成型工藝類型
復(fù)合材料成型工藝是復(fù)合材料工業(yè)的發(fā)展基礎(chǔ)和條件。隨著復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬,復(fù)合材料工業(yè)得到迅速發(fā)鎮(zhèn),其老的成型工藝日臻完善,新的成型方法不斷涌現(xiàn),目前聚合物基符合材料的成型方法已有20多種,并成功地用于工業(yè)生產(chǎn),如:
(01)手糊成型工藝--濕法鋪層成型法;
(02)噴射成型工藝;
(03)樹脂傳遞模塑成型技術(shù)(RTM技術(shù));
(04)袋壓法(壓力袋法)成型;
(05)真空袋壓成型;
(06)熱壓罐成型技術(shù);
(07)液壓釜法成型技術(shù);
(08)熱膨脹模塑法成型技術(shù);
(09)夾層結(jié)構(gòu)成型技術(shù);
(10)模壓料生產(chǎn)工藝;
(11)ZMC模壓料注射技術(shù);
(12)模壓成型工藝;
(13)層合板生產(chǎn)技術(shù);
(14)卷制管成型技術(shù);
(15)纖維纏繞制品成型技術(shù); 123456
(16)連續(xù)制板生產(chǎn)工藝;
(17)澆鑄成型技術(shù);
(18)拉擠成型工藝;
(19)連續(xù)纏繞制管工藝;
(20)編織復(fù)合材料制造技術(shù);
(21)熱塑性片狀模塑料制造技術(shù)及冷模沖壓成型工藝;
(22)注射成型工藝;
(23)擠出成型工藝;
(24)離心澆鑄制管成型工藝;
(25)其它成型技術(shù)。
視所選用的樹脂基體材料的不同,上述方法分別適用于熱固性和熱塑性復(fù)合材料的生產(chǎn),有些工藝兩者都適用。
復(fù)合材料制品成型工藝特點(diǎn):與其它材料加工工藝相比,復(fù)合材料成型工藝具有如下特點(diǎn):
?。?)材料制造與制品成型同時完成 一般情況下,復(fù)合材料的生產(chǎn)過程,也就是制品的成型過程。材料的性能必須根據(jù)制品的使用要求進(jìn)行設(shè)計,因此在造反材料、設(shè)計配比、確定纖維鋪層和成型方法時,都必須滿足制品的物化性能、結(jié)構(gòu)形狀和外觀質(zhì)量要求等。
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?。?)制品成型比較簡便 一般熱固性復(fù)合材料的樹脂基體,成型前是流動液體,增強(qiáng)材料是柔軟纖維或織物,因此,用這些材料生產(chǎn)復(fù)合材料制品,所需工序及設(shè)備要比其它材料簡單的多,對于某些制品僅需一套模具便能生產(chǎn)。
層壓及卷管成型
1、層壓成型工藝
層壓成型是將預(yù)浸膠布按照產(chǎn)品形狀和尺寸進(jìn)行剪裁、疊加后,放入兩個拋光的金屬模具之間,加溫加壓成型復(fù)合材料制品的生產(chǎn)工藝。它是復(fù)合材料成型工藝中發(fā)展較早、也較成熟的一種成型方法。該工藝主要用于生產(chǎn)電絕緣板和印刷電路板材?,F(xiàn)在,印刷電路板材已廣泛應(yīng)用于各類收音機(jī)、電視機(jī)、電話機(jī)和移動電話機(jī)、電腦產(chǎn)品、各類控制電路等所有需要平面集成電路的產(chǎn)品中。
層壓工藝主要用于生產(chǎn)各種規(guī)格的復(fù)合材料板材,具有機(jī)械化、自動化程度高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn),但一次性投資較大,適用于批量生產(chǎn),并且只能生產(chǎn)板材,且規(guī)格受到設(shè)備的限制。
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層壓工藝過程大致包括:預(yù)浸膠布制備、膠布裁剪疊合、熱壓、冷卻、脫模、加工、后處理等工序
2、卷管成型工藝
卷管成型工是用預(yù)浸膠布在卷管機(jī)上熱卷成型的一種復(fù)合材料制品成型方法,其原理是借助卷管機(jī)上的熱輥,將膠布軟化,使膠布上的樹脂熔融。在一定的張力作用下,輥筒在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,借助輥筒與芯模之間的摩擦力,將膠布連續(xù)卷到芯管上,直到要求的厚度,然后經(jīng)冷輥冷卻定型,從卷管機(jī)上取下,送入固化爐中固化。管材固化后,脫去芯模,即得復(fù)合材料卷管。
卷管成型按其上布方法的不同而可分為手工上布法和連續(xù)機(jī)械法兩種。其基本過程是:首先清理各輥筒,然后將熱輥加熱到設(shè)定溫度,調(diào)整好膠布張力。在壓輥不施加壓力的情況下,將引頭布先在涂有脫模劑的管芯模上纏上約1圈,然后放下壓輥,將引頭布貼在熱輥上,同時將膠布拉上,蓋貼在引頭布的加熱部分,與引頭布相搭接。引頭布的長度約為800~1200mm,視管徑而定,引頭布與膠布的搭接長度,一般為150~250mm。在卷制厚壁管材時,可在卷制正常運(yùn)行后,將芯模的旋轉(zhuǎn)速度適當(dāng)加快,在接近設(shè)計壁厚時再減慢轉(zhuǎn)速,至達(dá)到設(shè)計厚度時,切斷膠布。然后在保持壓輥壓力的情況下,繼續(xù)使芯模旋轉(zhuǎn)1~2圈。最后提升壓輥,測量管坯外徑,合格后,從卷管機(jī)上取出,送入固化爐中固化成型。
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3、預(yù)浸膠布制備工藝
預(yù)浸膠布是生產(chǎn)復(fù)合材料層壓板材、卷管和布帶纏繞制品的半成品。
?。?)原材料 預(yù)浸膠布生產(chǎn)所需的主要原材料有增強(qiáng)材料(如玻璃布、石棉布、合成纖維布、玻璃纖維氈、石棉氈、碳纖維、芳綸纖維、石棉紙、牛皮等)和合成樹脂(如酚醛樹脂、氨基樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、有機(jī)硅樹脂等)。
(2)預(yù)浸膠布的制備工藝 預(yù)浸膠布的制備是使用經(jīng)熱處理或化學(xué)處理的玻璃布,經(jīng)浸膠槽浸漬樹脂膠液,通過刮膠裝置和牽引裝置控制膠布的樹脂含量,在一定的溫度下,經(jīng)過一定時間的洪烤,使樹脂由A階轉(zhuǎn)至B階,從而得到所需的預(yù)浸膠布。通常將此過程稱之為玻璃的浸膠。
樹脂傳遞模塑成型
樹脂傳遞模塑成型簡稱RTM(Resin Transfer Molding)。RTM起始于50年代,是手糊成型工藝改進(jìn)的一種閉模成型技術(shù),可以生產(chǎn)出兩面光的制品。在國外屬于這一工藝范疇的還有樹脂注射工藝(Resin Injection)和壓力注射工藝(Pressure Infection)。
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RTM的基本原理是將玻璃纖維增強(qiáng)材料鋪放到閉模的模腔內(nèi),用壓力將樹脂膠液注入模腔,浸透玻纖增強(qiáng)材料,然后固化,脫模成型制品。
從上前的研究水平來看,RTM技術(shù)的研究發(fā)展方向?qū)ㄎC(jī)控制注射機(jī)組,增強(qiáng)材料預(yù)成型技術(shù),低成本模具,快速樹脂固化體系,工藝穩(wěn)定性和適應(yīng)性等。
RTM成型技術(shù)的特點(diǎn):①可以制造兩面光的制品;②成型效率高,適合于中等規(guī)模的玻璃鋼產(chǎn)品生產(chǎn)(20000件/年以內(nèi));③RTM為閉模操作,不污染環(huán)境,不損害工人健康;④增強(qiáng)材料可以任意方向鋪放,容易實現(xiàn)按制品受力狀況例題鋪放增強(qiáng)材料;⑤原材料及能源消耗少;⑥建廠投資少,上馬快。
RTM技術(shù)適用范圍很廣,目前已廣泛用于建筑、交通、電訊、衛(wèi)生、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域。已開發(fā)的產(chǎn)品有:汽車殼體及部件、娛樂車構(gòu)件、螺旋漿、8.5m長的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片、天線罩、機(jī)器罩、浴盆、沐浴間、游泳池板、座椅、水箱、電話亭、電線桿、小型游艇等。
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(1)RTM工藝及設(shè)備
成型工藝 RTM全部生產(chǎn)過程分11道工序,各工序的操作人員及工具、設(shè)備位置固定,模具由小車運(yùn)送,依次經(jīng)過每一道工序,實現(xiàn)流水作業(yè)。模具在流水線上的循環(huán)時間,基本上反映了制品的生產(chǎn)周期,小型制品一般只需十幾分鐘,大型制品的生產(chǎn)周期可以控制在1h以內(nèi)完成。
成型設(shè)備 RTM成型設(shè)備主要是樹脂壓注機(jī)和模具。①樹脂村注機(jī) 樹脂壓注機(jī)由樹脂泵、注射槍組成。樹脂泵是一組活塞式往復(fù)泵,最上端是一個空氣動力泵。當(dāng)壓縮空氣驅(qū)動空氣泵活塞上下運(yùn)動時,樹脂泵將桶中樹脂經(jīng)過流量控制器、過濾器定量地抽入樹脂貯存器,側(cè)向杠桿使催化劑泵運(yùn)動,將催化劑定量地抽至貯存器。壓縮空氣充入兩個貯存器,產(chǎn)生與泵壓力相反的緩沖力,保證樹脂和催化劑能穩(wěn)定的流向注射槍頭。注射槍口后有一個靜態(tài)紊流混合器,可使樹脂和催化劑在無氣狀態(tài)下混合均勻,然后經(jīng)槍口注入模具,混合器后面設(shè)計有清洗劑入口,它與一個有0.28MPa壓力的溶劑罐相聯(lián),當(dāng)機(jī)器使用完后,打開開關(guān),溶劑自動噴出,將注射槍清洗干凈。②模具 RTM模具分玻璃鋼模、玻璃鋼表面鍍金屬模和金屬模3種。玻璃鋼模具容易制造,價格較低,聚酯玻璃鋼模具可使用2000次,環(huán)氧玻璃鋼模具可使用4000次。表面鍍金屬的玻璃鋼模具可使用10000次以上。金屬模具在RTM工藝中很少使用,一般來講,RTM的模具費(fèi)僅為SMC的2%~16%。
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?。?)RTM原材料
RTM用的原材料有樹脂體系、增強(qiáng)材料和填料。
樹脂體系 RTM工藝用的樹脂主要是不飽和聚酯樹脂。
增強(qiáng)材料 一般RTM的增強(qiáng)材料主要是玻璃纖維,其含量為25%~45%(重量比);常用的增強(qiáng)材料有玻璃纖維連續(xù)氈、復(fù)合氈及方格布。
填料 填料對RTM工藝很重要,它不僅能降低成本,改善性能,而且能在樹脂固化放熱階段吸收熱量。常用的填料有氫氧化鋁、玻璃微珠、碳酸鈣、云母等。其用量為20%~40%。
袋壓法、熱壓罐法、液壓釜法和熱膨脹模塑法成型
袋壓法、熱壓罐法、液壓釜法和熱膨脹模塑法統(tǒng)稱為低壓成型工藝。其成型過程是用手工鋪疊方式,將增強(qiáng)材料和樹脂(含預(yù)浸材料)按設(shè)計方向和順序逐層鋪放到模具上,達(dá)到規(guī)定厚度后,經(jīng)加壓、加熱、固化、脫模、修整而獲得制品。四種方法與手糊成型工藝的區(qū)別僅在于加壓固化這道工序。因此,它們只是手糊成型工藝的改進(jìn),是為了提高制品的密實度和層間粘接強(qiáng)度。
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以高強(qiáng)度玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維和環(huán)氧樹脂為原材料,用低壓成型方法制造的高性能復(fù)合材料制品,已廣泛用于飛機(jī)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星和航天飛機(jī)。如飛機(jī)艙門、整流罩、機(jī)載雷達(dá)罩,支架、機(jī)翼、尾翼、隔板、壁板及隱形飛機(jī)等。
?。?)袋壓法
袋壓成型是將手糊成型的未固化制品,通過橡膠袋或其它彈性材料向其施加氣體或液體壓力,使制品在壓力下密實,固化。
袋壓成型法的優(yōu)點(diǎn)是:①產(chǎn)品兩面光滑;②能適應(yīng)聚酯、環(huán)氧和酚醛樹脂;③產(chǎn)品重量比手糊高。
袋壓成型分壓力袋法和真空袋法2種:①壓力袋法 壓力袋法是將手糊成型未固化的制品放入一橡膠袋,固定好蓋板,然后通入壓縮空氣或蒸汽(0.25~0.5MPa),使制品在熱壓條件下固化。②真空袋法 此法是將手糊成型未固化的制品,加蓋一層橡膠膜,制品處于橡膠膜和模具之間,密封周邊,抽真空(0.05~0.07MPa),使制品中的氣泡和揮發(fā)物排除。真空袋成型法由于真空壓力較小,故此法僅用于聚酯和環(huán)氧復(fù)合材料制品的濕法成型。
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?。?)熱壓釜和液壓釜法
熱壓釜和液壓釜法都是在金屬容器內(nèi),通過壓縮氣體或液體對未固化的手糊制品加熱、加壓,使其固化成型的一種工藝。
熱壓釜法 熱壓釜是一個臥式金屬壓力容器,未固化的手糊制品,加上密封膠袋,抽真空,然后連同模具用小車推進(jìn)熱壓釜內(nèi),通入蒸汽(壓力為1.5~2.5MPa),并抽真空,對制品加壓、加熱,排出氣泡,使其在熱壓條件下固化。它綜合了壓力袋法和真空袋法的優(yōu)點(diǎn),生產(chǎn)周期短,產(chǎn)品質(zhì)量高。熱壓釜法能夠生產(chǎn)尺寸較大、形狀復(fù)雜的高質(zhì)量、高性能復(fù)合材料制品。產(chǎn)品尺寸受熱壓釜限制,目前國內(nèi)最大的熱壓釜直徑為2.5m,長18m,已開發(fā)應(yīng)用的產(chǎn)品有機(jī)翼、尾翼、衛(wèi)星天線反射器,導(dǎo)彈再入體、機(jī)載夾層結(jié)構(gòu)雷達(dá)罩等。此法的最大缺點(diǎn)是設(shè)備投資大,重量大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,費(fèi)用高等。
液壓釜法 液壓釜是一個密閉的壓力容器,體積比熱壓釜小,直立放置,生產(chǎn)時通入壓力熱水,對未固化的手糊制品加熱、加壓,使其固化。液壓釜的壓力可達(dá)到2MPa或更高,溫度為80~100℃。用油載體、熱度可達(dá)200℃。此法生產(chǎn)的產(chǎn)品密實,周期短,液壓釜法的缺點(diǎn)是設(shè)備投資較大。
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?。?)熱膨脹模塑法
熱膨脹模塑法是用于生產(chǎn)空腹、薄壁高性能復(fù)合材料制品的一種工藝。其工作原理是采用不同膨脹系數(shù)的模具材料,利用其受熱體積膨脹不同產(chǎn)生的擠壓力,對制品施工壓力。熱膨脹模塑法的陽模是膨脹系數(shù)大的硅橡膠,陰模是膨脹系數(shù)小的金屬材料,手糊未固化的制品放在陽模和陰模之間。加熱時由于陽、陰模的膨脹系數(shù)不同,產(chǎn)生巨大的變形差異,使制品在熱壓下固化。
噴射成型技術(shù)
噴射成型技術(shù)是手糊成型的改進(jìn),半機(jī)械化程度。噴射成型技術(shù)在復(fù)合材料成型工藝中所占比例較大,如美國占9.1%,西歐占11.3%,日本占21%。目前國內(nèi)用的噴射成型機(jī)主要是從美國進(jìn)口。
(1)噴射成型工藝原理及優(yōu)缺點(diǎn)
噴射成型工藝是將混有引發(fā)劑和促進(jìn)劑的兩種聚酯分別從噴槍兩側(cè)噴出,同時將切斷的玻纖粗紗,由噴槍中心噴出,使其與樹脂均勻混合,沉積到模具上,當(dāng)沉積到一定厚度時,用輥輪壓實,使纖維浸透樹脂,排除氣泡,固化后成制品。
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噴射成型的優(yōu)點(diǎn):①用玻纖粗紗代替織物,可降低材料成本;②生產(chǎn)效率比手糊的高2~4倍;③產(chǎn)品整體性好,無接縫,層間剪切強(qiáng)度高,樹脂含量高,抗腐蝕、耐滲漏性好;④可減少飛邊,裁布屑及剩余膠液的消耗;⑤產(chǎn)品尺寸、形狀不受限制。其缺點(diǎn)為:①樹脂含量高,制品強(qiáng)度低;②產(chǎn)品只能做到單面光滑;③污染環(huán)境,有害工人健康。
噴射成型效率達(dá)15kg/min,故適合于大型船體制造。已廣泛用于加工浴盆、機(jī)器外罩、整體衛(wèi)生間,汽車車身構(gòu)件及大型浮雕制品等。
?。?)生產(chǎn)準(zhǔn)備
場地 噴射成型場地除滿足手糊工藝要求外,要特別注意環(huán)境排風(fēng)。根據(jù)產(chǎn)品尺寸大小,操作間可建成密閉式,以節(jié)省能源。
材料準(zhǔn)備 原材料主要是樹脂(主要用不飽和聚酯樹脂)和無捻玻纖粗紗。
模具準(zhǔn)備 準(zhǔn)備工作包括清理、組裝及涂脫模劑等。
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噴射成型設(shè)備 噴射成型機(jī)分壓力罐式和泵供式兩種:①泵式供膠噴射成型機(jī),是將樹脂引發(fā)劑和促進(jìn)劑分別由泵輸送到靜態(tài)混合器中,充分混合后再由噴槍噴出,稱為槍內(nèi)混合型。其組成部分為氣動控制系統(tǒng)、樹脂泵、助劑泵、混合器、噴槍、纖維切割噴射器等。樹脂泵和助劑泵由搖臂剛性連接,調(diào)節(jié)助劑泵在搖臂上的位置,可保證配料比例。在空壓機(jī)作用下,樹脂和助劑在混合器內(nèi)均勻混合,經(jīng)噴槍形成霧滴,與切斷的纖維連續(xù)地噴射到模具表面。這種噴射機(jī)只有一個膠液噴槍,結(jié)構(gòu)簡單,重量輕,引發(fā)劑浪費(fèi)少,但因系內(nèi)混合,使完后要立即清洗,以防止噴射堵塞。②壓力罐式供膠噴射機(jī)是將樹脂膠液分別裝在壓力罐中,靠進(jìn)入罐中的氣體壓力,使膠液進(jìn)入噴槍連續(xù)噴出。安是由兩個樹脂罐、管道、閥門、噴槍、纖維切割噴射器、小車及支架組成。工作時,接通壓縮空氣氣源,使壓縮空氣經(jīng)過氣水分離器進(jìn)入樹脂罐、玻纖切割器和噴槍,使樹脂和玻璃纖維連續(xù)不斷的由噴槍噴出,樹脂霧化,玻纖分散,混合均勻后沉落到模具上。這種噴射機(jī)是樹脂在噴槍外混合,故不易堵塞噴槍嘴。
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?。?)噴射成型工藝控制
噴射工藝參數(shù)選擇:①樹脂含量 噴射成型的制品中,樹脂含量控制在60%左右。②噴霧壓力 當(dāng)樹脂粘度為0.2Pa·s,樹脂罐壓力為0.05~0.15MPa時,霧化壓力為0.3~0.55MPa,方能保證組分混合均勻。③噴槍夾角 不同夾角噴出來的樹脂混合交距不同,一般選用20°夾角,噴槍與模具的距離為350~400mm。改變距離,要高速噴槍夾角,保證各組分在靠近模具表面處交集混合,防止膠液飛失。
噴射成型應(yīng)注意事項:①環(huán)境溫度應(yīng)控制在(25±5)℃,過高,易引起噴槍堵塞;過低,混合不均勻,固化慢;②噴射機(jī)系統(tǒng)內(nèi)不允許有水分存在,否則會影響產(chǎn)品質(zhì)量;③成型前,模具上先噴一層樹脂,然后再噴樹脂纖維混合層;④噴射成型前,先調(diào)整氣壓,控制樹脂和玻纖含量;⑤噴槍要均勻移動,防止漏噴,不能走弧線,兩行之間的重疊富庶小于1/3,要保證覆蓋均勻和厚度均勻;⑥噴完一層后,立即用輥輪壓實,要注意棱角和凹凸表面,保證每層壓平,排出氣泡,防止帶起纖維造成毛刺;⑦每層噴完后,要進(jìn)行檢查,合格后再噴下一層;⑧最后一層要噴薄些,使表面光滑;⑨噴射機(jī)用完后要立即清洗,防止樹脂固化,損壞設(shè)備。
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泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)制造技術(shù)
?。?)原材料 泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)用的原材料分為面板(蒙皮)材料、夾芯材料和粘接劑。①面板材料 主要是用玻璃布和樹脂制成的薄板,與蜂窩夾層結(jié)構(gòu)面板用的材料相同。②粘接劑 面板和夾芯材料的粘接劑,主要取決于泡沫塑料種類,如聚苯乙烯泡沫塑料,不能用不飽和聚酯樹脂粘接。③泡沫夾芯材料 泡沫塑料的種類很多,其分類方法有兩種:一種是按樹脂基體分,可分為:聚氯乙烯泡沫塑料,聚苯乙烯泡沫塑料,聚乙烯泡沫塑料,聚氨酯泡沫塑料,酚醛,環(huán)氧及不飽和聚酯等熱固性泡沫塑料等。另一種是近硬度分,可分為硬質(zhì)、半硬質(zhì)和軟質(zhì)三種。用泡沫塑料芯材生產(chǎn)夾層結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是防寒、絕熱,隔音性能好,質(zhì)量輕,與蒙面粘接面大,能均勻傳遞荷載,抗沖擊性能好等。
?。?)泡沫塑料制造技術(shù) 生產(chǎn)泡沫塑料的發(fā)泡方法較多,有機(jī)械發(fā)泡法、惰性氣體混溶減壓發(fā)泡法、低沸點(diǎn)液體蒸發(fā)發(fā)泡法、發(fā)泡劑分解放氣發(fā)泡法和原料組分相互反應(yīng)放氣發(fā)泡法等。①機(jī)械發(fā)泡法 利用強(qiáng)烈機(jī)械攪拌,將氣體混入到聚合物溶液、乳液或懸浮液中,形成泡沫體,然后經(jīng)固化而獲得泡沫塑料。②惰性氣體混溶減壓發(fā)泡法 利用惰性氣體(如氮?dú)?、二氧化碳等)無色、無臭、難與其它化學(xué)元素化合的原理,在高壓下壓入聚合物中,經(jīng)升溫、減壓、使氣體膨脹發(fā)泡。③低沸點(diǎn)液體蒸發(fā)發(fā)泡法 將低沸點(diǎn)液體壓入聚合物中,然后加熱聚合物,當(dāng)聚合物軟化、液體達(dá)到沸點(diǎn)時,借助液體氣化產(chǎn)生的蒸氣壓力,使聚合物發(fā)泡成泡沫體。④化學(xué)發(fā)泡劑發(fā)泡法 借助發(fā)泡劑在熱作用下分解產(chǎn)生的氣體,使聚合物體積膨脹,形成泡沫塑料。⑤原料化學(xué)反應(yīng)發(fā)泡法 此法是利用能發(fā)泡的原料組分,相互反應(yīng)放出二氧化碳或氮?dú)獾仁咕酆衔锱蛎洶l(fā)泡成泡沫體。
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?。?)泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)制造 泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)的制造方法有:預(yù)制粘接法、現(xiàn)場澆注成型法和連續(xù)機(jī)械成型法三種。①預(yù)制粘接法 將蒙皮和泡沫塑料芯材分別制造,然后再將它們粘接成整體。預(yù)制成型法的優(yōu)點(diǎn)是能適用各種泡沫塑料,工藝簡單,不需要復(fù)雜機(jī)械設(shè)備等。其缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率低,質(zhì)量不易保證。②整體澆注成型法 先預(yù)制好夾層結(jié)構(gòu)的外殼,然后將混合均勻的泡沫料漿澆入殼體內(nèi),經(jīng)過發(fā)泡成型和固化處理,使泡沫漲滿腔體,并和殼體粘接成一個整體結(jié)構(gòu)。③連續(xù)成型法 適用于生產(chǎn)泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)板材。
其它成型工藝
聚合物基復(fù)合材料的其它成型工藝,主要指離心成型工藝、澆鑄成型工藝、彈性體貯存樹脂成型工藝(ERM)、增強(qiáng)反應(yīng)注射成型工藝(RRIM)等。
1、離心成型工藝
離心成型工藝在復(fù)合材料制品生產(chǎn)中,主要是用于制造管材(地埋管),它是將樹脂、玻璃纖維和填料按一定比例和方法加入到旋轉(zhuǎn)的模腔內(nèi),依靠高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力,使物料擠壓密實,固化成型。
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離心玻璃鋼管分為壓力管非壓力管兩類,其使用壓力為0~18MPa。這種管的管徑一般為φ400~φ2500mm,最大管徑或達(dá)5m,以φ1200mm以上管徑經(jīng)濟(jì)效果最佳,離心管的長度2~12m,一般為6 m。
離心玻璃鋼管的優(yōu)點(diǎn)很多,與普通玻璃鋼管和混凝土管相比,它強(qiáng)度高、重量輕,防腐、耐磨(是石棉水泥管的5~10倍)、節(jié)能、耐久(50年以上)及綜合工程造價低,特別是大口徑管等;與纏繞加砂玻璃鋼管相比,其最大特點(diǎn)是剛度大,成本低,管壁可以按其功能設(shè)計成多層結(jié)構(gòu)。離心法制管質(zhì)量穩(wěn)定,原材料損耗少,其綜合成本低于鋼管。離心玻璃鋼管可埋深15m,能隨真空及外壓。其缺點(diǎn)是內(nèi)表面不夠光滑,水力學(xué)特性比較差。
離心玻璃鋼管的應(yīng)用前景十分廣闊,其主要應(yīng)用范圍包括:給水及排水工程干管,油田注水管、污水管、化工防腐管等。
?。?)原材料
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生產(chǎn)離心管的原材料有樹脂、玻璃纖維及填料(粉狀和粒狀填料)等。
樹脂 應(yīng)用最廣的是不飽和聚酯樹脂,可根據(jù)使用條件和工藝要求選擇樹脂牌號和固化劑。
增強(qiáng)材料 主工是玻璃纖維及其制品。玻纖制品有連續(xù)纖維氈、網(wǎng)格布及單向布等,制造異形斷面制品時,可先將玻纖制成預(yù)制品,然后放入模內(nèi)。
填料 填料的作是用增加制品的剛度、厚度、降低成本,填料的種類要根據(jù)使用要求選擇,一般為石英砂、石英粉、輝綠巖粉等。
?。?)工藝流程
離心制管的加料方法與纏繞成型工藝不同,加料系統(tǒng)是把樹脂、纖維和填料的供料裝置,統(tǒng)一安裝在可往復(fù)運(yùn)動的小車上。
(3)模具
離心法生產(chǎn)玻璃鋼管的模具,主要是鋼模,模具分整體式和拼裝式兩種:小于φ800mm管的模具,用整體式,大于φ800mm管的模具,可以用拼裝式。
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模具設(shè)計要保證有足夠的強(qiáng)度和剛度,防止旋轉(zhuǎn)、震動過程中變形。模具由管身、封頭、托輪箍組成。管身由鋼板卷焊而成,小直徑管身可用無縫鋼管。封頭的作用是增加管模端頭的強(qiáng)度和防止物料外流。托輪箍的作用是支撐模具,傳遞旋轉(zhuǎn)力,使模具在離心機(jī)上高速度旋轉(zhuǎn),模具的管身內(nèi)表面必須平整,光滑,一般都要精加工和拋光,保證順利脫模。
2、澆注成型工藝
澆注成型主要用于生產(chǎn)無纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料制品,如人造大理石,鈕扣、包埋動、植物標(biāo)本、工藝品、錨桿固定劑、裝飾板等。
澆注成型比較簡單,但要生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品,則需要熟練的操作技術(shù)。
(1)鈕扣生產(chǎn)工藝
用聚酯樹脂澆注的鈕扣,具有硬度高,光澤好,耐磨、耐燙、耐干洗、花色品種多及價格低等優(yōu)點(diǎn),目前在國內(nèi)外已基本取代了有機(jī)玻璃鈕扣,占鈕扣市場80%以上。
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生產(chǎn)鈕扣的原料主要是不飽和聚酯樹脂、固化劑(引發(fā)劑采用過氧化甲乙酮)和輔助材料(包括色漿、珠光粉、觸變劑等)。
聚酯鈕扣采用離心澆注式棒材澆注法生產(chǎn),先制成板材或棒材,然后經(jīng)切板、切棒制成鈕扣,再經(jīng)熱處理、刮面、刮底、銑槽、打眼、拋光等工序制成鈕扣。
(2)人造石材生產(chǎn)工藝
人造石材是用不飽和聚酯樹脂和填料制成的。由于所選用的填料不同,制成的人造石材分為人造大理石、人造瑪瑙、人造花崗石和聚酯混凝土等。
生產(chǎn)人造石材的原材料是不飽和聚酯樹脂,填料和顏料:①樹脂 生產(chǎn)人造石材的樹脂分面層和結(jié)構(gòu)層兩各,表面裝飾層樹脂要求收縮性小,有韌性、硬度好,耐熱、耐磨、耐水等,同時要求易調(diào)色。辛戌二醇鄰苯型樹脂用于人造石材,辛戌二醇間苯型樹脂用于生產(chǎn)衛(wèi)生潔具。固化體系,常用過氧化甲乙酮、萘酸鈷溶液。②填料 生產(chǎn)人造石材的填料有很多,生產(chǎn)人造大理石的填料是大理石粉,石英粉、白云石粉、碳酸鈣粉等,生產(chǎn)人造花崗石的填料是用粒料級配,不同品種花崗石用不同色彩的粒料,生產(chǎn)人瑪瑙的填料要有一定透明性,一般選用氫氧化鋁或三氧化二鋁等。③顏料 生產(chǎn)人造石材需要各色顏料,如制人造大理石或人造瑪瑙浴盆,應(yīng)選擇耐熱、耐水的色漿,制造裝飾板及工藝品時,要選用耐光、耐水及耐久的顏料。
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生產(chǎn)人造大理石、花崗石板材用的模具材料有玻璃鋼、不銹鋼、塑料、玻璃等。生產(chǎn)人造石板材的模板,要求表面平整,光澤、有足夠的強(qiáng)度和剛度,能經(jīng)受生產(chǎn)過程中的熱應(yīng)力、搬運(yùn)荷載及碰撞等。
3、彈性體貯樹脂模塑成型技術(shù)
彈性體貯樹脂模塑成型(Elastic Reservir Molding, ERM)是80年代在歐美出現(xiàn)的新工藝,它是用柔性材料(開孔聚氨酯泡沫塑料)作為芯材并滲入樹脂糊。這種滲有樹脂糊的泡沫體留在成型好的ERM材料中間,泡沫體使ERM制成的產(chǎn)品密度降低,沖擊強(qiáng)度和剛度提高,故可稱為壓制成型的夾層結(jié)構(gòu)制品。
ERM與SMC一樣,同屬于模壓成型的片狀模塑料,只是由于ERM具有夾層結(jié)構(gòu)的構(gòu)造,給它帶來優(yōu)于SMC的特點(diǎn):(1)重量輕:ERM比用氈和SMC制成的制品輕30%以上;(2)ERM制品的比剛度優(yōu)于SMC、鋁和鋼制成的制品;(3)搞沖擊強(qiáng)度高:在增強(qiáng)材料含量相同的條件下,ERM比SMC的抗沖擊強(qiáng)度高很多;(4)物理力學(xué)性能高:在增強(qiáng)材料含量相同的條件下,ERM制品的物理力學(xué)性能優(yōu)于SMC制品;(5)投資費(fèi)用低:ERM成型機(jī)組比SMC機(jī)組簡單,ERM制品成型壓力比SMC制品低10倍左右,故生產(chǎn)ERM制品時可以采用低噸位壓機(jī)和低強(qiáng)度材料模具,從而減少建投資。
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ERM制品生產(chǎn)工藝分為ERM制造和ERM制品成型兩個過程:
?。?)ERM生產(chǎn)工藝 ERM生產(chǎn)原材料為開孔聚氨酯泡沫塑料,各種纖維制品(如玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維制成的短切氈、連續(xù)纖維氈、針織氈等)和各種熱固性樹脂。其生產(chǎn)過程如下:先在ERM機(jī)組上將調(diào)好的樹脂糊浸漬開孔聚氨酯泡沫塑料,通過涂刮器將樹脂糊涂到泡沫上,用壓輥將樹脂糊壓擠到泡沫體的孔內(nèi),然后將兩層泡沫復(fù)合到一起,最后在上下兩個面鋪放玻纖維氈或其它纖維制品,制成ERM夾層材料,切割成適宜的尺寸,用于壓制成型或貯存。
?。?)ERM制品生產(chǎn)工藝 ERM制品生產(chǎn)過程與其它熱固性模壓料(玻纖布或氈預(yù)浸料、SMC等)相比,需要在熱壓條件下固化成型,但成型壓力比SMC小很多,大約是SMC成型壓力的1/10,為0.5~0.7MPa。
ERM技術(shù)目前主要用于汽車工業(yè)材料和輕質(zhì)建筑復(fù)合材料工業(yè)。由于ERM具有夾層結(jié)構(gòu)材料的特點(diǎn),是適用于生產(chǎn)大型結(jié)構(gòu)的組合部件,各種輕質(zhì)板材,活動房屋、雷達(dá)罩,房門等。在汽車工業(yè)中的制品有行李車拖斗、蓋板、儀表盤、保險杠、車門、底板等。
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4、增強(qiáng)反應(yīng)注射模塑技術(shù)
增強(qiáng)反應(yīng)注射模塑工藝(Reinforced Reaction Injection Molding, RRIM)是利用高壓沖擊來混合兩種單體物料及短纖維增強(qiáng)材料,并將其注射到模腔內(nèi),經(jīng)快速固化反應(yīng)形成制品的一種成型方法。如果不用增強(qiáng)材料,則稱為反應(yīng)注射模塑(Reaction Injection Moling, RIM)。采用連續(xù)纖維增強(qiáng)時,稱為結(jié)構(gòu)反應(yīng)注射模塑(Structure Reaction Injection Molding, SRIM)。
RRIM的原材料分樹脂體系和增強(qiáng)材料兩類
?。?)樹脂體系 生產(chǎn)RRIM的樹脂應(yīng)滯如下要求:①必須由兩種以上的單體組成;②單體在室溫條件下能保持穩(wěn)定;③粘度適當(dāng),容易用泵輸送;④單體混合后,能快速固化;⑤固化反應(yīng)不產(chǎn)生副產(chǎn)物。應(yīng)用最多的是聚氨酯樹脂、不飽和聚酯樹脂和環(huán)氧樹脂。
?。?)增強(qiáng)材料 常用的增強(qiáng)材料有玻璃纖維粉、玻璃纖維和玻璃微珠。為了增加增強(qiáng)材料與樹脂的粘接強(qiáng)度,上述增強(qiáng)材料都采用增強(qiáng)偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理。
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RRIM的工藝特點(diǎn):①產(chǎn)品設(shè)計自由度大,可以生產(chǎn)大尺寸部件;②成型壓力低(0.35~0.7MPa),反應(yīng)成型時,無模壓應(yīng)力,產(chǎn)品在模內(nèi)發(fā)熱量??;③制品收縮率低,尺寸穩(wěn)定性好,因加有大量填料和增強(qiáng)材料,減少了樹脂固化收縮;④制品鑲嵌件工藝簡便;⑤制品表面質(zhì)量好,玻璃粉和玻璃微珠能提高制品耐磨性和耐熱性;⑥生產(chǎn)設(shè)備簡單,模具費(fèi)用低,成型周期短,制品生產(chǎn)成本低。
RRIM制品的最大用戶是汽車工為,可做汽車保險杠、儀表盤,高強(qiáng)度RRIM制品可以做汽車的結(jié)構(gòu)材料、承載材料。由于其成型周期短,性能可設(shè)計,在電絕緣工程、防腐工程、機(jī)械儀表工業(yè)中代替工程塑料及高分子合金應(yīng)用。