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缠绕复合材料制品的质量检验及控制

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-03-19  来源:复材应用技术网  浏览次数:817
核心提示:一、缠绕复合材料用树脂、纤维的规格要求1. 树脂目前我国复合材料的常用树脂以聚酯、环氧和酚醛三大树脂为主: (1)不饱和聚酯
 一、缠绕复合材料用树脂、纤维的规格要求
1. 树脂
    目前我国复合材料的常用树脂以聚酯、环氧和酚醛三大树脂为主:
   (1)不饱和聚酯树脂:二元醇和二元酸(或酸酐)经过缩合反应而成的聚合物称为聚酯树脂,当用的二元酸中含有不饱和酸时,就叫做不饱和聚酯树脂。常用不饱和聚酯树脂按其适应性的不同可分为通用型、耐腐型、耐热型、阻燃型以及低收缩型等。表7-3为不饱和聚酯的部分质量指标。

73  不饱和聚酯质量指标

  
  
双酚A
邻苯型
外观
浅黄色透明液
浅黄色透明液
酸值/KOHmg/g
1223
1727
粘度/25℃,Pa·s
2.88.5
2.57.5
固体含量/
5065
6070
胶凝时间(125℃)/min
830
1030

  (2)环氧树脂:环氧树脂是指分子中含有两个或多个环氧基团的树脂的总称,用于复合材料的品种大致有以下4类:二酚基丙烷型环氧树脂,即E型,或称双酚A型;酚醛多环氧树脂,即F型;脂环族环氧树脂;其他工业环氧树脂。
    环氧树脂的优点包括:粘接力强、机械强度高;因固化时无小分子生成,因而密度大,固化时收缩率低,约2%;耐腐蚀良好;耐热性较好;良好的电绝缘性;耐火性好,固化成型方便;能耐大多数霉菌。
    环氧树脂的缺点包括:价格较贵;树脂粘度大(双酚A型),室温下多为高粘度液体或半固体,使用时要加稀释剂,一般不能用于喷射成型;某些固化剂有毒(如脂肪胺类);脆性较大,常需加入增塑剂。表7-4为E型环氧树脂的质量指标。

74 E型环氧树脂的质量指标

项目

E-44

E-42

外观

淡黄至棕黄色粘厚透明液体

环氧值/(当量/100g

0.410.47

0.380.453

软化点,℃

1220

2127

  (3)酚醛树脂:酚醛树脂是最早的人工合成树脂,是由苯酚加甲醛在催化剂存在下经过缩合而成。酚醛树脂原料丰富、工艺简单、价格便宜,按基本类型可分为热塑性和热固性两种。
    热固性酚醛树脂的特点为:加热可以固化,酸或碱对固化反应有促进作用,如加入乌洛托品可增加交联密度;固化时有小分子放出,因此,为防止产生气泡,其玻璃钢一般需要加压成型。固化时体积收缩率大约为3%~5%,对玻璃纤维粘结力差,固化后的树脂有良好的抗压强度及介电性能,有良好的耐水性;有良好的耐化学性;耐烧蚀性能好。表7-5为酚醛树脂质量指标。
 

75  酚醛树脂质量指标

  
  
外观
棕红色粘稠液体
游离酚含量/
<10
游离醛含量/
<2
含水率/
<10
粘度(落球粘度计25℃)/s
45~65
   (4)呋喃树脂:呋喃树脂是以糠醇或糠醛作为主要原料在酸性催化剂存在下经过缩聚得到的含有呋喃环的一种树脂。常见的有5个品种:糠醇树脂、糠醛树脂、糠酮树脂、醇-糠醛树脂、糠醛-苯酚树脂。
    呋喃树脂虽有数种类型,但是都有共同性能:耐腐蚀,耐温,与环氧树脂或酚醛树脂混合改性具有很好的特色。表7-6为呋喃树脂部分质量指标。

76  呋喃树脂质量指标

项目
    
糠醇型
糠酮型
糠醇糠醛型
外观
红棕色粘稠液
黑棕色粘稠液
棕褐色液
树脂含量/
>95
>94
 
水分/
<1
<1
 
pH
7
7
 
粘度(25℃)/s
   
20~30
2. 纤维
    连续玻璃纤维纱是缠绕制品的主要承载材料,其制品的强度,主要取决于纤维的强度。缠绕制品对纤维的选用原则:具有较高的强度和弹性模量;对粘接剂有较好的浸润性;有良好的工艺性,在缠绕成型中不起毛、不断头,同一束玻璃纤维中各股之间的张紧程度要求均匀,具有良好的贮存稳定性能。
    在缠绕过程中,按其状态可分为有捻纤维和无捻纤维。加捻的纤维对制品的性能都有一定影响,实验证明,加捻后的缠绕制品比无捻的缠绕制品其拉伸、弯曲强度均有所下降。因此无捻优于有捻纱。所以缠绕玻璃钢多用无捻纱。但从工艺性能来说,无捻纱较差,使用中易发生松散、起毛,张力控制困难,不利于成型。目前,国内生产的无捻粗纱单丝直径一般为11~13μm,是由多胶原丝络纱而成。每个纱筒直径和高度一般为Φ250mm7250mm,卷袋质量16~17kg或Φ300mm7250mm,20kg左右。
二、复合材料的质量检验及控制
   对于缠绕成型复合材料制品,一般要注意以下几方面的检验。
1. 外观检查
 (1)气泡。耐蚀层表面允许最大气泡直径应为5mm,每平方米直径不大于5mm的气泡少于3个时,可不予修补,否则,应将气泡划破修补。
 (2)裂纹。耐蚀层表面不得有深度0.5mm以上的裂纹。增强层表面不得有深度为2mm以上的裂纹。
 (3)凹凸(或皱纹)。耐蚀层表面应光滑平整,增强层的凹凸部分厚度应不大于厚度的20%。
 (4)泛白。耐蚀层不应有泛白处,增强层泛白区最大直径应为50mm。
2. 固化度和衬里微孔的检查
 (1)现场检查
   ①手触复合材料制品表面无粘手感。
   ②用干净棉纱蘸取丙酮放于制品表面观察,棉纱是否出现颜色。
   ③用手或硬币敲击制品发出的声音是模糊还是清脆。
    若手感发粘、棉纱变色、声音模糊,即认为制品表面固化不合格。
 (2)呋喃复合材料制品固化度简易检验。取一试样浸入盛有少量丙酮的烧杯中,封口,浸泡24h,以试样表面光滑完整,丙酮不变色作为固化的标志。
 (3)巴氏硬度计检验。通过测试巴氏硬度来间接地考核复合材料的固化程度,采用巴氏硬度计,其型号可以为HBa-1型或GYZJ934-1型,用测得的巴氏硬度换算出近似固化度。固化比较理想的缠绕复合材料制品的巴氏硬度一般为40~55,测定方法应符合《纤维增强塑料巴氏硬度试验方法》(GB3587-87)的规定。
 (4)衬里微孔检查。必要时,复合材料衬里设备可采用电火花检测器或微孔测试仪进行抽样检查。
3. 缺陷及修复
 (1)制品表面发粘,其主要原因如下。
   ①空气中湿度太大。由于水蒸气对聚酯、环氧树脂均有延缓并阻碍固化的作用,甚至能造成表面永久发粘、制品长期固化不完全等缺陷。因此,要保证在相对湿度低于80%的情况下进行玻璃钢制品的制作。
   ②聚酯树脂中石蜡加得太少或石蜡不合要求而导致空气中氧的阻聚作用。除加适量的石蜡外,还可以用其他方法(如加玻璃纸或聚酯薄膜)将制品表面与空气隔绝。
   ③固化剂、促进剂用量不符合要求,因此在配制胶液时应严格按小样试验确定的配方控制用量。
   ④对于聚酯树脂而言,苯乙烯挥发太多造成树脂中的苯乙烯单体不足。这一方面要求树脂胶凝前不能加热,另一方面环境温度不宜太高(常为30℃左右为宜),且风量不宜太大。
 (2)制品气泡太多,其原因如下。
   ①赶压气泡不彻底,每一层铺敷、缠绕都要用辊子反复滚压,辊子应做成环向锯齿型或纵向槽型。
   ②树脂粘度太大,在搅拌或涂刷时,带入树脂中的空气泡不能被赶出。需要适当加入稀释剂。聚酯树脂的稀释剂为苯乙烯;环氧树脂的稀释剂可选用乙醇、丙酮、甲苯、二甲苯中的任何一种。呋喃树脂和酚醛树脂的稀释剂为乙醇。
   ③增强材料选择不当,应重新考虑所用增强材料的种类。
   ④操作工艺不当,应根据树脂及增强材料种类的不同,选择适当的浸胶、涂刷、滚压角度等工艺方法。
 (3)制品的分层现象,原因如下。
   ①纤维织物未做前处理,或处理不够。
   ②织物在缠制过程中张力不够,或气泡过多。
   ③树脂用量不够,或粘度太大,纤维没有被浸透。
   ④配方不合适,导致粘接性能差,或固化速度过快、过慢造成。
   ⑤后固化时,工艺条件不合适(一般是过早热固化或温度过高)。
   无论何种原因造成的分层现象,都必须彻底铲除分层部分,并用角向磨光机或抛光机打磨掉缺陷区以外周边的石蜡树脂层,宽度不小于5cm,然后再按工艺要求重新进行铺层。
   对于以上各种缺陷,不管何种原因,都应采取适当的办法彻底消除,以达到质量要求。

 
关键词: 复合材料 缠绕
 
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