手糊成型工艺课堂教学

手糊成型工艺及设备手糊成型工艺是复合材料最早的一种成型方法，也是一种最简单的方法，其具体工艺过程如下：首先，在模具上涂刷含有固化剂的树脂混合物，再在其上铺贴一层按要求剪裁好的纤维织物，用刷子、压辊或刮刀压挤织物，使其均匀浸胶并排除气泡后，再涂刷树脂混合物和铺贴第二层纤维织物，反复上述过程直至达到所需厚度为止。然后，在一定压力作用下加热固化成型（热压成型）或者利用树脂体系固化时放出的热量固化成型（冷压成型），最后脱模得到复合材料制品。其工艺流程如下图所示：模具准备涂脱模剂手糊成型树脂胶液配制增强材料准备固化脱模后处理检验制品手糊成型工艺流程图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。为了得到良好的脱模效果和理想的制品，同时使用几种脱模剂，可以发挥多种脱模剂的综合性能。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、材料容易取得聚合物基体的选择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。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。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。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）•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（1）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。2.2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。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。具体材料：（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。（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。2.2.2手糊成型模具设计要则（1）设计要点（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2.2.3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0.1μm。（4）光泽度达到80-90光泽单位或者目测反光。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。（3）中碱无捻方格布（4）不饱和聚酯树脂（5）无机填料2.2.3.3制造工艺（1）过渡母模的制造材料：石膏或木材（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。（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。（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。2.2.4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2.2.4.1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。2.2.4.2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）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2.2.4.3蜡类、油酯类脱模剂（1）蜡类脱模剂（蜡型脱模剂）使用方便、省工省时、价格便宜，脱模效果好，使用广泛。（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。2.2.4.4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。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：⑴引发剂、促进剂用量。引发剂、促进剂用量大，凝胶时间缩短；⑵胶液体积的影响。胶液体积越大，热量不易散失，凝结快；⑶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⑷制品表面积影响制品表面积大，凝结快。树脂胶液配制：(1)不饱和聚酯树脂胶液配方及配制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。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)环氧树脂胶液配制配制方法：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。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：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2.3.1.3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×kt——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）铺层层数的计算）＋（＝rffckkmAn若有填料时，kT是厚度常数，c2是填料与纤维质量比。则：）＋（＋＝T2r1ffkckckmAnA-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/m22.3.2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。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。2.3.2.2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