热固性树脂成型工艺

复合材料成型工艺主讲金保宏材料科学与工程学院第2章手糊成型工艺手糊成型的玻璃钢制品，如：船舶、汽车配件、贮罐、玻璃钢管接头、家具等2.1手糊成型的原材料增强材料玻璃纤维碳纤维芳纶纤维超高分子量聚乙烯纤维玻璃纤维基体材料不饱和聚酯树脂环氧树脂酚醛树脂其它热固性树脂聚氨酯树脂热塑性树脂高性能树脂双马来酰亚胺树脂不饱和聚酯树脂由不饱和二元羧酸（或酸酐）或它们与饱和二元羧酸（或酸酐）组成的混合酸与多元醇缩聚而成的，具有酯键和不饱和双键的线型高分子化合物。不饱和聚酯类型1、邻苯型不饱和聚酯和间苯型不饱和聚酯2、双酚A型不饱和聚酯3、乙烯基树脂4、卤代不饱和聚酯不饱和聚酯树脂不饱和聚酯的商品牌号1、通用型树脂通用型树脂主要是邻苯型不饱和聚酯树脂，它们大多用于手糊玻璃纤维增强塑料制品。2、耐热型树脂耐热型树脂的热变形温度应不小于110℃，在较高温度下具有高的强度保留率。3、耐化学型树脂这类树脂具有优异的耐腐蚀性能和耐水性能，商品树脂主要有双酚A型不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、间苯型不饱和聚酯树脂和卤代聚酯树脂等。4、阻燃型树脂阻燃型树脂是在合成时使用一种能产生阻燃（自熄）的成分，例如使用四溴苯酐、氯茵酸酐（HET酸酐）取代苯酐代合成树脂。5、耐气候型树脂这类树脂使用新戊二醇及甲基丙烯酸酯类交联单体，并添加紫外光吸收剂，提高了树脂的耐气候性和光稳定性。树脂透明性好，耐用树脂浇铸体的折射率可与玻璃纤维的折射率相近或一致。6、高强型树脂这类树脂具有高的强度和坚韧性，主要用于纤维缠绕工艺制备的复合材料7、胶衣树脂用于复合材料的胶衣层，以提高制品的外观、质量和使用寿命。环氧树脂根据分子结构，环氧树脂大体上可分为五大类：1、缩水甘油醚类环氧树脂2、缩水甘油酯类环氧树脂3、缩水甘油胺类环氧树脂4、线型脂肪族类环氧树脂5、脂环族类环氧树脂辅助剂偶联剂不饱和聚酯树脂引发剂和促进剂阻聚剂与缓聚剂增韧剂与稀释剂环氧树脂固化剂抗氧剂光稳定剂热稳定剂填料脱模剂着色剂与触变剂阻燃剂2.2手糊成型工艺手糊成型的工艺流程如下手糊成型的示意图生产准备1、场地手糊成型工作场地的大小，要根据产品大小和日产量决定，场地要求清洁、干燥、通风良好，空气温度应保持在15—35℃之间，后加工整修段，要设有抽风除尘和喷水装置。2、模具准备准备工作包括清理，组装及涂脱模剂等。(1)模具清理首先要检查横具尺寸，表面质量及数量，必须满足产品质量及生产规模的数量要求。(2)涂脱模剂要喷涂均匀，防止漏涂和涂层过厚；脱模剂的种类要根据模具质量、树脂品种种及成本选择。3、树脂胶液配制配制时．要注意两个问题：(1)防止胶液中混入气泡，(2)配胶量不能过多，每次配量要保证在树脂凝胶前用完。常用的胶液配方a.固化环氧树脂配方b.不饱和聚酯树脂配方1、引发剂：H-50％过氧化环己酮二丁酯糊2、引发剂：M-过氧化甲乙酮溶液3、引发剂：B-50％过氧化苯甲酰二丁酯糊4、促进剂：E-含6％萘酸钴的苯乙烯溶液5、促进剂：D-含10％二甲基苯按得的苯乙烯溶液。4．增强材料准备增强材料的种类和规模按设计要求选择，剪裁时应注意：裁布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，对接要使各层拼缝错开；圆环形制品可利用布的变形性，裁剪成经纬向45◦的布；布块尺寸大小套裁，节约用布;布层裁剪量须按产品设计厚度计算。制品厚度估算制品厚度可按下式计算t＝m×K。t—制品厚度(mm)；m—材料质量(kg/m2);K—厚度系数[mm／(kg·m-2)]手糊制品厚度与层数计算举例：已知玻璃钢制品由一层300g／m2和4层600g／m2E玻纤毡铺成，聚酯树脂(密度1．2g／cm3)胶液中含40％填料(密度2．5g/cm3)。树脂含量70％。求制品厚度。解：玻纤毡总质量1×0.3+4×0.6＝2.7kg／m2树脂和玻纤比：70/（100-70）＝2．33，树脂质量：2．7×2．33＝6．29kg／m2填料质量：6．29×40/60＝4．1kg／m2玻璃毡厚：2．7×0．391＝1.05mm树脂厚：6.29×0.837＝5.265mm填料厚：4．19×0．4＝1.676mm铺后总厚度；1.05十5.26十1.676≈8mm7010070铺层效计算己细制品厚度时，铺层致可按下式计算：n＝A/mf(Kf+C1KR)式中，n为增强材料铺层数,A为制品厚度mm,mf为增强材料单位面积质量k8／m2，Kf为增强材料厚度系数[mm／(kg·m-2)]；KR为树脂基体厚度系数[Mm／(kg·m-2)]；C1为树脂与增强材料质量比。铺层糊制手工铺层糊制分干法和湿法两种：1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，然后再一层一层地紧贴在模具上．并注意排除层间气泡，使密实。此法多用于热压罐和袋压成型。2.2糊制与固化2湿法铺层直接在棋具上将增强材料浸胶，一层一层地紧贴在模具上，排除气泡，使之密实。一般手糊工艺多用此法铺层湿法铺层又分胶衣层糊制和结构层糊制‘•胶衣层(面层)制作制品厚度一般为0.25-0.5mm，可采用涂刷和喷涂施工。胶衣层一段做两遍；第一遍凝胶后铺表面毡，再喷涂第二遍胶衣，要防止漏涂和不均匀。胶衣层作用是美化制品外观，提高防腐蚀能力。•结构层糊制结构层糊制是在凝胶后的胶衣层上．将增强材料浸放，一层一层紧贴在模具上，要求铺贴平整，不出现褶皱和悬空，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，树脂含量要适当增多，以有利于排出气泡和浸透纤维织物。一般方格布的含胶量为50％-55％，毡的含胶量为74％-75％。大型厚壁制品应分几次糊制．待前一迭层基本固化，冷却到室温时，再糊下一边层，制品中埋设嵌件，必须在埋人前对铁件除锈、除油和烘干。3铺层接缝处理为了保证制品的外观质量和强度，铺层接缝应每层错开。手糊工具如下：1羊毛辊羊毛辊多用来浸渍树脂，其规格(直径×长度)为38mm×100m；38mm×125mm；38mm×l50mm;38mm×200mm和窄辊15mm×75mm等。2猪鬃辊猪鬃较硬，用于驱赶气泡，只需轻轻接触成型面，便可将裹人的气泡排除。规格为ϕ20和ϕ50mm长25—150mm。手糊工具3螺旋辊(亦称压辊)由铝、钢或硬塑料制成，辊上开有沟槽，各槽相互平行。用于压实铺层和排除气泡，其规格为ϕ10，ϕ12，ϕ30mm，长25，50，75，100和125mm。4其它工具其它工具为电锯、电钻、打磨抛光机等。制品固化分硬化和熟化两个阶段：从凝胶到硬化一般要24h，此时固化度达50％一70％(巴柯硬度为15)，可以脱模，脱后在自然环境条件下固化1—2周才能使制品具有力学强度，称熟化．其固化度达85％以上。加热可促进熟化过程，对聚酯玻璃钢，80℃加热3h；对环氧玻璃钢，后固化温度可控制在150℃以内。加热固化的方法很多，中小型制品可在固化炉内加热固化，大型制品可采用模内加热或红外线加热。固化脱模脱模要保证制品不受损伤。脱模方法很多，有如下几种，1顶出脱模在模具上预埋顶出装置，脱模时转动螺杆，将制品顶出。2压力脱模模具上留有压缩空气或入水口，脱模时将压缩空气或水(0.2MPa)压人模具和制品之间，同时用木锤和橡胶锤敲打，使制品和模具分离。脱模和修整3大型制品(如船)脱模可借助千斤顶、吊车和硬木楔等工具。4复杂制品可采用手工脱模方式先在模具上撤离二三层玻璃钢，待其固化后从模具上剥离，然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。修整修整分两种：一种是尺寸修整，另一种是缺陷修补。1.尺寸修整成型后的制品，按设计尺寸切去超出多余部分。修整又分湿法和干法两种：湿法是制品处于未固化状态．在模具上切去超出部分。干法是在脱模后，用电锯切去多余部分，然后用砂纸和锉刀修平，磨光。2.缺陷修补穿孔修补将穿孔用锉刀或钻头扩孔，清除残渣，装上托板，填人补强材料。气泡裂缝修补用锉刀切开气泡，扩锉裂缝，用钢丝刷打磨，清除粉尘；然后注入树脂胶液，固化打磨抛光。破孔修补将破修整，清除粉尘，玻璃布按破孔尺寸分层裁减，浸胶铺层。