树脂详细认识

——复合材料认识实习报告复合09206#王忠华2011年10月通过今天的实习，使我对复合材料的基本知识有了一个较为深刻的认识，对复合材料的成型工艺有了一个大体的印象。下面将今天的所学、所观、所感记录下来。10月25日青岛昊天船艇有限公司主要内容：讲解，自我认识与接触。公司负责人，解老师一、首先对船体玻璃钢进行简要介绍：1．玻璃钢（玻璃纤维增强塑料，GFRP或FRP），由合成树脂和玻璃纤维经复合工艺制作而成的一种功能型复合材料。性能特点：密度小，强度大，瞬间耐高温特性，良好的耐酸碱腐蚀性及不易导热性、电绝缘性,但硬度还是比不上钢铁,当然这是复合材料的通病了.所以易做船体或游艇外壳。2．对树脂的认识：⑴按分子结构：邻苯型、对苯型、间苯型、双酚A型、乙烯基型。⑵按功能：阻燃、耐热、光稳定、耐候、通用型等。昊天船艇公司用的就是多种不饱和聚酯树脂,不饱和聚酯树脂是复合材料生产中用量最大的树脂，由含有不饱和键（固化时不饱和键打开交联）的多元酸及多元醇反应生成。不饱和聚酯树脂：196#不饱和聚酯树脂，SR-1水溶性聚酯树脂，23#聚酯树脂，低收缩聚酯树脂，模具胶衣，固化剂02#，脱模剂01#。用于玻璃钢、纽扣、家具、雕塑及防腐。3．玻璃纤维及制品：⑴玻璃纤维：EC9-32，EC9-32×3，EC-96×5，EC11-2000等。⑵玻璃布：EWR800，EWR700（单向布），EWR600，EWR400，EW170，EW13#等。二、聚合物基复合材料（游艇模具）成型工艺：当然这一块公司并没有过多介绍,相对而言公司的手糊成型工艺较为简单,只是耗费劳动力而已.1．热塑性树脂挤出成型工艺：⑴挤出成型工艺是借助旋转螺杆的推挤，使处在一定温度和压力下呈熔融流动状态的热塑性物料连续地通过一个口模，然后降低温度，硬化定型，得到口模所限定形状的复合材料型材。⑵热塑性复合材料挤出造粒及应用：目前挤出成型主要用在热塑性复合材料的造粒和型材生产两个方面。在热塑性树脂中加入一定比例的短切玻璃纤维，进行预处理后，利用双螺杆挤出机和特制的复合机头进行挤出造粒。该粒料即可用于注射成型最终使用产品。不同树脂基的复合材料，有着不同的使用场合；如无梭织机的剑长，剑轮和气象部门使用的高刚性、耐老化、耐大气腐蚀的测风气件等。⑶双螺杆挤出机作用：强制输送、混合作用、自洁作用、压延效应。2．热固性复合材料成型工艺：SMC模压、缠绕、拉挤、RTM、手糊成型、不饱和聚酯加工及玻璃纤维拉丝。⑴树脂生产工艺⑵纤维生产（玻璃纤维）：我国玻璃纤维生产，中碱纤维：无碱纤维=2：1。⑶玻璃纤维分类：E—玻璃纤维（电绝缘性，无碱玻璃纤维）C—玻璃纤维（耐化学腐蚀性，中碱玻璃纤维）A—玻璃纤维（高碱玻璃纤维）S/R—玻璃纤维（高强度）M—玻璃纤维（高模量）AR—玻璃纤维（耐碱玻璃纤维）D—玻璃纤维（低介电）⑷手糊成型：用不饱和聚酯树脂、环氧树脂等室温固化的热固性树脂（就是游艇外壳），将玻璃纤维及其织物等增强材料粘结在一起的一种无压或低压成型方法,这就是公司的主要工艺.⑸SMC模压工艺：将一定量的模压料在金属制件的对模内，于一定温度和压力下压制而成的玻璃钢制品。⑹树脂传递模塑RTM⑺缠绕工艺⑻拉挤工艺：玻璃钢拉挤型材是以树脂为基体，玻璃纤维为增强材料，配合一定助剂，经拉挤工艺连续生产的一种型材。学习感受：在对复合材料定义认识的基础上，了解了复合材料的种类，制造复合材料的生产过程及分类。对参观的工厂情况有了大致印象。下面重点由该公司负责人介绍游艇外壳（玻璃钢）组成材料及手糊工艺；参观游艇及手糊车间。I、手糊成型工艺：1．定义：玻璃钢成型加工成型工艺，以手工方式或简单工具辅助铺放增强材料浸渍树脂成型玻璃钢制品的一种工艺方法。2．玻璃钢成型工艺：手糊为最基础的成型工艺，此外据我了解有RTM、模压、层压、SMC、BMC、拉挤、喷射等。⑴手糊成型工艺特点：①低压接触成型。人工成本低，手糊在我国所占的市场份额较发达国家高。(2)主要原材料：①树脂：a．不饱和聚酯树脂（UP）196#（通用牌号）191#195#（透明制品）33#34#（胶衣树脂，耐热）b．环氧树脂E42E44616618c．乙烯基树脂d．酚醛树脂由于对生产者身体伤害较大，一般不用于手糊。②增强材料：玻璃纤维主要选用无碱及中碱玻纤，高模及高强玻纤也有选用。水泥基复合材料一般用高碱玻纤。织物形态：玻璃布、表面毡、针织毡、复合毡。③助剂：用量少，但有重要作用。a．固化剂：过氧化物，如过氧化甲乙酮、过氧化二苯甲酰。b．促进剂：促进反应，如萘酸钴（环烷酸钴）、环己酮。例如不饱和聚酯与苯乙烯单体加入过氧化甲乙酮促使反应发生，使反应物由液态变为固态。④添加剂：b．a．填料：降低成本，降低树脂固化收缩，改善树脂性能。b．触变剂：利用分子间粘合力。c．增稠剂：增加树脂粘度，利于固化。d．增韧剂：增加树脂韧性，降低脆性。e．抗紫外线添加剂c．f．低收缩添加剂：降低树脂收缩率。(3)手糊成型玻璃钢过程：d．总体过程：原材料准备、模具加工制作、产品成型、后处理。①模具的加工制作：e．a．材料：木材、石膏、金属、蜡。模具初制：遵循“少量多次”原则。f．胶衣配制：例如196#树脂100份，固化剂（过氧化甲乙酮）2份，促进剂1—4份。配比时，应先向树脂中加入固化剂，搅拌均匀后，加入促进剂，此时固化剂已被稀释，不会发生强烈反应（固化剂促进剂不得同时加入，因为发生强烈氧化还原反应，轻则产生大量热，重则冒黑烟，发生火灾、爆炸）。若胶衣短期使用，固化剂促进剂可同时加入；长期使用可采用预促型树脂（树脂+促进剂）。g．例：E44环氧100份，固化剂（三乙基四胺）10—12份，稀释剂10—15份；一次积层厚度≤7mm（推荐4mm）；胶衣用量：两遍，每遍用量300—500g/m^2。②工艺参数设计：h．t=m·kt：厚度，mm.m：单位面积质量，Kg.k：厚度系数。t=t（玻纤）+t（树脂）=1×0.34+1×0.90=0.34+0.90=1.24mm层数n=A/t例：用200g/m^2的玻璃布，含胶量50%，制品厚度6mm，需多少层200g/m^2的玻璃布？（S=1m^2）t=m（纤维）·k（纤维）+m（树脂）·k（树脂）=0.2×0.9+0.2×0.34=0.2×1.24=0.248mmn=A/t=6÷0.248=24层需树脂4.8Kg，玻璃布4.8Kg（24m单位长度面积1m^2的玻璃布）③工艺条件：a．铺层b．根据树脂固化配方，控制凝胶时间。最佳凝胶时间：成型操作后30min左右。控制方法：调整固化剂、促进剂用量。c．对环境要求：温度≥15℃，湿度≤75%d．后处理（后固化处理为主）：80±5℃，处理8小时。II、参观手糊成型车间：1．手糊车间：⑴模具制作：①打磨：在模具基本成型后，要对其表面进行打磨处理（阴模打磨内表面，则相应产品外表面光洁度高；阳模打磨外表面，则产品内表面光洁度高）。一般采用人工打磨，用砂纸对表面进行处理。砂纸选用顺序由粗到细，以逐步提高表面光洁度，如可用200—400—600—800目的顺序，2000目以上即可进行抛光处理。②表面毡：薄，约30～50g/m^2.③腻子：填料加固化剂组成。⑵手糊产品生产：在模具表面涂脱模剂后涂刷树脂铺放玻璃布，再涂刷树脂浸渍玻璃布，如此反复，直至需要厚度。固化后脱模，对产品进行机加工至所需要求。学习及参观感受：深入了解了手糊的工艺过程。手糊成型生产效率低，劳动强度大，成型周期长，且树脂中有害成分挥发使操作间内气味较大，对工人身体造成伤害。但由于我国劳动力成本低，因此手糊成型在我国复合材料制造中占有很大比重。随着技术发展，相信我国的复合材料及相关产业会加大科技含量，改善目前状况。III、介绍复合材料模压成型的基本知识；由杨总介绍成型的基本知识；参观模压车间。一、复合材料的模压成型：1．特点：操作方便，容易成型，通过改变原料配比改变产品性能。成型性好，成型后不需后序加工。2．SMC片材成型原材料：⑴树脂：不饱和聚酯，苯乙烯稀释。若用于食品制品（如水箱），苯乙烯含量要低，粘度要低（易于浸渍树脂），增稠快（不易粘手，易于进行下一道工序），活性高（快速固化），耐高温（成型温度高），耐水性好（易于增稠），储存稳定性好。⑵引发剂：模压成型过程中使树脂、苯乙烯聚合成型。要求：储存性好；根据温度不同选择引发剂，如手糊选用低温引发剂，模压选择高温引发剂；模具中流动性好；反应性高（模压过程中迅速与树脂反应）。⑶填料：一般为粉末状，如CaCO3、Al(OH)3、高岭土、玻璃珠等，可降低产品成本。若用于阻燃，可选Al(OH)3（高温时生成水）；填料若吸油值高，对树脂需求量大，且较稠，不易浸渍树脂；提高耐磨性、导电性可加入较硬填料（硅粉）或金属粉末、导电剂（如铝粉）；若减轻重量，可加空心微珠；若要提高流动性，可加高龄土。⑷低收缩添加剂：防止制品收缩变形大、翘曲（树脂一般为热固性，变形大，加入低收缩添加剂—热塑性树脂，可使树脂变形小，且使制品易着色，改善制品外观）。⑸化学增稠剂：浸渍过程增稠慢，一般不起作用，当加热至35～40℃时，需很快增稠至模压需要粘度，一般选用Ca、Mg的氧化物、氢氧化物。⑹内脱模剂：防止粘模，避免每次模压时涂外脱模剂。需低于模压温度熔化析至产品表面，一般选熔点120～130℃（模压温度140～150℃）的硬脂酸盐类（如硬脂酸锌）；若产品较厚，可选熔点70～80℃（硬脂酸）。⑺着色剂：色浆，饱和聚酯树脂（防止凝固）。颜料需耐高温，无毒性，耐晒，着色力强。若不加，则制品显示填料颜色。若产品颜色不均，加入润饰剂（防花剂）；部分颜料导电（如炭黑），在制作绝缘产品时避免使用。⑻增强材料：主要为纤维，对树脂糊浸渍性好，切割性好。⑼阻聚剂：在使用黑色色浆时，需加入（黑色吸热，温度高，易自聚），氢醌类。⑽降粘剂：润滑分散剂。根据对产品要求的不同，表面经过不同处理（喷漆前需打磨，否则表面光滑易掉漆）。⑵模压过程：①加料：加在薄膜中间，给片材流动的空间，一般加料量=体积×1.8（片材大致比重，在1.6～2.0之间适当增减）。②成型时模具温度要求：取决于固化体系的情况（引发剂作用时温度高低、产品薄厚）。③成型压力：简单制品压力可适当减小，易充模，制品可达到要求；复杂制品需较大压力充模。④保温时间（固化时间）：按固化体系、制品薄厚确定。一般薄制品30～40s/mm。⑤后处理：磨边、打孔等，对不影响制品的缺陷（针眼、气孔）进行修补。⑥对气孔的处理：注射器注入树脂，固化后用细砂纸（800～1200目）打磨。室温固化⑦学习参观感受；各种不同的成型工艺需要有不同的原料配制。模压成型温度高，成型周期短，但车间的溶剂挥发对工人身体造成伤害，可从改善通风设备及研究无毒溶剂入手进行解决。拉挤车间通风较差，不过味道相对较小，生产出的格栅（工字钢+玻璃钢棒）强度比预想的要强得多，可见复合材料强度不可小看。但切割及钻孔时粉尘很大，应研究湿法切割。总体来讲，设备自动化程度不算高，有改进空间。