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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:2565
    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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