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手糊成型工藝解析

放大字體  縮小字體 發布日期:2020-07-13  來源:復材應用技術網  瀏覽次數:2589
核心提示:一、定義手糊成型又稱接觸成型,采用手工方法將纖維增強材料和樹脂膠液在模具上鋪敷成型、室溫(或加熱)、無壓(或低壓)條件下
 一、定義
    手糊成型又稱接觸成型,采用手工方法將纖維增強材料樹脂膠液在模具上鋪敷成型、室溫(或加熱)、無壓(或低壓)條件下固化,脫模成制品的工藝方法。是最早采用和最簡單的方法。
工藝流程
    模具上應預先涂覆脫模劑(石蠟、黃油、甲基硅油、聚乙烯醇溶液、聚氯乙烯薄膜等),常用的樹脂是能在室溫固化的不飽和聚酯樹脂和環氧樹脂。
手糊成型工藝的特點
優點:
  ①不受產品尺寸和形狀限制,適宜尺寸大,批量小,形狀復雜產品的生產。
  ②設備簡單,投資少,設備折舊費低。
  ③工藝簡單。
  ④容易滿足產品設計要求。
  ⑤制品樹脂含量較高,耐腐蝕性好。
缺點:
 ①生產周期長,效率低,勞動強度大,衛生條件差。
 ②產品質量不易控制,性能穩定性不高。
 ③產品力學性能較低。
用途:
   手糊成型法可以制作汽車車體,各種漁船和游艇、儲罐、槽體、衛生間、舞臺道具、波紋瓦、大口徑管件、機身蒙皮、整流罩、火箭殼體、隔音板等復合材料制品。
2.1  原材料的選擇
   合理的原料是滿足產品設計要求,保證質量,降低成本的重要前提。
選用的原材料必須滿足3點要求
  1、產品設計的性能要求
  2、手糊成型工藝要求
  3、價格便宜、材料容易取得
   包括:聚合物基體和增強材料
   目前國內大部分手糊制品均用不飽和聚酯樹脂,約占80%,其次是環氧樹脂。
2.2手糊成型模具與脫模劑
陽模:制品內表面尺寸準確,光滑。成型方便,便于通風。
陰模:制品外表面尺寸準確,光滑。陰模深,操作不便、通風條件不好、衛生條件差。
對模:由陰陽模兩部分組成,制品內外表面均光滑,厚度準確。不適合成型批量少及大型制品(模具、設備投資大)。
拼裝模:一些形狀復雜的產品,為了脫模方便,需要利用拼裝模,即把模具分成幾塊進行拼裝,脫模時可以分塊進行,比較方便。
二、模具材料
    木材、石膏、水泥、石蠟、可溶性鹽、玻璃鋼、陶土、金屬等。
    必須滿足以下要求:
 (1)滿足產品尺寸、精度、外觀及數量的要求;
 (2)有足夠的強度與剛度,不易變形、損壞;
 (3)不受樹脂及輔助材料的浸蝕,不影響樹脂固化;
 (4)易脫模,使用周期長;
 (5)價格便宜,材料易得。
具體材料:
(1)木材
    要求均質、無節。常用紅松、銀杏、棗木等。木材模具表面需要封孔處理。其特點是質輕、易加工;但不耐久。適合于小批量生產小型制品。
(2)石膏
    用半水石膏成型。制造簡便,造價低;不耐用,怕沖擊,適合于小批量生產形狀復雜的制品。
(3)水泥
    制造方便,成本低,有一定強度,適合于制造形狀簡單,表面要求不高的制品。
(4)石蠟
     適合于制作難以取出的型心,一次性使用,成型后融化掉。
(5)金屬
     常用鋼材、鑄鋁等。耐久、不易變形;但加工費用高。適合于小型、大批量生產的高精度制品。
(6)玻璃鋼
     由木?;蚴嗄7?。質輕、耐久、制造方便。適合于中小型制品的批量生產。
2.2.2  手糊成型模具設計要則
(1)設計要點
(2)設計內容
  A、確定模具結構
  B、選定原材料
  C、確立制造方法
  D、繪制模具圖紙
2.2.3  玻璃鋼高級模具
   屬于平整度高,光潔度高的高級模具。
2.2.3.1  玻璃鋼高級模具的要求
(1)具有足夠的強度、剛度。
(2)具有一定硬度(巴柯兒硬度40以上)、耐熱性能承受樹脂固化放熱的收縮作用。
(3)尺寸精確、無潛藏氣孔,殘留劃痕度小于0.1μm。
(4)光澤度達到80-90光澤單位或者目測反光。
2.2.3.2  材料選擇
(1)膠衣樹脂
   應具有收縮率低、延伸率高、耐磨、耐熱、硬度高等優良性能。
   實踐證明:采用環氧樹脂加填料制作模具的膠衣比較合適,或者采用專用的膠衣樹脂制作膠衣層。
   為提高耐磨性可以在膠衣層可加入硬度高的填料,如瓷粉、石英粉、鑄石粉、剛玉粉等。
(2)玻璃纖維表面氈和玻璃纖維短切氈
   作用:A、增強膠衣,防止表面微裂紋;
         B、形成富樹脂層以提高模具光潔度和耐腐蝕性能;
         C、消除玻纖布在表面產生的痕跡。
(3)中堿無捻方格布
(4)不飽和聚酯樹脂
(5)無機填料
 
2.2.3.3   制造工藝
(1)過渡母模的制造 
     材料:石膏或木材
(2)玻璃鋼模具的翻制
     膠衣層制作,涂刷3層,每層0.2-0.5mm,鋪1-2層表面氈;一層短切氈,壓實、浸透排除氣泡。
     鋪無捻方格布。
(3)模具表面處理
   A、粗磨。400#、500# 、600#水砂紙依次水磨。
   B、水砂精磨。1000#、1200#、1500#水砂紙依次研磨。
   C、研磨拋光。將拋光劑涂上后,停留1-2min,用布輪拋光機逐段拋光并反復進行。
(4)表面質量檢測
     要求光澤度在90以上,用ss-82型光電光澤計檢測。
2.2.4 脫模劑
 脫模劑應具備的條件:
(1)不腐蝕模具,不影響固化,與樹脂粘附力??;
(2)成膜迅速、均勻、光滑;
(3)使用簡便、安全,價格便宜。
2.2.4.1  薄膜型脫模劑
   最常用的有:聚酯薄膜、玻璃紙、聚氯乙烯薄膜、聚乙烯薄膜等。
   其中聚酯薄膜應用最普遍,制品平整光滑,具有很好的光潔度,但價格較高。使用厚度一般為0.04 mm 、0.02 mm。
   使用方法:鋪在模具上,或用凡士林貼在模具上。
   優點:脫模效果好,使用方便,材料易得。
   缺點:薄膜的柔韌性、帖服性差,不能用于形狀復雜的制品。
2.2.4.2  混合溶液型脫模劑
(1)聚乙烯醇脫模劑的配制
    一般采用較低分子量的聚乙烯醇。
    在攪拌狀態下,用水將聚乙烯醇加熱溶解(水溫約95℃),冷卻到室溫,往里滴加乙醇或丙酮(邊加邊攪拌)。
    加入甘油可增加膜的柔韌性;
    加入少量洗衣粉,可使成膜均勻;
    加入少量藍、紅墨水可防止漏涂;
    需要干燥快則適當多加乙醇或丙酮。
(2)過氯乙烯脫模劑
  配方:過氯乙烯粉5~10份    
        甲苯+丙酮(1:1)95~90份
    按比例將物料與溶劑混和攪拌,放入密閉容器中(不能用塑料容器)等完全溶解后即可使用。
(3)聚苯乙烯溶液脫模劑
  配方:聚苯乙烯粉   5份   
        甲苯         95份   
    稱量混合,攪拌均勻后,密封放置7天左右,若完全溶解,攪拌均勻即可使用。
  缺點:甲苯有毒
  優點:脫模容易,成模速度快
2.2.4.3   蠟類、油酯類脫模劑
(1)蠟類脫模劑(蠟型脫模劑)
     使用方便、省工省時、價格便宜,脫模效果好,使用廣泛。
(2)油酯類脫模劑
  a、硅酯脫模劑 
     硅酯    100份   
     甲苯    100份
  b、其他油脂脫模劑
     耐熱機油,硅油,凡士林油,變壓器油等。
2.2.4.4  脫模劑復合使用
   對大型制品或外型復雜的制品,多采用幾種脫模劑復合使用,效果較好。
2.3.1  原材料準備
2.3.1.1 膠液準備
   膠液的主要工藝指標是:膠液粘度;凝膠時間。
凝膠時間:指在一定溫度條件下,樹脂中加入定量的引發劑、促進劑或固化劑,從粘流態到失去流動性,變成軟膠狀態凝膠所需的時間。
  一般采用改變引發劑、促進劑的用量調節。
  凝膠過快—來不及操作,制品交聯太嚴重、收縮大、發脆。 
  凝膠過慢—增加了生產周期,且易發生流膠。
影響凝膠時間的主要因素:
  ⑴引發劑、促進劑用量。引發劑、促進劑用量大,凝膠時間縮短;
  ⑵膠液體積的影響。膠液體積越大,熱量不易散失,凝結快;
  ⑶環境溫度、濕度的影響
    氣溫越高,凝結越快
    濕度越小,凝結越快
  ⑷制品表面積影響
    制品表面積大,凝結快。
2.3.1.2  增強材料準備
  a.纖維表面處理(熱處理或化學處理);
  b.使用前烘干處理;
  c.按樣板下料。
下料時應注意以下幾點:
  1、布的方向性。
  2、拼縫應各層錯開。
  3、對圓形制品,布的45°方向變形能力好,可沿此方向裁成布條糊制。
  4、注意經濟使用。
2.3.1.3   膠衣糊準備
  膠衣樹脂種類很多,應根據使用條件進行選擇。
  33號膠衣樹脂(間苯二甲酸型膠衣樹脂),耐水性好;
  36PA膠衣樹脂,自熄性膠衣樹脂(不透明);
  39號膠衣樹脂,耐熱自熄性膠衣樹脂;
  21號膠衣樹脂(新戊二醇型),耐水煮、耐熱、耐污染、柔韌、耐磨膠衣。
  膠衣樹脂的配制
   33號膠衣樹脂  100份  (重量百分比 wt%)
   50%過氧化環己酮二丁酯糊  (引發劑H)白色   4份 
   6%萘酸鈷苯乙烯溶液 (促進劑E)紫色  2~4份
2.3.2 糊制 
2.3.2.1  表面層(膠衣層) 
   一般采用加了顏料的膠衣樹脂制作,也可用普通樹脂制作,需用玻璃纖維表面氈增強防裂。
   表面層的作用:形成富樹脂層、光潔美觀、耐侵蝕、耐水、耐酸堿、耐候等。 
  厚度控制:0.25~0.5mm,單位面積用膠300~500g/m2 。
  操作方法:a、刷涂(需兩遍垂直涂刷,一遍基本固化后再刷另一遍,開始凝膠時鋪纖維氈)。
            b、噴涂。 
影響膠衣噴涂的因素:
(1)觸變指數的影響   用噴射距離調節(也可用壓力調節 )。距離400~500mm,壓力0.4~0.5MPa。
(2)溫度的影響   控制膠衣樹脂溫度25-30℃。
(3)膠衣層中氣泡的影響  嚴禁混入氣泡。
(4)苯乙烯含量的影響   噴涂時苯乙烯揮發可造成固化不好,應注意。
(5)水分影響    膠衣層中嚴禁水分混入,包括樹脂中和模具上。
2.3.2.2   鋪層控制
    在接縫區加一層附加布增強;接縫距離S一般控制在1~2cm。
2.3.2.3  鋪層二次固化拼接
    對于較厚的制品,由于樹脂固化放熱量大,易產生產品的變形與分層。應分兩次鋪層固化。一般δ>7mm時,需分兩次鋪層固化。(實驗中注意?。?
鋪層2次固化的拼接方法: 
   先按一定鋪層錐度糊制各層,使其形成階梯形,達到一定厚度后(不超過7mm),在階梯上鋪放一層“無膠平紋玻璃布”。固化后撕去該層玻璃布并保證拼接面的粗糙度和清潔。然后糊以下各層。 
    對于大表面制品糊完后應覆蓋玻璃紙或薄膜,使與空氣隔絕。
2.3.3 固化
2.3.3.1  不飽和聚酯樹脂的固化
分為:凝膠階段
       定型階段(硬化階段)
       熟化階段(完全固化階段) 
   加入引發劑后,引發劑在一定條件下可以產生游離基,游離基是一種活性很高的物質,可以把樹脂中的雙鍵打開,從而達到聚合交聯的目的。
    因為引發劑一般在60℃以上才能分解出游離基,因此常溫固化時必須加入促進劑,降低其分解溫度。 
引發劑用量對產品性能的影響
   用量過大:反應速度過大,放熱量大,導致樹脂急劇固化,收縮嚴重,產生裂紋。同時影響聚合鏈長度,分子量降低,力學性能下降。
   用量過?。翰蛔阋允箻渲袒耆?。 
2.3.3.1  固化工藝控制
  固化度:樹脂固化反應的程度(用百分率表示),常用丙酮萃取法測定。
  手糊制品的成型工藝條件:溫度15℃以上,濕度小于80%。
  利用上述工藝條件及合理的配方,才能使樹脂固化達到要求的程度。
    一般手糊制品24h脫模(巴氏硬度15~30時);8天即可使用。聚酯玻璃鋼的強度一般到1年后才能穩定。(時間與強度關系見表2-15)。因此,許多制品室溫固化后,為加速其強度發揮,需進行后固化處理(放置24小時后進行)。
   環氧玻璃鋼后固化處理溫度   < 150℃ 。
   聚酯玻璃鋼后固化處理溫度   50℃~80℃。
2.3.4 手糊工藝質量控制
2.3.4.1  影響制品質量的因素
   組分質量;成型與固化過程;制品輔助加工。手糊制品存在的主要質量問題
產生缺陷的原因:
  纖維方面:
  樹脂基體方面:
  施工作業方面:
  固化工藝方面:
  其他方面:
2.3.4.2 質量控制
  在工廠車間,制定質量控制制度時參考。
包括3方面: 
  原材料質量控制
  成型工藝過程控制
  成品質量檢驗
2.3.4.3   手糊成型易發生的缺陷及防止措施
1、膠衣缺陷的防止措施
2、制品皺縮
3、翹曲變形
4、制品表面發粘
原因1:空氣濕度太大,水對樹脂起阻聚作用。
解決辦法: 
(1)在樹脂中加入0.02%左右的液體石蠟; 
(2)在樹脂中摻加5%的異腈酸酯 ;
(3)制品表面覆蓋薄膜隔絕空氣; 
原因2:引發劑、促進劑的比例弄錯或失效,更換引發劑、促進劑。 
5、制品內氣泡太多 
原因1:樹脂用量過多 
解決辦法: 
1、控制膠含量 
2、注意拌合方式 
原因2:樹脂粘度過大
解決辦法: 
1、適當增加稀釋劑
2、提高環境溫度 
原因3:增強材料選擇不當 
解決辦法:
選用浸透性好的無捻玻璃布
6、流膠
原因1:樹脂粘度太小,可加入2~3%的活性氧化硅。 
原因2:配料不均勻,充分攪拌。
原因3:固化劑用量不足, 適當調整固化劑用量。
 
 
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