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1、海南大学2013-2014学年度第1学期复合材料生产工艺论文题目玻璃钢工艺设计姓名：周俊琛学号：学院：材料与化工学院玻璃钢工艺设计【摘要 】手糊成型是聚合物基复合材料生产中最早使用和最简单的一种工艺方法。 用途广泛， 现在世界各国的聚合物基复合材料成型工艺中手糊工艺仍占相当重的比例， 本文简要介绍了 玻璃钢手糊成型工艺。关键词 ：玻璃钢、手糊成型工艺一、玻璃钢介绍玻璃钢学名玻璃纤维增强塑料。它是以玻璃纤维及其制品（玻璃布、带、毡、纱 等）为增强材料，以合成树脂作为基体的一种复合材料。 玻璃纤维，一般认为它主要起承载 作用。树脂目前主要指合成树脂， 它起粘接纤维， 把松散纤维粘拢在一起， 形成整
2、体的作用。二、玻璃钢性能（一）力学性能玻璃钢的力学性能突出的一点是比强度高， 这是金属材料和其它材料无法相比的。 玻璃 钢轻质高强的性能，来源于较低的树脂密度（浇注体密度 1.27 左右）以及玻璃纤维的高抗 拉强度（普通钢材的 5 倍以上）。玻璃钢的密度随着树脂含量的不同而有所不同。从高树脂 含量的玻璃纤维毡制品到低树脂含量的玻璃纤维缠绕制品（密度2.2）,玻璃钢的密度只有普通碳钢的1/41/5，比铝还轻1/3。（二）物理性能玻璃钢具有密度小，良好的介电绝缘性能、隔热性能、抗吸水和抗热膨胀性能等。（1） 密度玻璃钢密度介于 1 .5 2.0之间， 只有普通炭的 1 4 1/5比轻金属铝还要轻
3、1/3 左右， 而机械强度却很高， 某些方面甚至能接近普通碳钢的水平。 例如某些环氧玻璃钢， 其拉伸、弯曲和压缩强度均达到 400MPa 以上。 按比强度计算，玻璃钢不仅大大超过普通碳 钢，而且可达到和超过某些特殊合金钢的水平。（2）电性能玻璃钢有优良的电绝缘性能，可作为仪表、电机及电器中的绝缘零部件，在高频作用 下仍然保持良好的介电性能。 在绝缘材料中， 用玻璃纤维布代替纸及棉布， 可提高绝缘材料 的绝缘等级，在用相同树脂的情况下，至少能提高一个等级。玻璃钢占绝缘材料用量的13 1/2。在一些大型电机中，如 12.5 万 kW 电机，要用几百公斤玻璃钢作绝缘材料。此外玻璃钢不受电磁影响，而且
4、有良好的透微波性能。(3 )耐热性能玻璃钢有良好的耐热性能，它的比热大。是金属的23倍。导热系数比较低，只是金属材料的1 /1001/ 1000。此外，某些品种玻璃钢的耐瞬时高温性能也十分突出，如酚 醛型高硅氧布玻璃钢，在遇极高温度时，产生碳化层，可有效地保护火箭、导弹及宇宙飞船在穿过大气层时需要承受的500010000K高温及高速气流的作用。几种材料的热性能。材料比热导热議mIT0 IT铁0.4675. e1. 2铝0.9222.22.4138o.oeo.ifl1260 40o. z从表中可以看出，玻璃钢具有良好的绝热性能，这是金属材料无法比拟的。(4)耐老化性能任何材料都存在老化问题， 玻
5、璃钢也不例外。只是速度和程度不同而已。 玻璃钢在大 气曝晒、湿热、水浸泡及腐蚀介质等作用下，性能有所下降，在长期使用过程中会使光泽减 退、颜色变化、树脂脱落、纤维裸露、分层等现象。但随着科学技术进步。人们可以采取必 要的防老化措施，改善使用性能。提高产品的使用寿命。例如玻璃钢放在哈尔滨地区进行自然老化试验。板材拉伸强度下降最少，小于20 %;弯曲强度次之，一般不超过30% ;压缩强度下降最多，波动也最大一般为25%50%。力生能珏璃禍种播原躺强度卅F JL0年后强JS保醫强區强度下降乂)竝伸强度环每玻璃钢290.T7244.2216聚国殴璃钢293.21228.7322环氧吱璃钢330.062
6、60.6021聚酉諏喘钢292.04224.9123压端强廈环钢216.58100.2326聚酉甌爲钢1943139.6530环砺隅钢1. 73X101.11X1036穹曲檯量聚醋輸钢1. 59X101 02X1036（5）长期耐温性及耐热性玻璃钢的酸温性及耐热性取决于所用的树脂。长期的使用温度不能超过树脂的热变形温度。通用的环氧及聚酯玻璃钢，都是易燃的，对于有防火要求的结构物，要用阻燃树脂或加阻燃剂，因此在使用玻璃钢时。应充分注意。一般玻璃钢不能在高温下长期使用。如聚酯玻璃钢在050C以上，环氧玻璃钢在 60 C以上。强度开始下降。近年来出现了一些耐高温的玻璃钢，如脂环族环氧玻璃钢，聚酰亚胺
7、玻璃钢等。但长期工作温度也只能在 200300 C以内，远较金属的长期使用温度为低。（四）化学性能玻璃钢主要的化学性能就是它有突出的耐腐蚀性。它不仅不会象金属材料那样生锈腐蚀；同时；也不会象木材那样腐烂，而且几乎不被水、油等介质所侵蚀，可以代替不锈钢在 化工厂中用来制造贮罐、管道、泵、阀等，不仅使用寿命长，而且不需采取防腐、防锈或防 虫蛀等防护措施，减少了维修费用。玻璃钢在耐腐蚀方面的应用是很广泛的，国外一些主要工业国家，玻璃钢用作耐腐制品方面都在13%以上，其用量有逐年增高趋势。国内用量也不少。大都用作金属设备的衬里，以保护金属。玻璃钢的耐腐蚀性， 主要取决于树脂，作为玻璃钢用的树脂，其耐腐
8、蚀性是好的， 但单纯的用树脂涂覆在金属表面上，会出现较严重的龟裂裂缝，起不到防渗漏和保护金属的作用。 在树脂中添加一定量的玻璃纤维后，将树脂中出现较严重龟裂的可能性转化为数量众多的微小裂缝，而这些小裂缝形成一个贯串裂缝的机率是很小的，而相互间还有止裂作用， 这样可以阻止化学溶液介质的渗透腐蚀。三、玻璃钢原材料选择（一）树脂选择树脂基体代号产品性能适用场所OP具有一般的耐腐蚀性能，可耐海水、弱酸及大常用于一般的腐邻苯型气老化环境，长期使用温度 -50 C60 C,最高使用蚀环境，海水腐蚀、弱温度达100 C ,这是一种较经济的树脂类型，耐腐蚀酸腐蚀及大气老化性一般，阻燃氧指数约为26。腐蚀。具有
9、优异的耐腐蚀性能，可耐中等浓度无机酸、常用于酸性腐蚀间苯型IP碱、各种盐类等环境，长期使用温度-50 C90 C，最较强或碱性腐蚀一高使用温度达105C，阻燃氧指数约为26。般的环境。乙烯基型VE或酸碱交替等恶劣的腐蚀环境，长期使用温度溶剂等腐蚀严重的-50 C110C，阻燃氧指数约为 28。环境。具有优异的耐腐蚀性能，可耐酸、碱、盐溶剂或酸碱交替等恶劣的腐蚀环境，长期使用温度-50C常用于有阻燃要阻燃型FI28求的使用环境。110 J，其阻燃性冃匕冋于般树脂，氧指数为35。间苯型食品级树脂同间苯树脂一样具有优良常用于肉制品、食品级型FO的耐腐蚀性能，长期使用温度-50C90C ,最高食品加工
10、厂及自来使用温度达105 C,阻燃氧指数约为 26。水厂。(二) 增强材料选择1聚酯毡抗拉强力高、延伸性能好、热稳定性能优良、耐穿刺能力强、抗腐蚀、耐老化。2、喷射纱(1) 硅烷偶联剂。(2) 优良的集束性和成带性。(3) 在树脂中能快速和彻底地浸透。(4) 优良的耐磨蚀性，无毛羽。(5) 优良的机械性能。3、玻璃纤维：(E-玻璃纤维，无碱纤维，具有优良的、耐老化性和耐水性。(2) C-玻璃纤维，耐酸性好，耐碱性不如无碱纤维，成本低。(3) A-玻璃纤维，有碱纤维，含碱量大于12%。(4) S-玻璃纤维，高强度玻璃纤维，拉伸强度较大。(5) 中碱玻璃纤维，耐酸性好，成本低。(6) 耐碱玻璃纤维
11、，抗碱性较好，主要用于增强水泥制品。(7) 空心玻璃纤维，纤维中空，弹性模量较高。种类耐酸性耐水性机械强度防老化性电绝缘性成本浸润性适合条件无碱玻一般好高较好好较咼树脂易用于强璃纤维中碱玻好差较低较差低璃纤维场合树脂浸用于强低润性差度低的场合浸润度高的4、表面毡：玻璃纤维表面毡特有的生产工艺，决定其具有表面平整纤维分散均匀，手感柔顺，透气性好,树脂浸透速度快等特点表面毡应用于玻璃钢制品，良好的透气性能使树脂快速渗透，彻底消除气泡和白渍现象，它良好的伏模性适合任何形状复杂的产品和模制品表面，能掩盖布纹，提高表面光洁度和防渗漏性，同时增强层间剪切强度和表面韧性，提高产品的耐腐蚀性和耐侯性，是制造高
12、质量玻璃钢模具及制品的必需用品。（三）辅助材料（1）填料在玻璃钢工艺及树脂浇铸工艺中，为了降低成本，改善树脂某些性能（如耐磨性、自 媳性、提高强度等等）。往在在树脂中加人一些填料，填料种类繁多，主要有粘土、碳酸钙、 白云石、石英砂、金属粉（铁、铝）、石墨、聚氯乙烯粉等。在糊制玻璃钢垂直或倾斜的部件时，为了不使树脂流胶”在树脂中加入一些活性 Si02填料（称为触变剂）。由于活性Si02的比表面很大，就使树脂有触变性。即当树脂受到外力 时寸流动、这样在成型某些玻璃钢部件时，就可避免树脂流失。（2）颜料糊在某些场合，为了使玻璃钢色泽美观，一般在聚醋树脂中加入无机颜料。在所使用的色 料中一般不用有机染
13、料， 这是因为在树脂固化过程中会使色泽有大幅度的变化。碳黑在一般情况下也不使用。因为它对聚酯有阻聚作用。 制成的各种聚酯混用的颜料糊。 颜色有黄、橙、 红、绿、蓝、乳白、淡蓝、淡黄、灰白、白、黑色等各种颜色。（3 ）泡沫塑料常常用沫塑料与玻璃钢制成夹层结构。泡沫塑料是气体填充的轻质高分子材料。泡沫塑料中的气体相互连通的称为通孔结构；气体互不相通的称为闭孔结构。闭孔结构的泡沫塑料的吸水性、透水性、导热系数均比通孔结构的小。而强度和刚度则比通孔结构高。泡沫塑料中的气体含量和气体均匀情况对质量影响很大，一般孔细而均匀的比孔大和气孔不均匀的结构的拉、压强度高。泡沫塑料的容重和强度与气体含量接有关，气体
14、含量越多，容重越小，强 度越低。四、玻璃钢结构设计(1) 耐蚀层：由表层和中间层组成，表层是接触环境介质的最内层，是玻璃面毡、合成纤维、 石棉等增强的富树脂层。(2) 中间层：由短切玻璃纤维毡增强，厚约为 2.0mm左右，该层能使介质浸透表层后不浸透 外层。外层(增强层)：适用了使用条件下的耐蚀结构层，必须要满足强度的要求。如果手糊制品 不能达到要求可以增加手糊层的厚度，使制品的整体强度达到要求。(4)最外层；为使玻璃纤维增强材料不暴露在腐蚀环境下，它的组成与面层相同。在腐蚀不很明显的环境下，可以省去耐蚀最外层， 直接由中间层起始。 在耐蚀玻璃钢设备的设计时，特别要注意耐蚀层的刚性对整个耐蚀设
15、备的影响，当玻璃钢的抗张或弯曲应变超过树脂时，玻璃钢就要产生裂纹。一旦有裂纹产生，其耐蚀性就会降低。因此，在耐蚀层 作用的应力，必须控制在不使树脂产生裂纹的范围内。一般讲，应变达0.20.4%时，就会产生裂纹。五、玻璃钢工艺简介(一)手糊成型工艺手糊成型工艺又称接触成型，是树脂基复合材料生产中最早使用和应用最普遍的一种成型方法。手糊成型工艺是以加有固化剂的树脂混合液为基体，以玻璃纤维及其织物为增强材料，在涂有脱模剂的模具上以手工铺放结合，使二者粘接在一起，制造玻璃钢制品的一种工艺方法。基体树脂通常采用不饱和聚酯树脂或环氧树脂，增强材料通常采用无碱或中碱玻璃纤维及其织物。在手糊成型工艺中，机械设
16、备使用较少，它适于多品种、小批量制品的生 产，而且不受制品种类和形状的限制。工艺流程:增强材料准备树脂胶液配置预埋件准备燥干模具准备涂脱模剂增强材料裁剪手糊成型I胶衣/树脂胶衣/树脂固化剂模具清理脱模后处理制品检验成品制品固化该工艺过程是：先在模具上涂一层脱模剂， 然后将加有固化剂的树脂混合料刷涂在模具上，再在胶层上铺放按制品尺寸裁剪的增强材料,用刮刀、毛刷或压辊迫使树脂胶液均匀地浸入织物，并排除气泡。待增强材料被树脂胶液完全浸透之后，再铺下一层。反复上述过程 直到所需层数，然后进行固化。待制品固化后脱模，并打磨毛刺飞边，补涂表面缺胶部位, 对制品外形进行最后检验。（二）模压成型法热固性模压成
17、型是将一定量的模压料加入预热的模具内，经加热加压固化成型塑料制品施加较高的压的方法。其基本过程是：将一定量经一定预处理的模压料放入预热的模具内,力使模压料填充模腔。在一定的压力和温度下使模压料逐渐固化，然后将制品从模具内取出,再进行必要的辅助加工即得产品。玻璃钢层叠增强板成形示意图（三）缠绕成型法纤维缠绕工艺是树脂基复合材料的主要制造工艺之一。是一种在控制张力和预定线型的条件下，应用专门的缠绕设备将连续纤维或布带浸渍树脂胶液后连续、均匀且有规律地缠绕在芯模或内衬上，然后在一定温度环境下使之固化，成为一定形状制品的复合材料成型方法。树脂溶液池玻璃钢缠绕成形示意图（四）拉挤成型工艺拉挤成型工艺是通
18、过牵引装置的连续牵引，使纱架上的无捻玻璃纤维粗纱、毡材等增强材料经胶液浸渍， 通过具有固定截面形状的加热模具后，在模具中固化成型， 并实现连续出模的一种自动化生产工艺。拉挤成型工艺流程（五）喷射成型工艺喷射成型法是使用喷射机将玻璃纤维切断（通常切成2530mm长）并与树脂一起喷到模具表面，再用辊子将沉积物压平实，同时去除气泡。一般在室温条件下固化。玻璃纤维含 量在30 %左右。六、手糊工艺设计设计(1) 生产准备场地：手糊成型工作场地的大小，要根据产品大小和日产量决定，场地要求清洁、干燥、通风良好，空气温度应保持在1535 C之间，以免因温度太低影响操作及制作质量。树脂及配料应贮存在阴凉通风处
19、，防止阳光照晒引起树脂及辅助材料变质。其次， 贮存和裁剪织物或毡的场地要保持干燥，以免潮湿影响制品的固化。 固化后修整或切割加工的场所要设有抽风除尘和喷水装置。(2) 模具准备：准备工作包括清理、 组装及涂脱模剂等。 模具是手糊成型的必要工艺装备，它对于保证制品质量和降低成本关系极大。模具要有足够的强度和刚度， 在搬运和使用过程中不易变形，以保证制品的型面精度。对加压固化制品的模具更需有足够高的强度和刚度。对加热固化制品的模具要保证在固化温度下不发生变形式翘曲。不同材料模具比较模具材料制造周期制造工艺模具重量使用次数模具成本适用范围木材短简单轻中中小量、结构复杂的中小型件石膏短简单重15低结构
20、简单的大型产品、一次使 用的复杂产品。石蜡短简单轻1低复杂的小量产品、溶化脱模，表面不易涂漆水泥中简单重中低表面粗糙、用于简单产品玻璃钢中一般中较多较咼数量多、表面要求咼的结构复 杂的中小型产品。泡沫塑料短简单轻1较咼不脱模的内心金属长复杂重 100高表面光洁、质量要求咼的小型 大批产品可溶性盐或低熔点金属短较易中1较低少量脱模困难的小型产品手糊成型制品模具结构形式有单模(阳模、阴模)和对模两类。制品表面的质量靠模具工作表面的光洁度保证。因此，要根据制品表面质量要求来选择模具结构。 对外表面要求光滑 的制品可选用阴模成型， 但凹陷较深的制品用阴模成型操作不便； 内表面要求光滑的制品可选用阳模成
21、型，阳模凸起操作较为方便，制品质量易控制，且操作时通风方便，因此手糊成型多使用阳模。对模由阳模和阴模两部分组成， 通过定位销来限定上下模具的相对位置， 周 边带有溢料飞边的陷槽。 如果制品的外型、厚度和表面都要求较严，可选用对模； 但对模在 成型中要开启闭合和搬移，操作强度大。定ft销 下（3）脱模剂为防止固化后的制品粘着模具和便于脱模，应预先在模具工作面上涂敷一层脱模剂。凡是与树脂粘接力小的非极性或极性微弱的物质，都可以作为脱模剂。脱模剂应符合下列要求：使用方便，成膜时间短；不腐蚀模具，不与树脂发生反应和不影响制品着色；成膜均匀、光滑，对树脂的粘附力小；毒性小，易清除，易配制；价格便宜，来源
22、广泛。选择脱模剂时 还应考虑到模具材料、模具表面质量和所使用树脂的品种。粘附力较强的一类树脂（如环氧树脂）可以混合使用几种脱模剂。脱模剂的种类很多，大致可以分为三类：1. 薄膜类：如玻璃纸、聚酯薄膜、聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜（只适用于环氧树脂成型）。使用时用油膏将薄膜粘贴在模具表面，粘贴时应铺平，防止薄膜起皱和悬空。由于薄膜变形小，只适用于模具型面不复杂的情况。2. 油膏类，如石蜡、地板蜡、黄干油、凡士林、汽车蜡、 硅脂等。这类脱模剂使用方便，脱模效果好，但易玷污制品表面，并给制品表面涂漆造成困难，一般只适用于室温固化（v80 C ）的情况。3. 溶液类：如聚乙烯醇水溶液、甲基硅油
23、或硅橡胶甲苯溶液（只适用于环氧树脂成型）。聚乙烯醇水溶液是目前手糊玻璃钢中广泛使用的一种脱模剂，其配方是：聚乙烯醇5-8份水60-35份乙醇35-60份聚乙烯醇水溶液的配制方法是：将聚乙烯醇缓馒地加入到25 C的水中，同时搅拌。浸泡23小时，使聚乙烯醇完全溶胀，然后逐渐加热。加热时见有泡沫产生即应停止加热，待泡沫自行消失后再继续加热，反复三次基本上可清除泡沫。待温度升到96100 C左右, 保温一小时。经过滤后， 边搅拌边添加乙醇即可。 聚乙烯解脱模剂涂在模具工作面后， 必须 待其完全干燥才能开始手糊， 以免残存的水份对树脂的固化产生不良影响。 它的使用温度是100 150 C。树脂胶液配制
24、配制时， 要注意两个问题： 防止胶液中混入气泡； 配胶量不能过多， 每次配量要保证在树脂凝胶前用完。（4）糊制与固化铺层糊制： 手工铺层糊制分湿法和干法两种： 干法铺层 用预浸布为原料，先将预学好料（布）按样板裁剪成坏料，铺层时加热软化， 然后再一层一层地紧贴在模具上， 并注意排除层间气泡， 使密实。 此法多用于热压罐和袋压 成型。 湿法铺层 直接在模具上将增强材料浸胶，一层一层地紧贴在模具上，扣除气泡，使之密 实。一般手糊工艺多用此法铺层。湿法铺层又分为胶衣层糊制和结构层糊制。（5）手糊工具：手糊工具对保证产品质量影响很大。有羊毛辊、猪鬃辊、螺旋辊及电锯、 电钻、打磨抛光机等。（6）固化：
25、制品固化分硬化和熟化两个阶段：从凝胶到三角化一般要 24h ，此时固化度达50%70%（巴柯尔硬性度为 1 5 ），可以脱模，脱后在自然环境条件下固化1 2周才能使制品具有力学强度，称熟化，其固化度达85% 以上。加热可促进熟化过程，对聚酯玻璃钢，80C 加热 3h ，对环氧玻璃钢，后固化温度可控制在150C 以内。加热固化方法很多，中小型制品可在固化炉内加热固化，大型制品可采用模内加热或红外线加热（7）脱模和修整脱模：脱模要保证制品不受损伤。脱模方法有如下几种： 顶出脱模：在模具上预埋顶出装置，脱模时转动螺杆，将制品顶出。 压力脱模：模具上留有压缩空气或水入口，脱模时将压缩空气或水（0.2M
26、Pa ）压入模具和制品之间，同时用木锤和橡胶锤敲打，使制品和模具分离。 大型制品（如船）脱模：可借助千斤顶、吊车和硬木楔等工具。 复杂制品可采用手工脱模方法：先在模具上糊制二三层玻璃钢， 待其固化后从模具上剥离，然后再放在模具上继续糊制到设计厚度，固化后很容易从模具上脱下来。（ 8 ）修整：修整分两种：一种是尺寸修整，另一种缺陷修补。 尺寸修整 成型后的制品，按设计尺寸切去超出多余部分； 缺陷修补 包括穿孔修补，气泡、裂缝修补，破孔补强等。七、影响因素及缺陷解决1 、气泡 在糊制模具时， 常由于树脂用量过多，胶液中气泡含量多，树脂胶液粘度太大，曾庆材料选 择不当， 玻璃丝布铺层未压紧密等原因造
27、成模具及型腔表面有大量气泡产生， 这严重影响了 模具的质量和表面粗糙度。 目前常采用控制含胶量， 树脂胶液真空脱泡， 添加适量的稀释剂 （如丙酮），选用容易浸透树脂的玻璃丝布等措施减少气泡的产生。2、流胶手工糊制模具时，常出现胶液流淌的现象。造成流胶的主要原因为：a. 树脂粘度太低； b. 配料不均匀；C固化剂用量较少。常采用加入填充剂提高树脂的粘度（如二氧化硅），适当调 整固化剂的用量等措施，以避免流胶现象的出现。3、分层由于树脂用量不足及玻璃丝布铺层未压紧密， 过早加热或加热温度过高等， 都会引起模具分 层。因此，在糊制时，要控制足够的胶液，尽量使铺层压实。树脂在凝胶前尽量不要加热， 适当
28、控制加热温度。4、裂纹在制作和使用模具时， 我们常能看到在模具表面有裂纹现象出现， 导致这一现象的主要原因 是由于胶衣层太厚以及受不均匀脱模力的影响。 因此， 模具胶衣的厚度应严格控制。 在脱模 时，严禁用硬物敲打模具，最好用压缩空气脱模。八、参考文献：1 蔡卫社,王运法,张赫如何提高手糊玻璃钢制品的表面质量J.玻璃钢/复合材 料,2001,03:35-37.2 何宇声.人品+技术=产品质量论玻璃钢手糊成型工艺J.纤维复合材 料,2001 ,04:39-41 .3 江志民.ZTF真空脱气负压设计在玻璃钢手糊成型工艺中的应用J.玻璃钢，2006,02:19.4 万友生,周祝林. RTM 和手糊玻
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