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1、第五章 復合材料成型工藝與特點5。1 手糊、噴射成型技術(shù)與特點5。1.1 手糊成型技術(shù)與特點1) 手糊成型原理手糊成型工藝是樹脂基復合材料生產(chǎn)中最早使用和應用普遍的一種成型方法，它是指將纖維浸漬樹脂后手工地鋪層在模具上,黏結(jié)在一起然后固化的成型工藝.手糊成型技術(shù)很少受制品形狀及大小的限制，模具費用低，對于那些品種多、生產(chǎn)量小的大型制品，手糊成型技術(shù)是非常適合的。2) 手糊成型工藝的原材料手糊成型工藝所用的原材料包括：增強材料、樹脂和輔助材料.（1）增強材料手糊成型對增強材料的要求：增強材料易于被樹脂浸透；有足夠的形變性,能滿足制品復雜形狀的成型要求;氣泡容易扣除；能夠滿足制品使用條件的物理和化

2、學性能要求；價格合理（盡可能便宜)，來源豐富.用于接觸成型的增強材料有玻璃纖維及其織物，碳纖維及其織物，芳綸纖維及其織物等.其中常用的玻璃纖維增強材料有以下幾種：無捻粗紗、無捻粗紗布、加捻布、短切玻璃纖維氈、玻璃纖維織物。(2)基體材料手糊成型工藝對基體材料的要求：在手糊條件下易浸透纖維增強材料,易排除氣泡,與纖維粘接力強；在室溫條件下能凝膠，固化，而且要求收縮小，揮發(fā)物少;粘度適宜:一般為0.20。5Pas，不能產(chǎn)生流膠現(xiàn)象;無毒或低毒;價格合理,來源有保證。 在手糊成型技術(shù)中，最常用的是不飽和聚酯樹脂，其次是環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂和呋喃樹脂，乙烯基樹脂等也有少數(shù)應用。（3）輔助材料接觸成型工藝

3、中的輔助材料，主要是指填料和色料兩類,而固化劑、稀釋劑、增韌劑等，歸屬于樹脂基體體系。3）模具及脫模劑(1）模具模具是各種接觸成型工藝中的主要設備。模具的好壞，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和成本,必須精心設計制造.設計模具時，必須綜合考慮以下要求:滿足產(chǎn)品設計的精度要求，模具尺寸精確、表面光滑；要有足夠的強度和剛度；脫模方便;有足夠的熱穩(wěn)定性；重量輕、材料來源充分及造價低。模具材料應滿足以下要求：能夠滿足制品的尺寸精度，外觀質(zhì)量及使用壽命要求；模具材料要有足夠的強度和剛度,保證模具在使用過程中不易變形和損壞;不受樹脂侵蝕，不影響樹脂固化；耐熱性好,制品固化和加熱固化時，模具不變形;容易制造，容易脫模；晝

4、減輕模具重量，方便生產(chǎn);價格便宜，材料容易獲得。能用作手糊成型模具的材料有：木材，金屬，石膏，水泥,低熔點金屬,硬質(zhì)泡沫塑料及玻璃鋼等.脫模劑基本要求：不腐蝕模具，不影響樹脂固化，對樹脂粘接力小于0。01MPa；成膜時間短，厚度均勻，表面光滑;使用安全，無毒害作用；耐熱、能以受加熱固化的溫度作用；操作方便，價格便宜。 手糊成型工藝的脫模劑主要有薄膜型脫模劑、液體脫模劑和油膏、蠟類脫模劑.4)手糊成型的工藝流程(1）生產(chǎn)準備場地：手糊成型工作場地的大小，要根據(jù)產(chǎn)品大小和日產(chǎn)量決定,場地要求清潔、干燥、通風良好，空氣溫度應保持在1535之間，后加工整修段,要設有抽風除塵和噴水裝置.模具準備：準備工

5、作包括清理、組裝及涂脫模劑等。樹脂膠液配制：配制時，要注意兩個問題：防止膠液中混入氣泡；配膠量不能過多，每次配量要保證在樹脂凝膠前用完.增強材料準備：增強材料的種類和規(guī)格按設計要求選擇。(2）糊制與固化鋪層糊制：手工鋪層糊制分濕法和干法兩種：干法鋪層 用預浸布為原料,先將預學好料(布）按樣板裁剪成壞料，鋪層時加熱軟化，然后再一層一層地緊貼在模具上，并注意排除層間氣泡,使密實。此法多用于熱壓罐和袋壓成型。濕法鋪層 直接在模具上將增強材料浸膠,一層一層地緊貼在模具上,扣除氣泡,使之密實。一般手糊工藝多用此法鋪層。濕法鋪層又分為膠衣層糊制和結(jié)構(gòu)層糊制。固化:制品固化分硬化和熟化兩個階段：從凝膠到三角

6、化一般要24h,此時固化度達5070(巴柯爾硬性度為15），可以脫模,脫后在自然環(huán)境條件下固化12周才能使制品具有力學強度，稱熟化,其固化度達85以上。加熱可促進熟化過程,對聚酯玻璃鋼,80加熱3h，對環(huán)氧玻璃鋼，后固化溫度可控制在150以內(nèi)。加熱固化方法很多，中小型制品可在固化爐內(nèi)加熱固化,大型制品可采用模內(nèi)加熱或紅外線加熱。（3）脫模和修整脫模：脫模要保證制品不受損傷。脫模方法有如下幾種：頂出脫模 在模具上預埋頂出裝置，脫模時轉(zhuǎn)動螺桿,將制品頂出。壓力脫模 模具上留有壓縮空氣或水入口，脫模時將壓縮空氣或水(0。2MPa）壓入模具和制品之間,同時用木錘和橡膠錘敲打,使制品和模具分離.大型制品

7、(如船）脫模 可借助千斤頂、吊車和硬木楔等工具.復雜制品可采用手工脫模方法 先在模具上糊制二三層玻璃鋼，待其固化后從模具上剝離,然后再放在模具上繼續(xù)糊制到設計厚度,固化后很容易從模具上脫下來.修整：修整分兩種:一種是尺寸修整，另一種缺陷修補。尺寸修整 成型后的制品,按設計尺寸切去超出多余部分；缺陷修補 包括穿孔修補，氣泡、裂縫修補,破孔補強等。5）手糊成型工藝的優(yōu)缺點手糊成型工藝有以下優(yōu)點：(1)不需要復雜的設備,只需要簡單的模具、工具，固定投資少、見效快，比較適合我國鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)展；（2）生產(chǎn)技術(shù)易掌握，只需要經(jīng)過短期的培訓即可進行生產(chǎn)；(3)所制作的復合材料產(chǎn)品不受尺寸、形狀限制,如大型游

8、船、圓屋頂、水槽等均可；（4)可與其他材料（如金屬、木材、泡沫等）同時復合成一體；(5）對一些不宜運輸?shù)拇笮椭破?如大罐、大型屋面)均可現(xiàn)場制作。但是手糊成型也存在許多缺點：(1)生產(chǎn)效率低、速度慢、生產(chǎn)周期長，對于批量大的產(chǎn)品不太適合：(2）產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定,由于操作人員的技能水平不同及制作環(huán)境條件的影響，產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性較差;（3）生產(chǎn)環(huán)境差，氣味大，加工時粉塵多，故需從勞動保護上加以解決.6）手糊成型的應用由于手糊工藝設計自由，因此可根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)要求設計出理想的外觀、造型及多種多樣的復合材料制品。手糊成型工藝制作的復合材料產(chǎn)品的用途比較廣泛,主要有以下幾個方面:（1） 建筑制品 波形瓦

9、、采光罩、風機、浴盆、組合式衛(wèi)生間、冷卻塔、活動房屋、玻璃鋼大棚等。（2) 造船業(yè) 漁船、游船、游艇、交通艇、救生艇,燈塔、水中浮標、養(yǎng)殖船等。（3） 機械電器設備 機器罩、配電箱、醫(yī)療器械外罩、電池箱、開關(guān)盒等.（4） 體育游樂設備 賽艇、舢板、滑板、各種球桿、人造攀巖墻、冰車、風帆車、海底游樂設備等。5。1。2 噴射成型技術(shù)與特點噴射成型是利用噴槍將玻璃纖維及樹脂同時噴到模具上而制得復合材料的工藝方法.具體作法是,加了引發(fā)劑的樹脂和加了促進劑的樹脂分別由噴槍上的兩個噴嘴噴出。同時切割器將連續(xù)玻璃纖維切割成短切纖維，由噴槍的第三個噴嘴均勻地噴到模具表面上,用小輥壓實，經(jīng)固化而成制品。噴射成型

10、也稱半機械化手糊法.在國外，噴射成型的發(fā)展方向是代替手糊.噴射成型的優(yōu)點是：利用粗紗代替玻璃布，可降低材料費用；半機械操作，生產(chǎn)效率比手糊法高24倍,尤其對大型制品,這種優(yōu)點更為突出。噴射成型無搭縫，制品整體性好;減少飛邊、裁屑和膠液剩余損耗。噴射成型的缺點是樹脂含量高;制品強度低;現(xiàn)場粉塵大；工作環(huán)境差.噴射成型機按噴射方式分類，可分為:（1）高壓型:用泵把樹脂送入噴槍，借泵壓進行噴射;用空壓機將樹脂罐和固化劑罐加壓,在該壓力下,將樹脂和固化劑壓入噴槍進行噴射。(2）氣動型：樹脂、固化劑或它們的混合物借壓縮空氣噴出的力與空氣霧化、噴出。按混合形式分類，可分為:(1內(nèi)部混合型：在噴槍內(nèi)部混入引

11、發(fā)劑后進行噴射.（2）外部混合型：分別含有促進劑和引發(fā)劑的樹脂由噴槍噴出呈霧狀相互混合,有單獨噴射引發(fā)劑和噴射含引發(fā)劑樹脂的兩種類型。（3)已混合型：事先調(diào)配好含促進劑和引發(fā)劑的樹脂，由噴槍噴出。1）噴射成型工藝在噴射成型開始以前，應該先檢查樹脂的凝膠時間,測定方法是將少量的樹脂噴入小罐中，測定其凝膠時間;還必須檢查樹脂對玻璃纖維的比例,一般樹脂對玻璃纖維的比例在2。5比1到3。5比1之間。待膠衣樹脂凝膠后發(fā)軟而不粘手），就可以開始噴射成型操作。如果沒有膠衣樹脂,應先在模具上噴一層樹脂.然后開動切割器,開始噴射樹脂和纖維的混合物.第一層應該噴射得薄一些(約1mm厚），并且仔細滾壓，首先用短的馬

12、海毛滾，然后用螺旋滾。以確保樹脂和固化劑混合均勻以及玻璃纖維被完全浸潤。仔細操作,確保在這一層中沒有氣泡,而且這一層必須完全潤濕膠衣樹脂，待這一層凝膠后再噴下一層。接下來的每一層約噴射2mm厚，如果太厚，則氣泡難以除去,制品質(zhì)量不能保證。每噴射一層都要仔細滾壓除去氣泡。如此重復,直至達到設計厚度。要獲得較高強度的制品，則必須與粗紗布并用，在使用粗紗布時，應先在模具上噴射足夠量的樹脂，再鋪上粗紗布,仔細滾壓，這樣有利于除去氣泡。對大多數(shù)噴射設備，其噴射速率一般是210kg /min.與手糊成型一樣，最后一層可以使用表面氈，再涂上外涂層。固化、修整、后固化及脫模等工序與手糊成型法相同.2）噴射成型

13、常見的缺陷分析（1）浸漬不良產(chǎn)生的原因及對策：若因樹脂含量低所致，則可適當增加樹脂含量。若因樹脂黏度過大所致，則應調(diào)節(jié)樹脂黏度。若因樹脂的觸變度不夠而造成樹脂流失所致,則應選擇有適宜觸變度的樹脂，或加觸變劑。若因粗紗質(zhì)量不好，不易被樹脂浸透所致，則應更換粗紗。因固化時間過短，在噴射操作中就凝膠，應調(diào)節(jié)樹脂的凝膠時間，如減少促進劑量，加人阻聚劑，調(diào)節(jié)環(huán)境溫度。（2）脫落產(chǎn)生的原因及對策：若因樹脂含量多所致，則應減少樹脂噴出量。若因樹脂的黏度、觸變度低所致，則應提高樹脂的黏度和觸變度。若因噴槍與成型模面距離小所致,則應控制噴射的距離和方向。若因粗紗的切割長度不合適所致。則應按制品的大小和形狀，改變

14、纖維的切割長度.(3)固化不足及固化不均產(chǎn)生的原因及對策：若因各噴嘴的噴吐量不穩(wěn)定,而造成配比失調(diào)，則要確定各噴嘴的噴吐量，必要時作相應的調(diào)整。若因噴出的樹脂不能形成適當?shù)撵F狀，則應調(diào)整霧化，使樹脂呈霧狀。若因樹脂和短切粗紗噴射形狀不一致,則模面與噴槍之間的距離及方向要保持適當。若由于噴槍型號的原因，初始時噴出的固化劑量不足，則可用空吹法調(diào)節(jié)固化劑達到一定噴出量后，再噴出樹脂和纖維。若因空壓機內(nèi)混入冷凝水，則將空壓機內(nèi)的冷凝水排放掉,并定期排放。(4）粗紗切割不良產(chǎn)生的原因及對策:若因切割刀片磨損所致，則應更換，一般應按刀片的材質(zhì)。在使用一定時間后主動更換.若是支持輥磨損所致，則應視磨損程度及

15、時更換.若因粗紗根數(shù)太多所致，則應減少粗紗根數(shù)，通常以切割2根粗紗為宜.若因切割器的空氣壓低所致，則應提高空氣壓,增大空壓機容量.（5）空洞、氣泡產(chǎn)生的原因及對策；若是脫泡不充分所致，則應按操作規(guī)范仔細操作。若是樹脂浸漬不良所致，則應加些消泡劑，再次檢查樹脂和纖維的質(zhì)量.若脫泡程度難以判斷，可將模具做成黑色，以便觀察脫泡和浸漬情況。若是在凝膠前就送入高溫的后固化爐所致,則應該在室溫下固化后再送入爐內(nèi)固化。（6）厚度不勻產(chǎn)生的原因及對策：由于未掌握好噴射操作所致，則應通過訓練以提高熟練程度.由于脫泡操作不熟練所致，則應選用合適的脫泡工具,熟練掌握脫泡操作。若因纖維的切割性不好所致，則應調(diào)整或更換切割器.若因纖維的分散性不好所致,則應檢查粗紗的質(zhì)量。（7）白化及龜裂.產(chǎn)生的原因及對策:由于樹脂的反應活性高,在短時間內(nèi)固化，固化時發(fā)熱量大，而引起樹脂和纖維的界面剝離.則應選擇反應活性適宜的樹脂，檢查引發(fā)劑和促進劑的種類和用量以及固化條件。由丁纖維表面附有妨礙樹脂浸潤的物質(zhì)(如水、油、潤滑脂等）所致，則應作適當處理,平時要注意粗紗的保管和使用.若因一次噴射太厚所致，則可采用分次噴射，邊控制固化發(fā)熱量邊噴射。若是噴槍中各噴嘴的噴出量不勻所致，.則應調(diào)整樹脂的噴出量。若是樹脂中混有水所致,則應改善樹脂的保管、操作方法、使用條件，空壓機的冷凝水管要經(jīng)常放水。5.2 樹脂傳遞模塑