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复合材料成型工艺主讲主讲 金保宏金保宏 材料科学与工程学院材料科学与工程学院第第2 2章章 手糊成型工艺手糊成型工艺 手糊成型手糊成型的玻璃钢制品，如：船舶、汽车配件、贮罐、玻璃钢管接头、家具等 2.1 手糊成型的原材料手糊成型的原材料l l增强材料增强材料增强材料增强材料 玻璃纤维玻璃纤维碳纤维碳纤维芳纶纤维芳纶纤维超高分子量聚乙烯纤维超高分子量聚乙烯纤维玻璃纤维玻璃纤维 l l基体材料基体材料 不饱和聚酯树脂环氧树脂酚醛树脂其它热固性树脂聚氨酯树脂热塑性树脂高性能树脂双马来酰亚胺树脂不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂 由不饱和二元羧酸（或酸酐）或它们与饱和由不饱和二元羧酸（或酸酐）或它们与饱和二元羧酸（或酸酐）组成的混合酸与多元醇缩聚二元羧酸（或酸酐）组成的混合酸与多元醇缩聚而成的，具有酯键和不饱和双键的线型高分子化而成的，具有酯键和不饱和双键的线型高分子化合物。合物。不饱和聚酯不饱和聚酯类型类型1、邻苯型不饱和聚酯和间苯型不饱和聚酯2、双酚A型不饱和聚酯3、乙烯基树脂 4、卤代不饱和聚酯 n 不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂 不饱和聚酯的商品牌号的商品牌号1 1、通用型树脂、通用型树脂、通用型树脂、通用型树脂 通用型树脂主要是邻苯型不饱和聚酯树脂，它们大多通用型树脂主要是邻苯型不饱和聚酯树脂，它们大多用于手糊玻璃纤维增强塑料制品。用于手糊玻璃纤维增强塑料制品。2 2、耐热型树脂、耐热型树脂、耐热型树脂、耐热型树脂 耐热型树脂的热变形温度应不小于耐热型树脂的热变形温度应不小于110110，在较高温度，在较高温度下具有高的强度保留率。下具有高的强度保留率。3 3、耐化学型树脂、耐化学型树脂、耐化学型树脂、耐化学型树脂 这类树脂具有优异的耐腐蚀性能和耐水性能，商品树这类树脂具有优异的耐腐蚀性能和耐水性能，商品树脂主要有双酚脂主要有双酚A A型不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、间苯型不饱型不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、间苯型不饱和聚酯树脂和卤代聚酯树脂等。和聚酯树脂和卤代聚酯树脂等。4 4、阻燃型树脂、阻燃型树脂、阻燃型树脂、阻燃型树脂 阻燃型树脂是在合成时使用一种能产生阻燃（自熄）的成分，例阻燃型树脂是在合成时使用一种能产生阻燃（自熄）的成分，例如使用四溴苯酐、氯茵酸酐（如使用四溴苯酐、氯茵酸酐（HETHET酸酐）取代苯酐代合成树脂。酸酐）取代苯酐代合成树脂。5 5、耐气候型树脂、耐气候型树脂、耐气候型树脂、耐气候型树脂 这类树脂使用新戊二醇及甲基丙烯酸酯类交联单体，并添加紫外光这类树脂使用新戊二醇及甲基丙烯酸酯类交联单体，并添加紫外光吸收剂，提高了树脂的耐气候性和光稳定性。树脂透明性好，耐用树脂吸收剂，提高了树脂的耐气候性和光稳定性。树脂透明性好，耐用树脂浇铸体的折射率可与玻璃纤维的折射率相近或一致。浇铸体的折射率可与玻璃纤维的折射率相近或一致。6 6、高强型树脂、高强型树脂、高强型树脂、高强型树脂 这类树脂具有高的强度和坚韧性，主要用于纤维缠绕工艺制备的复这类树脂具有高的强度和坚韧性，主要用于纤维缠绕工艺制备的复合材料合材料 7 7、胶衣树脂、胶衣树脂、胶衣树脂、胶衣树脂 用于复合材料的胶衣层，以提高制品的外观、质量和使用寿命。用于复合材料的胶衣层，以提高制品的外观、质量和使用寿命。n 环氧树脂环氧树脂 根据分子结构，环氧树脂大体上可分为五大类：1、缩水甘油醚类环氧树脂2、缩水甘油酯类环氧树脂3、缩水甘油胺类环氧树脂4、线型脂肪族类环氧树脂5、脂环族类环氧树脂l l辅助剂辅助剂 偶联剂偶联剂不饱和聚酯树脂引发剂和促进剂不饱和聚酯树脂引发剂和促进剂阻聚剂与缓聚剂阻聚剂与缓聚剂增韧剂与稀释剂增韧剂与稀释剂环氧树脂固化剂环氧树脂固化剂抗氧剂抗氧剂光稳定剂光稳定剂热稳定剂热稳定剂填料填料脱模剂脱模剂着色剂与触变剂着色剂与触变剂阻燃剂阻燃剂2.2 手糊成型工艺手糊成型工艺l l手糊成型的工艺流程如下手糊成型的工艺流程如下手糊成型的工艺流程如下手糊成型的工艺流程如下 l l 手糊成型的示意图手糊成型的示意图l l 生产准备生产准备 1 1、场地、场地、场地、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，空气温度应保持在定，场地要求清洁、干燥、通风良好，空气温度应保持在15153535之间，后加工整修段，要设有抽风除尘和喷水装置。之间，后加工整修段，要设有抽风除尘和喷水装置。2 2、模具准备、模具准备、模具准备、模具准备 准备工作包括清理，组装及涂脱模剂等。准备工作包括清理，组装及涂脱模剂等。(1)(1)模具清理模具清理 首先要检查横具尺寸，表面质量及数量，必须满首先要检查横具尺寸，表面质量及数量，必须满 足产品质量及生产规模的数量要求。足产品质量及生产规模的数量要求。(2)(2)涂脱模剂要喷涂均匀，防止漏涂和涂层过厚；涂脱模剂要喷涂均匀，防止漏涂和涂层过厚；脱模剂的种类要根据模具质量、树脂品种种及成本选择。脱模剂的种类要根据模具质量、树脂品种种及成本选择。3 3、树脂胶液配制、树脂胶液配制、树脂胶液配制、树脂胶液配制 配制时要注意两个问题：配制时要注意两个问题：(1)(1)防止胶液中混入气泡，防止胶液中混入气泡，(2)(2)配胶量不能过多，每次配量要保证在树脂凝胶前用完。配胶量不能过多，每次配量要保证在树脂凝胶前用完。常用的胶液配方常用的胶液配方a.固化环氧树脂配方固化环氧树脂配方b.不饱和聚酯树脂配方不饱和聚酯树脂配方1 1、引发剂引发剂引发剂引发剂：H-50H-50过氧化环过氧化环己酮二丁酯糊己酮二丁酯糊 2 2、引发剂引发剂引发剂引发剂：M-M-过氧化甲乙酮过氧化甲乙酮溶液溶液3 3、引发剂引发剂引发剂引发剂：B-50B-50过氧化过氧化苯甲酰二丁酯糊苯甲酰二丁酯糊 4 4、促进剂促进剂促进剂促进剂：E-E-含含6 6萘酸钴萘酸钴的苯乙烯溶液的苯乙烯溶液5 5、促进剂促进剂促进剂促进剂：D-D-含含1010二甲二甲基苯按得的苯乙烯溶液。基苯按得的苯乙烯溶液。4 4增强材料准备增强材料准备增强材料准备增强材料准备 增强材料的种类和规模按设计要求选择，剪裁时应注意：增强材料的种类和规模按设计要求选择，剪裁时应注意：n n 裁布的方向性要遵守设计要求：裁布的方向性要遵守设计要求：n n 布层拼接，分搭接和对接时，搭接长度不小于布层拼接，分搭接和对接时，搭接长度不小于25mm25mm，对接要，对接要使各层拼缝错开；使各层拼缝错开；n n 圆环形制品可利用布的变形性，裁剪成经纬向圆环形制品可利用布的变形性，裁剪成经纬向4545的布；的布；n n 布块尺寸大小套裁，节约用布布块尺寸大小套裁，节约用布;n n 布层裁剪量须按产品设计厚度计算。布层裁剪量须按产品设计厚度计算。n n制品厚度估算制品厚度估算 制品厚度可按下式计算制品厚度可按下式计算 tmK。t 制品厚度(mm)；m 材料质量(kg/m2);K 厚度系数 mm(kgm-2)手糊制品厚度与层数计算手糊制品厚度与层数计算 n n举例举例举例举例：已知玻璃钢制品由一层已知玻璃钢制品由一层300g300gmm2 2和和4 4层层600g600gmm2 2 E E玻纤毡铺成，聚玻纤毡铺成，聚酯树脂酯树脂(密度密度1 12g2gcmcm3 3)胶液中含胶液中含4040填料填料(密度密度2 25g/cm5g/cm3 3)。树脂含。树脂含量量7070。求制品厚度。求制品厚度。解：解：解：解：玻纤毡总质量玻纤毡总质量10.3+40.610.3+40.62.7 kg2.7 kgmm2 2 树脂和玻纤比：树脂和玻纤比：70/70/（100-70100-70）2 23333，树脂质量：树脂质量：2 2727233336 629kg29kgmm2 2 填料质量：填料质量：6 62940/602940/604 41kg1kgmm2 2 玻璃毡厚：玻璃毡厚：2 270703913911.05mm1.05mm 树脂厚：树脂厚：6.290.8376.290.8375.265mm5.265mm 填料厚：填料厚：4 41901904 41.676mm1.676mm 铺后总厚度；铺后总厚度；1.051.05十十5.265.26十十1.6761.676 8mm8mm n 铺层效计算铺层效计算 己细制品厚度时，铺层致可按下 式计算：n A/mf(Kf+C1KR)式中，n为增强材料铺层数,A为制品厚度mm,mf 为增强材料单位面积质量k8m2，Kf为增强材料厚度系数mm(kgm-2)；KR为树脂基体厚度系数Mm(kgm-2)；C1为树脂与增强材料质量比。n n 铺层糊制铺层糊制 手工铺层糊制分干法干法和和湿法湿法两种：1 干法铺层干法铺层 用预浸布为原料，先将预浸料用预浸布为原料，先将预浸料(布布)按样板裁剪成坯料按样板裁剪成坯料铺层时加热软化，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。排除层间气泡，使密实。此法多用于热压罐和袋压成型。2.2 糊制与固化糊制与固化 2 湿法铺层湿法铺层 直接在棋具上将增强材料浸胶，一层一层地紧贴在模具上，排除气泡，使之密实。一般手糊工艺多用此法铺层 湿法铺层湿法铺层又分胶衣层糊制胶衣层糊制和结构层糊制结构层糊制 胶衣层胶衣层(面层面层)制作制作 制品厚度一般为0.25-0.5mm，可采用涂刷和喷涂施工。胶衣层一段做两遍；第一遍凝胶后铺表面毡，再喷涂第二遍胶衣，要防止漏涂和不均匀。胶衣层作用是美化制品外观，提高防腐蚀能力。结构层糊制结构层糊制 结构层糊制结构层糊制结构层糊制结构层糊制是在凝胶后的胶衣层上将增强材料浸放，是在凝胶后的胶衣层上将增强材料浸放，一层一层紧贴在模具上，要求铺贴平整，不出现褶皱和悬空，一层一层紧贴在模具上，要求铺贴平整，不出现褶皱和悬空，用毛刷和压辊压平，直到铺层达到设计厚度。在铺第一、二用毛刷和压辊压平，直到铺层达到设计厚度。在铺第一、二层时，树脂含量要适当增多，以有利于排出气泡和浸透纤维层时，树脂含量要适当增多，以有利于排出气泡和浸透纤维织物。一般方格布的含胶量为织物。一般方格布的含胶量为5050-5555，毡的含胶量为毡的含胶量为7474-7575。大型厚壁制品大型厚壁制品大型厚壁制品大型厚壁制品应分几次糊制待前一迭层基本固化，冷应分几次糊制待前一迭层基本固化，冷却到室温时，再糊下一边层，制品中埋设嵌件，必须在埋人却到室温时，再糊下一边层，制品中埋设嵌件，必须在埋人前对铁件除锈、除油和烘干。前对铁件除锈、除油和烘干。3 铺层铺层接接缝处缝处理理 为了保证制品的外观质量和强度，铺层接缝为了保证制品的外观质量和强度，铺层接缝应每层错开应每层错开。手糊工具如下手糊工具如下手糊工具如下手糊工具如下：1 1 羊毛辊羊毛辊羊毛辊羊毛辊 羊毛辊多用来浸渍树脂，其规格羊毛辊多用来浸渍树脂，其规格(直径直径 长度长度)为为38mm100m38mm100m；38mm125mm38mm125mm；38mm l 50mm38mm l 50mm;38mm200mm;38mm200mm和窄和窄辊辊15mm75mm15mm75mm等。等。2 2 猪鬃猪鬃猪鬃猪鬃辊辊辊辊 猪鬃猪鬃较较硬，用于硬，用于驱驱赶气泡，只需赶气泡，只需轻轻轻轻接触成型面，便可将接触成型面，便可将裹人的气泡排除。裹人的气泡排除。规规格格为为 2020和和 5050mmmm长长25150mm25150mm。n n 手糊工具手糊工具3 3 螺旋辊螺旋辊螺旋辊螺旋辊(亦称压辊亦称压辊亦称压辊亦称压辊)由铝、钢或硬塑料制成，辊上开有沟槽，各槽相互平行。用于压实铺层和排除气泡，其规格为10，12，30mm，长 25，50，75，100和125mm。4 4 其它工具其它工具其它工具其它工具 其它工具为电锯、电钻、打磨抛光机等。制品固化制品固化分硬化和熟化硬化和熟化硬化和熟化硬化和熟化两个阶段：从凝胶到硬化一般要24h，此时固化度达50一70(巴柯硬度为15)，可以脱模，脱后在自然环境条件下固化12周才能使制品具有力学强度，称熟化其固化度达85以上。加热加热加热加热可促进熟化过程，对聚酯玻璃钢，80加热3h；对环氧玻璃钢，后固化温度可控制在150 以内。加热固化的方法很多，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。n n 固化固化 n n脱模脱模脱模脱模 脱模要保证制品不受损伤。脱模方法很多，有如下几种，脱模要保证制品不受损伤。脱模方法很多，有如下几种，1 1 1 1 顶出脱模顶出脱模顶出脱模顶出脱模 在模具上预埋顶出装置，脱模时转动螺杆，将制品顶出。在模具上预埋顶出装置，脱模时转动螺杆，将制品顶出。2 2 2 2 压力脱模压力脱模压力脱模压力脱模 模具上留有压缩空气或入水口，脱模时将压缩空气或水模具上留有压缩空气或入水口，脱模时将压缩空气或水(0.2MPa)(0.2MPa)压人模具和制品之间，同时用木锤和橡胶锤敲打，压人模具和制品之间，同时用木锤和橡胶锤敲打，使制品和模具分离。使制品和模具分离。n n 脱模和修整脱模和修整3 3 3 3 大型制品大型制品大型制品大型制品(如船如船如船如船)脱模脱模脱模脱模 可借助千斤顶、吊车和硬木楔等工具。4 4 4 4 复杂制品可采用手工脱模方式复杂制品可采用手工脱模方式复杂制品可采用手工脱模方式复杂制品可采用手工脱模方式 先在模具上撤离二三层玻璃钢，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。l l修整修整修整修整 修整分两种：一种是尺寸修整，另一种是缺陷修补。修整分两种：一种是尺寸修整，另一种是缺陷修补。1.1.尺寸修整尺寸修整尺寸修整尺寸修整 成型后的制品，按设计尺寸切去超出多余部分。修整成型后的制品，按设计尺寸切去超出多余部分。修整又分湿法和干法两种：湿法是制品处于未固化状态在模又分湿法和干法两种：湿法是制品处于未固化状态在模具上切去超出部分。干法是在脱模后，用电锯切去多余部具上切去超出部分。干法是在脱模后，用电锯切去多余部分，然后用砂纸和锉刀修平，磨光。分，然后用砂纸和锉刀修平，磨光。2.缺陷修缺陷修补补 穿孔修补穿孔修补 将穿孔用锉刀或钻头扩孔，清除残渣，装上托将穿孔用锉刀或钻头扩孔，清除残渣，装上托板，填人补强材料。板，填人补强材料。气泡裂缝修补气泡裂缝修补 用锉刀切开气泡，扩锉裂缝，用钢丝刷打磨，清除粉尘；然后注入树脂胶液，固化打磨抛光。破孔修补破孔修补 将破修整，清除粉尘，玻璃布按破孔尺寸分层裁减，浸胶铺层。1、有事业的峰峦上，有汗水的溪流飞淌；在智慧的珍珠里，有勤奋的心血闪光。2、人们走过的每一个足迹，都是自己生命的留言；留给今天翻过的日历，留给未来永久的历史。3、人生是一座可以采掘开拓的金矿，但总是因为人们的勤奋程度不同，给予人们的回报也不相同。4、理想之风扯满人生的帆；奋斗之杆举起理想之旗。5、人应该学会走自己的路，但更应该掌握手中的罗盘。6、不能因为人生的道路坎坷，就使自己的身躯变得弯曲；不能因为生活的历程漫长，就使求索的脚步迟缓。7、人生的意义在理想的光辉中闪烁；生命的价值在创造的生活中闪现。8、只有走完平凡的路程，才能达到伟大的目标。9、奋斗目标是人生的精神支柱。10、共同的事业，共同的斗争，可以使人们产生忍受一切的力量。奥斯特洛夫斯基11、属于每个人的道路，都在每个人的足下；属于每个人的历史，都在每个人的身后。12、终于有一天，海水和泪都是甜的。13、有志者自有千方百计，无志者只有千难万难。14、贫不足羞，可羞是贫而无志。吕坤15、人，只要有一种信念，有所追求，什么艰苦都能忍受，什么环境也都能适应。丁玲16、人生的途程是遥远的，只要双脚不息地前行，道路就会向远方延伸。17、理想是人生的坚实支柱，如果失去了生活的理想，精神也就会随之而瘫痪。18、目标不是都能达到的，但它可以作为瞄准点。28、我学习了一生，现在我还在学习，而将来，只要我还有精力，我还要学习下去。别林斯基29、任何时候我也不会满足，越是读书，就越是深刻的感到不满足，越是感到自己的知识贫乏。马克思30、外国语是人生斗争的一种武器。马克思31、学习这件事不在乎有没有人教你，最重要的是在于你自己有没有觉悟和恒心。法布尔32、笔落惊风雨,诗成泣鬼神。杜甫33、别裁伪体亲风雅,转益多师是汝师。杜甫28、我学习了一生，现在我还在学习，而将来，只要我还有精力，我还要学习下去。别林斯基29、任何时候我也不会满足，越是读书，就越是深刻的感到不满足，越是感到自己的知识贫乏。马克思30、外国语是人生斗争的一种武器。马克思31、学习这件事不在乎有没有人教你，最重要的是在于你自己有没有觉悟和恒心。法布尔32、笔落惊风雨,诗成泣鬼神。杜甫33、别裁伪体亲风雅,转益多师是汝师。杜甫