玻璃纤维织物的品种很多，主要有玻璃纤维布、玻璃纤维毡、玻璃纤维带等。玻璃纤维布又可分平纹布、斜纹布、缎纹布、无捻粗纱布（即方格布）、单向布、无纺布等。玻璃纤维毡又分为短切纤维毡、表面毡及连续纤维毡等。国产玻璃纤维布的部分品种和规格见表1-20、1-21和1-22。表1-20无碱布品种、规格及性能牌号合股纱支数/股数单丝直径（μm）厚度（mm）宽度（mm）质量（g/m2）纺织密度（根/cm）断裂强力不小于（N）捻度（捻m）织纹经纱纬纱经纱纬纱经纬经纬经纬无碱-60160/2160/2660.06±0.005850±1053±520±122±2230280120120平纹无碱-9080/240/1680.09±0.0185±818±116碱-100A80/280/2660.1±0.01105±1020±170±2500500110110无碱-100B80/240/1680.1±0.01900±15105±1020±120±25004005050无碱-11080/280/8660.11±0.01105±1020±113.5碱-14040/240/2880.14±0.0151000±15140±1516±112±1750500110110无碱-15080/480/4660.15±0.015140±1516±112±1850650110110无碱-20040/340/3880.2±0.02210±2016±112±11000750110110注：（1）断裂强度试样尺寸为表1-21国产无碱、无捻布规格及性能牌号支数/股数单丝直径（μm）厚度（mm）宽度（mm）质量（g/m2）纺织密度（根/cm）断裂强力（N）织纹经纬经纬经纬无碱无捻-20040/740/580.2±0.02900±15180±206.0±0.56.0±0.5800700平纹无碱无捻-21040/740/3×280.21±0.02190±206.0±0.55.5±0.5800800无碱无捻-300A40/1040/1080.3±0.03300±306.0±0.56.0±0.511001000无碱无捻-300B30/930/6×280.3±0.03340±406.0±0.54.5±0.510001000无碱无捻-40040/2040/10×280.4±0.04380±404.0±0.53.5±0.515001400无碱无捻-500A40/2740/2780.5±0.05489±504.0±0.54.0±0.520002000无碱无捻-500B40/2740/15×280.5±0.05500±503.5±0.53.5±0.520002000无碱无捻-20045/2045/10×280.4±0.04340±404.0±0.54.0±0.512001200注：断裂试样布条尺寸25mm×100mm。国内外常用的玻璃纤维表面处理剂如表1-22所示。表1-22常用玻璃纤维表面处理剂牌号化学名称结构式适用树脂国内国外热固性热塑性沃兰Volan甲基丙烯酸氯化铬盐酚醛、聚酯、环氧聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯A-151乙烯基三乙氧基硅烷CH2＝CHSi（OC2H5）3聚酯、硅树脂、聚酰亚胺聚乙烯、聚丙烯聚氯乙烯KH-550A-1100AYM-9γ-胺基丙基三乙氧基硅烷H2N（CH2）3Si（OC2H5）3环氧、酚醛、三聚氰胺PVC聚碳酸酯、尼龙、聚乙烯、