玻璃鋼制造工藝

FRP 模具制作工藝是以液態(tài)的環(huán)氧樹脂與有機(jī)或無(wú)機(jī)材料混合作為基體材料,并以原型為基準(zhǔn),手工逐層糊制模具的一種制模方法。手糊成型FRP 模具的具體工藝過(guò)程如下:

分型面的設(shè)計(jì)

分型面設(shè)計(jì)是否合理,對(duì)工藝操作難易程度、模具的糊制和制件質(zhì)量都有很大的影響。一般情況下,根據(jù)原型特征,在確保原型能順利脫模及模具上、下兩部分安裝精度的前提下,分型面的位置及形狀應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單。因此,要正確合理地選擇分型面和澆口的位置,嚴(yán)禁出現(xiàn)倒拔模斜度,以免無(wú)法脫模。沿分型面用光滑木板固定原型,以便進(jìn)行上下模的分開糊制。在原型和分型面上涂刷脫模劑時(shí),一定要涂均勻、周到,須涂刷2~3 遍,待前一遍涂刷的脫模劑干燥后,方可進(jìn)行下一遍涂刷。

涂刷膠衣層

待脫模劑完全干燥后,將模具專用膠衣用毛刷分兩次涂刷,涂刷要均勻,待第一層初凝后再涂刷第二層。膠衣為黑色,膠衣層總厚度應(yīng)控制在016mm 左右。在這里要注意膠衣不能涂太厚,以防止表面裂紋和起皺。

樹脂膠液配制

根據(jù)常溫樹脂的粘度,可對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱。然后以100 份WSP6101 型環(huán)氧樹脂和8~10 份(質(zhì)量比) 丙酮(或環(huán)氧丙烷丁基醚) 混合于干凈的容器中,攪拌均勻后,再加入20 份~25 份的固化劑(固化劑的加入量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)溫度適當(dāng)增減) ,迅速攪拌,進(jìn)行真空脫泡1min~3min ,以除去樹脂膠液中的氣泡,即可使用。

玻璃纖維逐層糊制

待膠衣初凝,手感軟而不粘時(shí),將調(diào)配好的環(huán)氧樹脂膠液涂刷到膠凝的膠衣上,隨即鋪一層短切氈,用毛刷將布層壓實(shí),使含膠量均勻,排出氣泡。有些情況下,需要用尖狀物,將氣泡挑開。第二層短切氈的鋪設(shè)必須在第一層樹脂膠液凝結(jié)后進(jìn)行。其后可采用一布一氈的形式進(jìn)行逐層糊制,每次糊制2~3 層后,要待樹脂固化放熱高峰過(guò)了之后(即樹脂膠液較粘稠時(shí),在20 ℃一般60min 左右) ,方可進(jìn)行下一層的糊制,直到所需厚度。糊制時(shí)玻璃纖維布必須鋪覆平整,玻璃布之間的接縫應(yīng)互相錯(cuò)開,盡量不要在棱角處搭接。要嚴(yán)格控制每層樹脂膠液的用量,要既能充分浸潤(rùn)纖維,又不能過(guò)多。含膠量高,氣泡不易排除,而且固化放熱大,收縮率大。含膠量低,容易分層。第一片模具固化后,切除多余飛邊,清理模具及另一半原型表面上的雜物,即可打脫模劑,制作膠衣層,放置注射孔與排氣孔,進(jìn)行第二片模具的糊制。待第二片模具固化后,切除多余的飛邊。為保證模具有足夠的強(qiáng)度,避免模具變形?？蛇m當(dāng)?shù)卣辰Y(jié)一些支撐件、緊固件、定位銷等以完善模具結(jié)構(gòu)。

脫模修整

在常溫(20 ℃左右) 下糊制好的模具,一般48h 基本固化定型,即能脫模。在脫模時(shí),嚴(yán)禁用硬物敲打模具,盡可能使用壓縮空氣斷續(xù)吹氣,以使模具和母模逐漸分離。脫模后視模具的使用要求,可在模具上做些鉆孔等機(jī)械加工,尤其是在澆注或注塑時(shí)材料不易充滿的死角處,在無(wú)預(yù)留氣孔的情況下,一定要鉆些氣孔。然后進(jìn)行模具后處理,一般用400 # ~1200 # 水砂紙依次打磨模具表面,使用拋光機(jī)對(duì)模具進(jìn)行表面拋光。所有的工序完成之后模具即可交付使用。 需要注意的幾點(diǎn)，一，母模要光滑，第二，脫模劑要均勻，第三，做第一層的時(shí)候不能有氣泡，第四，要仔細(xì)打磨，當(dāng)然中間還有很多細(xì)節(jié)的東西，不可能一一列舉

層壓成型是將預(yù)浸膠布按照產(chǎn)品形狀和尺寸進(jìn)行剪裁、疊加后，放入兩個(gè)拋光的金屬模具之間，加溫加壓成型復(fù)合材料制品的生產(chǎn)工藝。它是復(fù)合材料成型工藝中發(fā)展較早、也較成熟的一種成型方法。該工藝主要用于生產(chǎn)電絕緣板和印刷電路板材。

層壓工藝主要用于生產(chǎn)各種規(guī)格的復(fù)合材料板材，具有機(jī)械化、自動(dòng)化程度高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn)，但一次性投資較大，適用于批量生產(chǎn)，并且只能生產(chǎn)板材，且規(guī)格受到設(shè)備的限制。

層壓工藝過(guò)程大致包括:預(yù)浸膠布制備、膠布裁剪疊合、熱壓、冷卻、脫模、加工、后處理等工序。

FRP制品形式分類

◆ 織物

◆ 預(yù)固化制品

織物在該領(lǐng)域內(nèi)具有最廣泛的用途，主要采用濕法手糊工藝安裝。該方法需要由受過(guò)專門培訓(xùn)的技術(shù)人員準(zhǔn)備好樹脂，然后用樹脂浸漬織物，最后再將其鋪放到結(jié)構(gòu)部件上。織物在固化前必須認(rèn)真去除其中的所有氣泡。因此，手糊FRP制品的最終強(qiáng)度主要取決于安裝質(zhì)量。

預(yù)固化制品是在工廠內(nèi)制成的，質(zhì)量可控且穩(wěn)定。較高的纖維/樹脂比也為這些制品提供了高于手糊制品的強(qiáng)度和硬度。預(yù)固化制品有加強(qiáng)筋和單向?qū)訅簬煞N類型。后者寬度通常在75-100毫米(3-4英寸)之間，厚度大約為1.3毫米(0.05英寸)。在建筑修復(fù)領(lǐng)域，通常使用環(huán)氧膠將層壓帶粘結(jié)在結(jié)構(gòu)部件的外表面上。

雖然層壓帶相對(duì)于手糊制品具有安裝簡(jiǎn)便、強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，但其應(yīng)用相對(duì)來(lái)說(shuō)還是有限的，原因有兩個(gè):

◆ 帶有單向增強(qiáng)材料的層壓帶只適用于梁和平板的彈性增強(qiáng)，以及某些梁的剪切增強(qiáng);

◆ 層壓帶的硬度不允許它們卷成直徑小于750毫米(30英寸)的卷。(后面將談到，這是其無(wú)法涉足某些應(yīng)用的主要限制。) 目前用于生產(chǎn)層壓帶的設(shè)備和技術(shù)不適合制造大型層壓板。因此，解決層壓帶的上述缺陷很有必要。

超級(jí)層壓板

"超級(jí)層壓板"是新一代的FRP制品，采用專門的設(shè)備制成。寬達(dá)1.5米(60英寸)的碳纖維板或玻纖織物由樹脂浸漬后，通過(guò)一個(gè)壓床時(shí)，在均勻的熱量和壓力下，形成層壓板。

超級(jí)層壓板相對(duì)于傳統(tǒng)層壓材料具有三大優(yōu)勢(shì)。

首先，單向或雙軸向織物使層壓板同時(shí)具有橫向和縱向的強(qiáng)度，這一巨大優(yōu)勢(shì)使其進(jìn)入許多新的應(yīng)用領(lǐng)域。

第二，它們比傳統(tǒng)層壓帶薄得多，基本厚度為0.66毫米(0.025英寸)，可以很容易卷成直徑為300毫米(12英寸)甚至更小的卷。

最后，鋪層的數(shù)量和模式可以調(diào)節(jié)，從而生產(chǎn)出完全定制的產(chǎn)品，節(jié)約大量的制造時(shí)間和成本。

纖維增強(qiáng)材料的材料特性，導(dǎo)致其常用的基本成型工藝有如下幾種:手糊成型工藝、拉擠成型工藝、纏繞成型工藝、模壓成型工藝 。

1.手糊成型法原理

手糊成型工藝又稱接觸成型，是樹脂基復(fù)合材料生產(chǎn)中最早使用和應(yīng)用最普遍的一種成型方法。手糊成型工藝是以加有固化劑的樹脂混合液為基體，以玻璃纖維及其織物為增強(qiáng)材料，在涂有脫模劑的模具上以手工鋪放結(jié)合，使二者粘接在一起，制造玻璃鋼制品的一種工藝方法?；w樹脂通常采用不飽和聚酯樹脂或環(huán)氧樹脂，增強(qiáng)材料通常采用無(wú)堿或中堿玻璃纖維及其織物。在手糊成型工藝中，機(jī)械設(shè)備使用較少，它適于多品種、小批量制品的生產(chǎn)，而且不受制品種類和形狀的限制。

2.成型工藝流程

手糊成型工藝的流程是:先在清理好或經(jīng)過(guò)表面處理的模具成型面上涂抹脫模劑，待充分干燥好后，將加有固化劑(引發(fā)劑)、促進(jìn)劑、顏料糊等助劑并攪拌均勻的膠衣或樹脂混和料，涂刷在模具成型面上，隨后在其上鋪放裁剪好的玻璃布(氈)等增強(qiáng)材料，并注意浸透樹脂、排除氣泡。重復(fù)上述鋪層操作，直到達(dá)到設(shè)計(jì)厚度，然后進(jìn)行固化脫模。

3.成型設(shè)備

手糊成型工藝所用的設(shè)備較少，制作模型的設(shè)備有木工車床、木工刨床、木工圓鋸;脫模一般會(huì)用到空氣壓縮機(jī)、吊裝設(shè)備等。

1.模壓成型法原理

熱固性模壓成型是將一定量的模壓料加入預(yù)熱的模具內(nèi)，經(jīng)加熱加壓固化成型塑料制品的方法。其基本過(guò)程是:將一定量經(jīng)一定預(yù)處理的模壓料放入預(yù)熱的模具內(nèi)，施加較高的壓力使模壓料填充模腔。在一定的壓力和溫度下使模壓料逐漸固化，然后將制品從模具內(nèi)取出，再進(jìn)行必要的輔助加工即得產(chǎn)品。

2.成型工藝流程

模壓成型工藝主要分為壓制前的準(zhǔn)備和壓制兩個(gè)階段。

3.成型設(shè)備

(1)浸膠機(jī)

制備膠布的主要設(shè)備是浸膠機(jī)，由送布架、熱處理爐、浸膠槽、烘干箱和牽引輥等幾部分組成。根據(jù)熱處理爐和烘干箱放置的位置，可以分為臥式浸膠機(jī)和立式浸膠機(jī)兩種。

(2)預(yù)浸料機(jī)組

這一方法所用設(shè)備有切割機(jī)、捏合機(jī)和撕松機(jī)。常用的切割機(jī)類型有沖床式、砂輪片式、三輥式和單旋轉(zhuǎn)刀輥式。捏合機(jī)的作用是將樹脂系統(tǒng)與纖維系統(tǒng)充分混合均勻。混合槳一般都采用Z槳式結(jié)構(gòu)。在捏合過(guò)程中主要控制捏合時(shí)間和樹脂系統(tǒng)的粘度這兩個(gè)主要參數(shù)，有時(shí)在混料室結(jié)構(gòu)中裝有加冷熱水的夾套，以實(shí)現(xiàn)混合溫度的控制。混合時(shí)間愈長(zhǎng)，纖維強(qiáng)度損失愈大，在有些樹脂系統(tǒng)中，過(guò)長(zhǎng)的捏合時(shí)間還會(huì)導(dǎo)致明顯的熱效應(yīng)產(chǎn)生。混合時(shí)間過(guò)短，樹脂與纖維混合不均勻。樹脂粘度控制不當(dāng)，也影響樹脂對(duì)纖維的均勻浸潤(rùn)及滲透速度，而且也會(huì)對(duì)纖維強(qiáng)度帶來(lái)一定的影響。

撕松機(jī)的主要作用是將捏合后的團(tuán)狀物料進(jìn)行蓬松。撕松機(jī)主要由進(jìn)料輥和一對(duì)撕松輥組成，通過(guò)撕松輥的反向運(yùn)動(dòng)將送入的料團(tuán)撕松。

(3)片狀模塑料機(jī)組

一個(gè)完整的SMC機(jī)組，大體由機(jī)架、輸送系統(tǒng)、PE薄膜供給裝置、刮刀、玻璃纖維切割器、浸漬和壓實(shí)裝置、收卷裝置等7個(gè)主要部分和玻璃纖維紗架、樹脂糊的制備及喂入系統(tǒng)、靜電消除器等3個(gè)必備輔助系統(tǒng)組成。

(4)壓機(jī)

壓機(jī)是模壓成型的主要設(shè)備。壓機(jī)的作用是提供成型時(shí)所需要的壓力以及開模脫出制品時(shí)所需的脫模力，現(xiàn)大多采用液壓機(jī)。

1.纏繞成型法原理

纖維纏繞工藝是樹脂基復(fù)合材料的主要制造工藝之一。是一種在控制張力和預(yù)定線型的條件下，應(yīng)用專門的纏繞設(shè)備將連續(xù)纖維或布帶浸漬樹脂膠液后連續(xù)、均勻且有規(guī)律地纏繞在芯模或內(nèi)襯上，然后在一定溫度環(huán)境下使之固化，成為一定形狀制品的復(fù)合材料成型方法。

2.成型設(shè)備

纖維纏繞機(jī)是纖維纏繞技術(shù)的主要設(shè)備，纖維纏繞制品的設(shè)計(jì)和性能要通過(guò)纏繞機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。按控制形式纏繞機(jī)可分為機(jī)械式纏繞機(jī)、數(shù)字控制纏繞機(jī)、微機(jī)控制纏繞機(jī)及計(jì)算機(jī)數(shù)控纏繞機(jī)，這實(shí)際上也是纏繞機(jī)發(fā)展的四個(gè)階段。目前最常用的主要是機(jī)械式和計(jì)算機(jī)數(shù)控纏繞機(jī)。纖維纏繞機(jī)是纖維纏繞工藝的主要設(shè)備，通常由機(jī)身、傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等幾部分組成。輔助設(shè)備包括浸膠裝置、張力測(cè)控系統(tǒng)、紗架、芯模加熱器、預(yù)浸紗加熱器及固化設(shè)備等。

1.拉擠成型原理

拉擠成型工藝是通過(guò)牽引裝置的連續(xù)牽引，使紗架上的無(wú)捻玻璃纖維粗紗、氈材等增強(qiáng)材料經(jīng)膠液浸漬，通過(guò)具有固定截面形狀的加熱模具后，在模具中固化成型，并實(shí)現(xiàn)連續(xù)出模的一種自動(dòng)化生產(chǎn)工藝。

對(duì)于固定截面尺寸的玻璃鋼制品而言，拉擠工藝具有明顯的優(yōu)越性。首先，由于拉擠工藝是一種自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)工藝，與其它玻璃鋼生產(chǎn)工藝相比，拉擠工藝的生產(chǎn)效率最高;其次，拉擠制品的原材料利用率也是最高的，一般可在95%以上。另外，拉擠制品的成本較低、性能優(yōu)良、質(zhì)量穩(wěn)定、外表美觀。由于拉擠工藝具有這些優(yōu)點(diǎn)，其制品可取代金屬、塑料、木材、陶瓷等制品，廣泛地應(yīng)用于化工、石油、建筑、電力、交通、市政工程等領(lǐng)域。

2.成型工藝流程

增強(qiáng)材料(玻璃纖維無(wú)捻粗紗、玻璃纖維連續(xù)氈及玻璃纖維表面氈等)在拉擠設(shè)備牽引力的作用下，在浸膠槽充分浸漬膠液后，由一系列預(yù)成型模板合理導(dǎo)向，得到初步的定型，最后進(jìn)入被加熱了的金屬模具，模具高溫的作用下反應(yīng)固化，從而可以得到連續(xù)的、表面光潔、尺寸穩(wěn)定、強(qiáng)度極高的玻璃鋼型材。

3.成型設(shè)備

實(shí)現(xiàn)拉擠工藝的設(shè)備主要是拉擠機(jī)，拉擠機(jī)大體可分為臥式和立式兩類。一般情況下，臥式拉擠機(jī)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，操作方便，對(duì)生產(chǎn)車間結(jié)構(gòu)沒有特殊的要求。而且臥式拉擠機(jī)可以采用各種固化成型方法(如熱模法、高頻加熱固化等)，因此它在拉擠工業(yè)中應(yīng)用較多。立式拉擠機(jī)的各工序沿垂直方向布置，主要用于制造空心型材，這是由于在生產(chǎn)空心型材時(shí)芯模只能一端支承，另一端為自由無(wú)支承端，因此立式拉擠機(jī)不會(huì)因?yàn)樾灸冶巯麓苟斐衫瓟D制品壁厚不均勻;這種拉擠機(jī)由于局限性較大，生產(chǎn)的產(chǎn)品單一，己經(jīng)不再使用。無(wú)論是臥式還是立式拉擠機(jī)，它們都主要由送紗裝置、浸漬裝置、成型模具與固化裝置、牽引裝置、切割裝置等五部分組成，它們對(duì)應(yīng)的工藝過(guò)程分別是排紗、浸漬、入模與固化、牽引、切割。