玻璃纖維復(fù)合材料構(gòu)件地模具要求與制作流程

1、1. 模具設(shè)計(jì)模具時(shí)，必須綜合考慮以下要求：滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)的精度要求，模具尺寸精確、表 面光滑；要有足夠的強(qiáng)度和剛度；脫模方便；有足夠的熱穩(wěn)定性；重量輕、材料來 源充分及造價(jià)低。模具材料應(yīng)滿足以下要求： 能夠滿足制品的尺寸精度， 外觀質(zhì)量及使用壽命要求； 模具材料要有足夠的強(qiáng)度和剛度， 保證模具在使用過程中不易變形和損壞； 不受樹脂侵蝕， 不影響樹脂固化；耐熱性好，制品固化和加熱固化時(shí)，模具不變形；容易制造，容易脫 模；晝減輕模具重量，方便生產(chǎn)；價(jià)格便宜，材料容易獲得。脫模劑基本要求：不腐蝕模具，不影響樹脂固化，對(duì)樹脂粘接力小于O.OIMPa；成膜時(shí)間短，厚度均勻，表面光滑；使用安全，無毒害作用

2、；耐熱、能以受加熱固化的溫 度作用；操作方便，價(jià)格便宜。2. 手糊成型（1）原材料增強(qiáng)材料手糊成型對(duì)增強(qiáng)材料的要求： 增強(qiáng)材料易于被樹脂浸透； 有足夠的形變性， 能滿足 制品復(fù)雜形狀的成型要求； 氣泡容易扣除； 能夠滿足制品使用條件的物理和化學(xué)性能要 求；價(jià)格合理（盡可能便宜），來源豐富。用于接觸成型的增強(qiáng)材料有玻璃纖維及其織物， 碳纖維及其織物， 芳綸纖維及其織物等。 其中常用的玻璃纖維增強(qiáng)材料有以下幾種：無捻粗紗、無捻粗紗布、加捻布、短切玻璃纖維氈、玻璃纖維織物?；w材料手糊成型工藝對(duì)基體材料的要求：在手糊條件下易浸透纖維增強(qiáng)材料，易排除氣泡， 與纖維粘接力強(qiáng)； 在室溫條件下能凝膠， 固化

3、，而且要求收縮小， 揮發(fā)物少； 粘度適宜： 一般為0.20.5Pa s,不能產(chǎn)生流膠現(xiàn)象；無毒或低毒；價(jià)格合理，來源有保證。在手糊成型技術(shù)中， 最常用的是不飽和聚酯樹脂， 其次是環(huán)氧樹脂、 酚醛樹脂和呋喃樹 脂,乙烯基樹脂等也有少數(shù)應(yīng)用。輔助材料 接觸成型工藝中的輔助材料,主要是指填料和色料兩類,而固化劑、稀釋劑、增韌劑等,歸 屬于樹脂基體體系。（ 2）工藝流程生產(chǎn)準(zhǔn)備場(chǎng)地：手糊成型工作場(chǎng)地的大小, 要根據(jù)產(chǎn)品大小和日產(chǎn)量決定, 場(chǎng)地要求清潔、 干燥、 通風(fēng)良好，空氣溫度應(yīng)保持在1535C之間，后加工整修段，要設(shè)有抽風(fēng)除塵和噴水裝置。模具準(zhǔn)備：準(zhǔn)備工作包括清理、組裝及涂脫模劑等。樹脂膠液配制：

4、 配制時(shí)，要注意兩個(gè)問題： 防止膠液中混入氣泡； 配膠量不能過多， 每次配量要保證在樹脂凝膠前用完。增強(qiáng)材料準(zhǔn)備：增強(qiáng)材料的種類和規(guī)格按設(shè)計(jì)要求選擇。糊制與固化鋪層糊制：手工鋪層糊制分濕法和干法兩種：干法鋪層用預(yù)浸布為原料，先將預(yù)學(xué)好料(布)按樣板裁剪成壞料，鋪層時(shí)加熱軟化，然后再一層一層地緊貼在模具上，并注意 排除層間氣泡，使密實(shí)。此法多用于熱壓罐和袋壓成型。濕法鋪層直接在模具上將增強(qiáng)材料浸膠，一層一層地緊貼在模具上，扣除氣泡，使之密實(shí)。一般手糊工藝多用此法鋪層。 濕法鋪層又分為膠衣層糊制和結(jié)構(gòu)層糊制。固化：制品固化分硬化和熟化兩個(gè)階段：從凝膠到三角化一般要24h，此時(shí)固化度達(dá)50%-70%

5、 (巴柯爾硬性度為 15),可以脫模，脫后在自然環(huán)境條件下固化12周才能使制品具有力學(xué)強(qiáng)度，稱熟化，其固化度達(dá)85%A上。加熱可促進(jìn)熟化過程， 對(duì)聚酯玻璃鋼，80 C 加熱3h,對(duì)環(huán)氧玻璃鋼，后固化溫度可控制在 150C以。加熱固化方法很多，中小型制品可 在固化爐加熱固化，大型制品可采用模加熱或紅外線加熱。脫模和修整脫模：脫模要保證制品不受損傷。脫模方法有如下幾種：頂出脫模在模具上預(yù)埋頂出裝置，脫模時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿，將制品頂出。壓力脫模模具上留有壓縮空氣或水入口，脫模時(shí)將壓縮空氣或水(0.2MPa)壓入模具和制品之間， 同時(shí)用木錘和橡膠錘敲打，使制品和模 具分離。大型制品(如船)脫?？山柚Ы镯?、吊

6、車和硬木楔等工具。復(fù)雜制品可采用手工脫模方法 先在模具上糊制二三層玻璃鋼，待其固化后從模具上剝離，然后再放在模 具上繼續(xù)糊制到設(shè)計(jì)厚度，固化后很容易從模具上脫下來。修整：修整分兩種：一種是尺寸修整，另一種缺陷修補(bǔ)。尺寸修整成型后的制品，按設(shè)計(jì)尺寸切去超出多余部分； 缺陷修補(bǔ) 包括穿孔修補(bǔ)， 氣泡、裂縫修補(bǔ)， 破孔補(bǔ)強(qiáng)等。3. 噴射成型( 1 )分類噴射成型機(jī)按噴射方式分類，可分為：(1)高壓型：用泵把樹脂送入噴槍，借泵壓進(jìn)行噴射；用空壓機(jī)將樹脂罐和固化劑罐加壓，在該壓力下，將樹脂和固化劑壓入噴槍進(jìn)行噴 射。 (2) 氣動(dòng)型 ： 樹脂、固化劑或它們的混合物借壓縮空氣噴出的力與空氣霧化、噴出。 按

7、混合形式分類，可分為 ：(1 部混合型 ： 在噴槍部混入引發(fā)劑后進(jìn)行噴射。 (2) 外部混合型 ： 分別含有促進(jìn)劑和引發(fā)劑的樹脂由噴槍噴出呈霧狀相互混合，有單獨(dú)噴射引發(fā)劑和噴射含引發(fā)劑樹脂的兩種類型。 (3) 已混合型 ： 事先調(diào)配好含促進(jìn)劑和引發(fā)劑的樹脂，由噴槍噴出。( 2)工藝流程在噴射成型開始以前， 應(yīng)該先檢查樹脂的凝膠時(shí)間， 測(cè)定方法是將少量的樹脂噴入小罐 中，測(cè)定其凝膠時(shí)間 ; 還必須檢查樹脂對(duì)玻璃纖維的比例， 一般樹脂對(duì)玻璃纖維的比例在 2.5 比1到3.5 比1之間。待膠衣樹脂凝膠后 發(fā)軟而不粘手 ） ，就可以開始噴射成型操作。 如果沒有膠衣樹脂， 應(yīng) 先在模具上噴一層樹脂。 然

8、后開動(dòng)切割器， 開始噴射樹脂和纖維的混合物。 第一層應(yīng)該噴射 得薄一些（約1mm厚），并且仔細(xì)滾壓，首先用短的馬海毛滾，然后用螺旋滾 .以確保樹脂和 固化劑混合均勻以及玻璃纖維被完全浸潤(rùn)。 仔細(xì)操作， 確保在這一層中沒有氣泡， 而且這一 層必須完全潤(rùn)濕膠衣樹脂，待這一層凝膠后再噴下一層。接下來的每一層約噴射 2mm厚,如果太厚，則氣泡難以除去，制品質(zhì)量不能保證。每噴射一層都要仔細(xì)滾壓除去氣泡。如此重 復(fù)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)厚度。要獲得較高強(qiáng)度的制品， 則必須與粗紗布并用， 在使用粗紗布時(shí)， 應(yīng)先在模具上噴射足 夠量的樹脂，再鋪上粗紗布，仔細(xì)滾壓，這樣有利于除去氣泡。對(duì)大多數(shù)噴射設(shè)備，其噴射 速率一般

9、是 2-10kg /min 。 與手糊成型一樣，最后一層可以使用表面氈，再涂上外涂層。固化、修整、后固化及脫模等 工序與手糊成型法相同。4. RTM 成型工藝RTM用樹脂體系應(yīng)滿足：1 ）粘度低，浸潤(rùn)性好，便于樹脂在模腔順利均勻地通過并浸漬纖維；2）固化放熱峰低，以 100180C為宜；3）活性高，凝膠時(shí)間和固化時(shí)間短，但在注射時(shí)又要有較長(zhǎng)的適用期；4）樹脂系統(tǒng)不含溶劑，固化時(shí)無低分子物析出，同時(shí)又適宜增加填料，尤其是樹脂消 泡性要好；5）收縮率低，以保證制品尺寸準(zhǔn)確，且所需的樹脂應(yīng)為預(yù)促進(jìn)型。RTM使用的高性能樹脂基體包括：不飽和聚酯樹脂，乙烯基酯樹脂，環(huán)氧樹酯，雙馬來酰亞 胺樹脂，熱塑性樹

10、脂。目前主要為環(huán)氧樹脂。RTM成型對(duì)增強(qiáng)材料的要：1）增強(qiáng)材料的分布應(yīng)符合制品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，要注意方向性；2）增強(qiáng)材料鋪好后其位置和狀態(tài)應(yīng)固定，不動(dòng)不應(yīng)因合模和注射樹脂而動(dòng)；3）對(duì)樹脂的浸潤(rùn)性要好；4）利于樹脂的流動(dòng)并能經(jīng)受樹脂的沖擊。RTM成型工藝的原理復(fù)合材料樹脂傳遞模塑（Resin Transfer Molding , RTM法是從濕法鋪層和注塑工藝 中演變而來的一種新的復(fù)合材料成型工藝 6 。所謂樹脂傳遞模塑，一般是指在閉合模腔中 預(yù)先鋪覆好按性能和結(jié)構(gòu)要求設(shè)計(jì)好的增強(qiáng)材料預(yù)成型體 （包括螺栓、螺帽、聚氨酯泡沫塑 料等嵌件 ） ，夾緊后，從置于適當(dāng)位置的注入孔在一定溫度及壓力下將配好

11、的樹脂注入模具 中，在室溫或升溫條件使之與增強(qiáng)材料一起固化，最后啟模、脫模而得到成型制品。圖1為RTM成型工藝示意圖。a淌放核成唱體d脫欖圖1 RTM成型工藝示意圖RTMT藝通常包括以下四個(gè)步驟：一、從卷材上裁剪增強(qiáng)材料并鋪疊在一起；二、使增 強(qiáng)材料具有一定的形狀、按照制品的形狀修剪預(yù)成型體；三、充模（包括預(yù)成型體的鋪放,樹脂的注射以及固化）；四、脫模及加工。5. 纏繞成型（1）分類根據(jù)纖維纏繞成型時(shí)樹脂基體的物理化學(xué)狀態(tài)不同，分為干法纏繞、濕法纏繞和半干法纏繞三種。干法纏繞干法纏繞是采用經(jīng)過預(yù)浸膠處理的預(yù)浸紗或帶，在纏繞機(jī)上經(jīng)加熱軟化至粘流態(tài)后纏繞到芯模上。由于預(yù)浸紗（或帶）是專業(yè)生產(chǎn)，能嚴(yán)

12、格控制樹脂含量（精確到2%以）和預(yù)浸紗質(zhì)量。因此，干法纏繞能夠準(zhǔn)確地控制產(chǎn)品質(zhì)量。干法纏繞工藝的最大特點(diǎn)是生產(chǎn)效率高，纏繞速度可達(dá)100200m/min，纏繞機(jī)清潔，勞動(dòng)衛(wèi)生條件好，產(chǎn)品質(zhì)量高。其缺點(diǎn)是纏繞設(shè)備貴， 需要增加預(yù)浸紗制造設(shè)備，故投資較大此外，干法纏繞制品的層間剪切強(qiáng)度較低。濕法纏繞 濕法纏繞是將纖維集束（紗式帶）浸膠后，在力控制下直接纏繞到芯模上。濕法纏繞的優(yōu)點(diǎn)為：成本比干法纏繞低40%產(chǎn)品氣密性好，因?yàn)槔p繞力使多余的樹脂膠液將氣泡擠出，并填滿空隙；纖維排列平行度好；濕法纏繞時(shí)，纖維上的樹脂膠液，可減少纖維磨損；生產(chǎn)效率高（達(dá) 200m/min ）。濕法纏繞的缺點(diǎn)為：樹脂浪費(fèi)大，

13、操作 環(huán)境差；含膠量及成品質(zhì)量不易控制；可供濕法纏繞的樹脂品種較少。半干法纏繞 半干法纏繞是纖維浸膠后，到纏繞至芯模的途中，增加一套烘干設(shè)備，將浸膠紗中的溶劑除去，與干法相比，省卻了預(yù)浸膠工序和設(shè)備；與濕法相比，可使制品中的氣泡含量降低。三種纏繞方法中，以濕法纏繞應(yīng)用最為普遍；干法纏繞僅用于高性能、高精度的尖端技術(shù)領(lǐng)域。（2）原材料增強(qiáng)材料 纏繞成型用的增強(qiáng)材料，主要是各種纖維紗：如無堿玻璃纖維紗，中堿玻璃 纖維紗，碳纖維紗，高強(qiáng)玻璃纖維紗，芳綸纖維紗及表面氈等。樹脂基體 樹脂基體是指樹脂和固化劑組成的膠液體系。纏繞制品的耐熱性，耐化學(xué)腐 蝕性及耐自然老化性主要取決于樹脂性能， 同時(shí)對(duì)工藝性、

14、 力學(xué)性能也有很大影響。 纏繞成 型常用樹脂主要是不飽和聚酯樹脂， 也有時(shí)用環(huán)氧樹脂和雙馬來酰亞胺樹脂等。 對(duì)于一般民 用制品如管、 罐等， 多采用不飽和聚酯樹脂。 對(duì)力學(xué)性能的壓縮強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度要求高 的纏繞制品， 則可選用環(huán)氧樹脂。 航天航空制品多采用具有高斷裂韌性與耐濕性能好的雙馬 來酰亞胺樹脂。填料 填料種類很多，加入后能改善樹脂基體的某些功能，如提高耐磨性，增加阻燃性 和降低收縮率等。在膠液中加入空心玻璃微珠，可提高制品的剛性，減小密度降低成本等。 在生產(chǎn)大口徑地埋管道時(shí)，常加入 30%石英砂，借以提高產(chǎn)品的剛性和降低成本。為了提高 填料和樹脂之間的粘接強(qiáng)度，填料要保證清潔和表面

15、活性處理。（3）芯模成型中空制品的模稱芯模。一般情況下， 纏繞制品固化后，芯模要從制品脫出。芯模設(shè) 計(jì)的基本要求要有足夠的強(qiáng)度和剛度，能夠承受制品成型加工過程中施加于芯模的各種 載荷，如自重、制品重，纏繞力，固化應(yīng)力，二次加工時(shí)的切削力等；能滿足制品形狀和 尺寸精度要求，如形狀尺寸，同心度、橢圓度、錐度（脫模），表面光潔度和平整度等；保證產(chǎn)品固化后，能順利從制品中脫出；制造簡(jiǎn)單，造價(jià)便宜，取材方便。芯模材料 纏繞成型芯模材料分兩類：熔、溶性材料和組裝式材料。熔、溶性材料是指 石蠟， 水溶性聚乙烯醇型砂，低熔點(diǎn)金屬等， 這類材料可用澆鑄法制成空心或?qū)嵭男灸?，?品纏繞成型后，從開口處通入熱水或高

16、壓蒸汽，使其溶、熔，從制品中流出，流出的溶體， 冷卻后重復(fù)使用。組裝式芯模材料常用的有鋁、鋼、夾層結(jié)構(gòu)、木材及石膏等。另外還有襯 材料，襯材料是制品的組成部分， 固化后不從制品中取出， 襯材料的作用主要是防腐和密封， 當(dāng)然也可以起到芯模作用，屬于這類材料的有橡膠、塑料、不銹鋼和鋁合金等。（ 4）纏繞機(jī)纏繞機(jī)是實(shí)現(xiàn)纏繞成型工藝的主要設(shè)備， 對(duì)纏繞機(jī)的要： 能夠?qū)崿F(xiàn)制品設(shè)計(jì)的纏繞規(guī) 律和排紗準(zhǔn)確；操作簡(jiǎn)便；生產(chǎn)效率高；設(shè)備成本低。纏繞機(jī)主要由芯模驅(qū)動(dòng)和繞絲嘴驅(qū)動(dòng)兩大部分組成。 為了消除繞絲嘴反向運(yùn)動(dòng)時(shí)纖維松 線，保持力穩(wěn)定及在封頭或錐形纏繞制品紗帶布置精確，實(shí)現(xiàn)小纏繞角（0。15°）纏繞

17、，在纏繞機(jī)上設(shè)計(jì)有垂直芯軸方向的橫向進(jìn)給 （伸臂） 機(jī)構(gòu)。 為防止繞絲嘴反向運(yùn)動(dòng)時(shí)紗帶轉(zhuǎn) 擰，伸臂上設(shè)有能使繞絲嘴翻志的機(jī)構(gòu)。（ 5）纏繞成型工藝：纏繞的工藝過程一般包括芯模和襯的制造、 樹脂膠液的配制、 纖維熱處理和烘干、 浸膠、 膠紗烘干、在一定力下進(jìn)行纏繞、固化、檢驗(yàn)、加工成制品等工序。影響纏繞制品性能的主要工藝參數(shù)有纖維的浸膠、 膠液含量及分布、 膠紗烘干、纏繞力、 紗片纏繞位置、固化制度、纏繞速度、環(huán)境溫度等，這些因素多半緊密地聯(lián)系在一起。合理 的選擇工藝參數(shù)是充分發(fā)揮原料的特性、制造高質(zhì)量的纏繞制品的重要環(huán)節(jié)。纖維浸膠：含膠量高低直接關(guān)系到制品的重量和厚度。含膠量過高，制品的強(qiáng)度降

18、低， 成型和固化時(shí)流膠嚴(yán)重；含膠量過低，制品孔隙率增加，氣密性、耐老化性、剪切強(qiáng)度均下 降。纏繞力： 力的大小、 各纖維束之間力的均勻性以及各纏繞層之間纖維力的均勻性， 對(duì)制 品的質(zhì)量影響極大、合適的纏繞力可以使樹脂產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，從而提高樹脂抵抗開裂的能力。 各纖維束之間如果力不勻， 當(dāng)承受載荷時(shí)， 纖維會(huì)被各個(gè)擊破， 使總體強(qiáng)度的發(fā)揮大受影響。 為使制品各纏繞層在力作用下不出現(xiàn)松外緊現(xiàn)象， 應(yīng)使纏繞力有規(guī)律的遞減， 以保證各層都 有相同的初始應(yīng)力。 纏繞力將直接影響制品的密實(shí)程度和空隙率， 且對(duì)纖維浸漬質(zhì)量和制品 的含膠量影響很大。纏繞速度： 纏繞速度是指紗線速度應(yīng)控制在一定的圍之。 速度過小

19、則生產(chǎn)效率低， 速度 過快則樹脂容易濺灑、膠液浸不透或雜質(zhì)易吸入。固化制度： 固化制度是指保證樹脂充分固化的重要條件， 直接影響制品的物理力學(xué)性能。 固 化制度包括加熱的溫度圍、升溫速度、恒溫溫度及時(shí)間、 降溫冷卻等。 要根據(jù)制品的不同性 能要求采用不同的固化制度， 且不同的樹脂系統(tǒng)， 固化制度也不相同， 一般都要根據(jù)樹脂的 配方、制品性能要求以及制品的形狀、尺寸及構(gòu)造情況，通過實(shí)驗(yàn)來確定合理的固化制度。6. 擠壓成型拉擠成型工藝是將浸漬樹脂膠液的連續(xù)玻璃纖維束、 帶或布等， 在牽引力的作用下， 通 過擠壓模具成型、 固化， 連續(xù)不斷地生產(chǎn)長(zhǎng)度不限的玻璃鋼型材。這種工藝最適于生產(chǎn)各種斷面形狀的

20、玻璃鋼型材，如棒、管、實(shí)體型材（工字形、槽形、方形型材）和空腹型材（門 窗型材、葉片等）等。拉擠成型是復(fù)合材料成型工藝中的一種特殊工藝，其優(yōu)點(diǎn)是：生產(chǎn) 過程完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，生產(chǎn)效率高；拉擠成型制品中纖維含量可高達(dá)80%浸膠在力下進(jìn)行，能充分發(fā)揮增強(qiáng)材料的作用，產(chǎn)品強(qiáng)度高；制品縱、橫向強(qiáng)度可任意調(diào)整，可以 滿足不同力學(xué)性能制品的使用要求； 生產(chǎn)過程中無邊角廢料， 產(chǎn)品不需后加工， 故較其它 工藝省工，省原料，省能耗；制品質(zhì)量穩(wěn)定，重復(fù)性好，長(zhǎng)度可任意切斷。拉擠成型工藝 的缺點(diǎn)是產(chǎn)品形狀單調(diào)，只能生產(chǎn)線形型材，而且橫向強(qiáng)度不高。（1）拉擠工藝用原材料樹脂基體 在拉擠工藝中，應(yīng)用最多的是不飽和聚酯樹脂，約占本工藝樹脂用量的90以上，另外還有環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂、熱固性甲基丙烯酸樹脂、改性酚醛樹脂、阻燃性樹 脂等。增強(qiáng)材料 拉擠工藝用的增強(qiáng)材料，主要是玻璃纖維及其制品，如無捻粗紗、連續(xù)纖維 氈等。 為了滿足制品的特殊性能要求，可以選用芳綸纖維、碳纖維及金屬纖維等。 不論是哪 種纖維，用于拉擠工藝時(shí)，其表面都必須經(jīng)過處理，使之與樹脂基體能很好的粘接。輔助材料 拉擠工藝的輔助材料主要有脫模劑和填料。（ 2）拉擠成型模具模具是拉擠成型技術(shù)的重要工具， 一般由預(yù)成型模和成型模兩部分組成。 預(yù)成型模具 在拉擠成型過程中，增強(qiáng)材料