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玻璃鋼、復(fù)合材料主要成型工藝分類及介紹

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2013-11-20  來源:FRPAPP.com  瀏覽次數(shù):179


◇ 成型工藝
 
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)材料樹脂(含預(yù)浸材料)按設(shè)計(jì)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(shí)度和層間粘接強(qiáng)度。
  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。
  (1)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(shí),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。
  
2)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(gè)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(gè)密閉的壓力容器,體積比熱壓釜小,直立放置,生產(chǎn)時(shí)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(shí),周期短,液壓釜法的缺點(diǎn)是設(shè)備投資較大。
  
3)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(shí)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。
◇ 成型工藝
 
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(shí)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(shí),用輥輪壓實(shí),使纖維浸透樹脂,排除氣泡,固化后成制品。
  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。
  
2)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。
  
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(gè)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(gè)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(shí),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。
  
3)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(shí),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(xiàng):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(shí),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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