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        噴射成型工藝(二)

        放大字體  縮小字體 發布日期:2020-03-24  來源:復材應用技術網  瀏覽次數:892
        核心提示:噴射成型工藝流程和工藝參數1、噴射成型工藝流程噴射成型工藝流程如圖所示:2、噴射工藝參數 在噴射成型時,大部分工藝參數都是
         噴射成型工藝流程和工藝參數
        1、噴射成型工藝流程
        噴射成型工藝流程如圖所示:

        2、噴射工藝參數
           在噴射成型時,大部分工藝參數都是對通過操作設備來控制的,所以,選用不同類型或不同型號的噴射機,其控制參數的操作會有不同,實際生產中,要結合設備自身的參數,制定該設備專用的操作說明書,標明控制點及控制范圍。以氣動柱塞外混噴射機為例,噴射成型操作時需要控制的,或可以調整的參數主要有以下幾項:
          (1)引發劑比例 噴射系統中,促進劑用量一般是固定的,引發劑用量可根據環境(溫度和濕度)和制品的要求在0.5%~4%之間調整,故每次噴射前應作凝膠試驗。在噴射裝置中,一般先將樹脂與促進劑按固定比例充分混合,也可從廠家直接購進預促型樹脂,然后將樹脂與引發劑分別通過樹脂泵和引發劑泵在噴槍內部或外部混合。
          (2)樹脂泵壓力 樹脂泵壓力主要根據樹脂溫度、黏度、噴涂面積等因素選擇,通常通過試驗確定。壓縮空氣管徑和管長對出口壓力也有較大影響。當壓力合適時,噴在模具上的樹脂無飛濺、夾帶的空氣少,氣泡能在1~2分鐘內自行消失,表明噴涂面寬度適中,故可以此作為調節壓力的標準。
          (3)噴射量  噴射量太大,影響制品質量,噴射量太小又降低生產效率,因此應控制適中。噴射量與噴射壓力和噴嘴直徑有關,改變動力源壓力可以調節噴射壓力。噴嘴直徑在1.2~3.5mm之間選擇,可使噴射量速度在8~60克/秒之間調整。
          (4)噴槍夾角  預加速樹脂和引發劑在噴槍外的混合程度與噴槍出口的夾角有關。不同夾角噴射出來的樹脂混合交距不同,一般噴槍夾角為20度,噴槍口與模具表面距離為350~400mm,這樣便于操作,膠液混合的質量均勻。如果要改變噴射距離,則需調整噴射夾角以保證樹脂在到達成型面前交集混合。確定噴射距離時,要考慮制品的形狀和膠液飛散等因素。
          (5)纖維與樹脂的混合  被切斷的纖維在落到模具之前應與噴出的樹脂系統充分混合以防止制品中纖維和樹脂分布不均勻。
          (6)噴射走向  一般的噴射走向是從上到下、從右到左、平行、勻速地移動,不能走弧線。相鄰的兩個行程間的重疊寬度為前一個行程寬度的三分之一以便得到一個均勻連續的纖維層。前一層與后—層的走向應交叉或垂直以達到均勻覆蓋的目的。噴槍與噴涂面的夾角最好為90度。
          (7)纖維品種、含量與長度 噴射用無捻粗紗在制品中的含量(質量分數)通??刂圃?0%左右。低于25%輥壓方便,但制品強度太低;纖維含量高于45%時輥壓困難,氣泡也較多。纖維長度以25mm為宜(1英吋)。
            通過設備參數的調整,最終實現對噴射速度、混合效果、纖維含量的控制;通過操作工人的操作,實現產品厚度的均勻性、可控性和對復雜產品的工藝適應性。如果剛剛接觸噴射成型操作,相關參數設定及其效果判斷還不熟練時,要放慢速度,仔細摸索其中規律,噴射工藝總體來說對操作人員的依賴還是十分明顯的,熟練的噴射工可以憑經驗調整各種參數,并以浸漬狀態判斷纖維含量,最終成型高質量的噴射產品。即使是同一產品,對于不同局部的厚度、纖維含量等的要求也可能存在區別,機械地調整各參數只能符合一般性要求,具體情況還需要具體分析對待,久而久之,才能熟練掌握噴射成型工藝。
        噴射成型工藝要點
         (1)成型環境溫度  噴射成型宜在20℃~35℃之間進行,高溫環境中,樹脂固化過快,不好控制,影響制品質量;溫度過低時,膠液黏度驟增,浸漬困難,固化慢。
         (2)制品噴射成型工序要盡量標準化,以免人為因素產生過大的質量差異。
         (3)為避免壓力波動,造成噴射量不穩定,噴射機應由獨立管路供氣,氣體要徹底除濕,以免影響固化。
         (4)盛裝膠液的容器最好有加熱保溫功能,以保證膠液的黏度適宜。
         (5)噴射開始時,應注意纖維和樹脂的噴出量,調整氣壓,以達到規定的纖維含量。
         (6)纖維切割不準時,要調整切紗器的輥間距,并調整氣壓。必要時,需用轉速表重新校驗切紗轉速。
         (7)噴射成型時,在模具表面先噴涂一層樹脂,然后再開動切紗器,噴射最初和最后層時,應盡量薄些,以獲得光滑的表面。
         (8)噴槍移動速度要均勻,不允許漏噴,不能走弧線,相鄰兩個行程間重疊寬度應為單行程的三分之一,以得到均勻連續的涂層,每層涂層的走向應交叉或垂直以使均勻覆蓋。
         (9)每個噴射面噴完后,立即用壓輥輥壓,要特別注意凹凸表面,排出氣泡后再噴下一層。
         (10)特殊部位的噴射,噴射制品曲面時,噴射方向應始終沿曲面的法線方向;噴射溝槽時,應先噴四周和側面,然后再在底部補噴適量纖維,防止底部的樹脂含量過高;噴射轉角時,應從夾角部位向外噴射,防止在尖角處出現膠集聚。
        噴射成型制品存在的問題是離散系數大,其分散性比手糊成型工藝還高(見下表),且噴射成型工藝對每個操作者的操作技能要求比較高,這就要求在進行   
        噴射產品設計時應注意以下幾點:
         (1)在進行結構設計前,先進行工藝參數的確定,以確保產品達到設計要求;
         (2)根據所定工藝參數,制作噴射樣板,并進行各項性能測試,測試數據為結構設計的重要依據;
         (3)在主要受力部位,可采用噴射短切紗與方格布結合使用的方法,來提高材料的機械性能,滿足制品的使用條件。

         

        噴射成型制品的質量控制
        噴射成型制品的缺陷與防治
        1、流掛現象(垂流) 
        產生的原因
        解決措施
        樹脂黏度和觸變指數低
        提高樹脂的黏度和觸變指數(厚度大于5mm時效果不大),提高樹脂噴出的壓力
        噴射時的玻纖體積大
        縮短纖維長度,使槍接近成型面進行噴涂
        纖維含量低
        提高纖維含量
        2、浸漬性差 
        產生的原因
        解決措施
        樹脂含量低
        增加樹脂含量或減少纖維量
        樹脂黏度過大
        降低樹脂黏度或改用低黏度樹脂
        粗紗質量不好
        改變處理劑或更換粗紗型號
        樹脂凝膠過快
        改變樹脂的固化性能
        3、脫落現象
        產生的原因
        解決措施
        樹脂纖維比例不當,樹脂過量
        減少樹脂的噴出量,增加切紗量
        樹脂的黏度和觸變值太低
        提高脂的黏度和觸變度
        噴槍與成型面的距離過小
        控制噴射的距離和方向
        粗紗切割長度不適宜
        按制品的大小和形狀,改變纖維的切割長度

        4、固化不足及固化不勻

        產生的原因
        解決措施
        固化劑分布不均勻
        調整 固化劑噴嘴,使用稀釋的固化劑,增加噴出量,使控制更精確
        噴出的樹脂沒有形成適當的霧狀
        調整霧化,使樹脂呈霧狀
        樹脂反應性過高
        降低樹脂的反應活性
        壓縮空氣內混有過多的水份
        做好壓縮空氣的前段干燥處理工作。

        5、粗紗切割不良

        產生的原因
        解決措施
        刀片磨損
        更換新刀片
        支撐輥磨損
        調整間隙,嚴重時更換支撐輥
        粗紗過粗
        通常的切紗根數為3根以下
        切紗器動力不足
        提升動力,特別是使用壓縮空氣動力時,除保證一定壓力外,還要注意氣源的流量問題
        6、空洞和氣泡
        產生的原因
        解決措施
        脫泡不充分
        加強脫泡作業,使脫泡工序標準化。
        樹脂浸漬不良
        添加消泡劑,確認纖維和樹脂的質量
        使用深色膠液時,脫泡程度難以判斷
        模具的顏色應與產品樹脂的顏色差別盡量大些,以便更易觀察脫泡程度和浸漬情況
        纖維含量高
        降低纖維含量

        7、玻璃纖維堆積

        產生的原因

        解決措施

        樹脂黏度太大

        保證樹脂黏度,觸變性,浸漬性及固化特性

        粗紗粘接劑太軟

        選擇更硬的粘接劑

        噴出的纖維量不勻

        使樹脂和纖維的噴射速度一致,均勻噴射

        8、厚度不勻

        產生的原因
        解決措施
        未掌握好噴射工藝
        制定成型面與噴射槍的距離,噴射方向,樹脂和纖維的粘接劑的一致性等操作標準,并通過訓練以提高熟練程度
        脫泡操作不熟練
        購置合適的脫 泡工具,并進行訓練
        樹脂的固化性能不好
        根據產品的復雜程度及產品設計的積層,選擇合適的樹脂固化時間
        纖維的切割性、分散性不好
        調整及更換切紗器,檢查粗紗的質量

        9、白化及龜裂

        產生的原因
        解決措施
        樹脂固化過快,放熱太大,引起樹脂和纖維的界面剝離
        選擇合適的樹脂,調整固化劑種類用量和固化條件
        纖維表面附有防礙樹脂浸潤的不均勻性表面處理劑如水,油,潤滑酯等
        保證紗的質量
        單次積層時太厚
        控制單層厚度,增加層數
        使用雙頭噴槍時,樹脂噴出量不均
        調整樹脂的噴出量
        樹脂中混有水
        保證壓縮空氣的干燥,保證樹脂的含水量足夠低
        苯乙烯含量過大
        減少苯乙烯的用量,可以加熱來降低黏度
        樹脂與纖維的折射率不匹配
        選擇折射率與玻纖接近的樹脂
        質量控制
           噴射工藝存在的最大問題是分散性大,為降低分散性,必須使材料、技術、設備維護、工藝管理制度化,標準化。
          (1)驗收材料的檢驗項目
               樹脂:固化特性、黏度、觸變指數
               粗紗:硬挺度、浸漬性、切割性、分散性
          (2)操作標準  噴射參數及噴射方法、脫泡方法、缺陷的解決方法。
          (3)工程管理項目  樹脂溫度、模具、噴射時樹脂與纖維比例,噴射量,重量、固化溫度、模具溫度、產品固化后的硬度。
          (4)設備管理項目 噴射成型化、泵、空氣壓縮機、固化爐、輸送管道。
        質量控制的主要檢測指標
            為了確保生產出質量滿足要求的制品,必須實施經過充分研究的管理系統,確定的生產管理。而產品的檢驗是這個生產管理中十分重要的一項。產品檢驗大致分為:常規檢驗和性能檢驗。
        1、常規檢驗
          (1)目測  依靠肉眼對中間產品及成品的內、外表面進行觀測,看是否有缺陷和傷痕等。檢驗時要特別注意涉及增強材料的損傷、纖維分布不均,裂紋,浸漬不良,污垢等
          (2)重量檢驗 由制品的重量來檢驗材料用量。重量在規定范圍以外,視為不合格。
          (3)厚度檢驗 作為制品的檢驗內容,除重量外還要檢驗厚度,厚度可以使用螺旋測微儀或者測厚卡鉗等工具。
          (4)其他 常規檢驗的其它項目有尺寸檢查,功能檢查,結構檢查等。
        2、性能檢驗
           性能檢驗的主要項目有:結構部件及重要組成部分的強度檢驗(拉伸強度、拉伸彈性模量、彎曲強度、彎曲彈性模量、硬度、耐腐蝕性等),還有對制品整體的強度試驗。各項檢測的控制指標,對于不同的產品來講有不同的要求,檢測時可根據相關的標準進行產品質量的評定。
        典型產品及工藝發展
            目前,噴射成型工藝主要應用于大型玻璃纖維增強聚酯樹脂產品的制造,建筑物補強等領域,代表性產品如浴缸、整體衛生間、卡車導流罩、高頂、凈化槽、船身、機罩及容器與管道的內襯層等等。

          隨著復合材料工業的迅速發展,成型設備及原材料體系都不斷得到改進行和完善,噴射工藝也是如此。
            原材料方面,有一種美國開發的hyrizon樹脂是聚酯樹脂與異氰酸樹脂共混得體系用于噴射成型,其特點是纖維伏倒性好,幾乎不需要除泡操作,大大提高了生產效率,且其固化后的玻璃鋼性能也好于聚酯樹脂。該樹脂使用前是雙組分,A組分是異氰酸酯與苯乙烯的混合物,B組分是聚酯樹脂與酯化反應催化劑的混合物,當噴射成型時在噴槍處混合,聚酯樹脂與苯乙烯混合后發生交聯反應,異氰酸酯與酯化反應催化劑混合發生酯化反應,兩種反應產物相互糾纏到一起形成復合高分子物 ,固化物兼有聚酯樹脂的強度和剛度及聚異氰酸氨酯的韌性,耐水性,耐腐蝕性也優異。
            設備方面,美國格拉斯公司推出的第三代外混型噴射機,其特點是維修簡便,無需清洗,不易阻塞,提高了物料的利用率。其外混噴槍的特點是:實現了固化劑和樹脂的完全均勻混合,混效果好過內混型設備,同時該噴槍還增加了空氣助流包容技術,在噴射出的物料周圍形成一道“氣幕”,有效降低的物料的飛散,較其它設備,既能更好的改善工作環境,提高產品質量,并且由于減少了飛散,提高了材料的利用率,降低了產品成本。
            瑞典Aplicator公司制造了采用工業機器人進行噴射生產的設備,采用連續供料系統,由機械手攜帶噴槍進行噴射操作,所有相關參數均數字化并可進行預先設定,編程控制,這一自動化的改進,把操作人員從惡劣的環境中解脫出來,同時操作的穩定性、均勻性、產品重現性均大大優于人工操作,解決了噴射工藝離散性大的問題。
         
        關鍵詞: 玻璃纖維 復合材料
         
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