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手糊成型工艺解析

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-07-13  来源:复材应用技术网  浏览次数:2511
核心提示:一、定义手糊成型又称接触成型,采用手工方法将纤维增强材料和树脂胶液在模具上铺敷成型、室温(或加热)、无压(或低压)条件下
 一、定义
    手糊成型又称接触成型,采用手工方法将纤维增强材料树脂胶液在模具上铺敷成型、室温(或加热)、无压(或低压)条件下固化,脱模成制品的工艺方法。是最早采用和最简单的方法。
工艺流程
    模具上应预先涂覆脱模剂(石蜡、黄油、甲基硅油、聚乙烯醇溶液、聚氯乙烯薄膜等),常用的树脂是能在室温固化的不饱和聚酯树脂和环氧树脂。
手糊成型工艺的特点
优点:
  ①不受产品尺寸和形状限制,适宜尺寸大,批量小,形状复杂产品的生产。
  ②设备简单,投资少,设备折旧费低。
  ③工艺简单。
  ④容易满足产品设计要求。
  ⑤制品树脂含量较高,耐腐蚀性好。
缺点:
 ①生产周期长,效率低,劳动强度大,卫生条件差。
 ②产品质量不易控制,性能稳定性不高。
 ③产品力学性能较低。
用途:
   手糊成型法可以制作汽车车体,各种渔船和游艇、储罐、槽体、卫生间、舞台道具、波纹瓦、大口径管件、机身蒙皮、整流罩、火箭壳体、隔音板等复合材料制品。
2.1  原材料的选择
   合理的原料是满足产品设计要求,保证质量,降低成本的重要前提。
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
   包括:聚合物基体和增强材料
   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。
2.2手糊成型模具与脱模剂
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、模具材料
    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。
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,制品平整光滑,具有很好的光洁度,但价格较高。使用厚度一般为0.04 mm 、0.02 mm。
   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
    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。
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。
  一般采用改变引发剂、促进剂的用量调节。
  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。
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
2.3.2 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: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:
(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
    在接缝区加一层附加布增强;接缝距离S一般控制在1~2cm。
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。应分两次铺层固化。一般δ>7mm时,需分两次铺层固化。(实验中注意!)
铺层2次固化的拼接方法: 
   先按一定铺层锥度糊制各层,使其形成阶梯形,达到一定厚度后(不超过7mm),在阶梯上铺放一层“无胶平纹玻璃布”。固化后撕去该层玻璃布并保证拼接面的粗糙度和清洁。然后糊以下各层。 
    对于大表面制品糊完后应覆盖玻璃纸或薄膜,使与空气隔绝。
2.3.3 固化
2.3.3.1  不饱和聚酯树脂的固化
分为:凝胶阶段
       定型阶段(硬化阶段)
       熟化阶段(完全固化阶段) 
   加入引发剂后,引发剂在一定条件下可以产生游离基,游离基是一种活性很高的物质,可以把树脂中的双键打开,从而达到聚合交联的目的。
    因为引发剂一般在60℃以上才能分解出游离基,因此常温固化时必须加入促进剂,降低其分解温度。 
引发剂用量对产品性能的影响
   用量过大:反应速度过大,放热量大,导致树脂急剧固化,收缩严重,产生裂纹。同时影响聚合链长度,分子量降低,力学性能下降。
   用量过小:不足以使树脂固化完全。 
2.3.3.1  固化工艺控制
  固化度:树脂固化反应的程度(用百分率表示),常用丙酮萃取法测定。
  手糊制品的成型工艺条件:温度15℃以上,湿度小于80%。
  利用上述工艺条件及合理的配方,才能使树脂固化达到要求的程度。
    一般手糊制品24h脱模(巴氏硬度15~30时);8天即可使用。聚酯玻璃钢的强度一般到1年后才能稳定。(时间与强度关系见表2-15)。因此,许多制品室温固化后,为加速其强度发挥,需进行后固化处理(放置24小时后进行)。
   环氧玻璃钢后固化处理温度   < 150℃ 。
   聚酯玻璃钢后固化处理温度   50℃~80℃。
2.3.4 手糊工艺质量控制
2.3.4.1  影响制品质量的因素
   组分质量;成型与固化过程;制品辅助加工。手糊制品存在的主要质量问题
产生缺陷的原因:
  纤维方面:
  树脂基体方面:
  施工作业方面:
  固化工艺方面:
  其他方面:
2.3.4.2 质量控制
  在工厂车间,制定质量控制制度时参考。
包括3方面: 
  原材料质量控制
  成型工艺过程控制
  成品质量检验
2.3.4.3   手糊成型易发生的缺陷及防止措施
1、胶衣缺陷的防止措施
2、制品皱缩
3、翘曲变形
4、制品表面发粘
原因1:空气湿度太大,水对树脂起阻聚作用。
解决办法: 
(1)在树脂中加入0.02%左右的液体石蜡; 
(2)在树脂中掺加5%的异腈酸酯 ;
(3)制品表面覆盖薄膜隔绝空气; 
原因2:引发剂、促进剂的比例弄错或失效,更换引发剂、促进剂。 
5、制品内气泡太多 
原因1:树脂用量过多 
解决办法: 
1、控制胶含量 
2、注意拌合方式 
原因2:树脂粘度过大
解决办法: 
1、适当增加稀释剂
2、提高环境温度 
原因3:增强材料选择不当 
解决办法:
选用浸透性好的无捻玻璃布
6、流胶
原因1:树脂粘度太小,可加入2~3%的活性氧化硅。 
原因2:配料不均匀,充分搅拌。
原因3:固化剂用量不足, 适当调整固化剂用量。
 
 
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