玻璃钢制造工艺的一些学习知识.doc

。关于玻璃钢制造工艺的一些知识玻璃钢（FRP）：学名玻璃纤维增强塑料,也称为GFRP。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，形成整体的作用。一、玻璃钢性能 （1）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。 （2）物理性能玻璃钢具有密度小，良好的电绝缘性能、隔热性能、抗吸水和抗热膨胀性能等。玻璃钢密度介于1.52.0之间，只有普通炭钢的14 1/5比轻金属铝还要轻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。（3）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。（4）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，是金属材料的110011000。（5）耐老化性能 任何材料都存在老化问题，玻璃钢也不例外。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。（6）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050以上，环氧玻璃钢在60以上。强度开始下降（7）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。玻璃钢的耐腐蚀性，主要取决于树脂，作为玻璃钢用的树脂，其耐腐蚀性是好的，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。二、玻璃钢的构造次内层和内表层统称为内衬层。(1)内表层：由内衬树脂加玻璃纤维表面毡增强，树脂含量90%以上，气密性好，非常光滑，该层主要提供制品防腐、防渗漏等功能。 (2)次内层：由内衬树脂和玻璃纤维短切毡组成，树脂含量大于80%，该层的主要作用是保护内表层，提高内衬的抗内压失效能力，阻止裂纹扩散。 (3)结构层：由无碱玻璃纤维缠绕纱浸润结构层树脂后采用交叉缠绕的方法一次成型（设计有加强筋的加强筋也一起成型）。该层树脂含量通常在45%左右。作用是承受压应力、拉应力和各种外载荷。(4)外保护层:该层为外富树脂层，树脂含量大于80%,同时在树脂中加入UV-9型紫外线吸收剂以防止光氧老化。三 、玻璃钢制造原料（1） 树脂选择玻璃钢制作时所用的原材料树脂品种，主要有不饱和聚酯树脂（UP）、环氧树脂、酚醛树脂、热固性树脂（呋喃类树脂、三聚氰胺甲醛树脂、聚丁二烯树脂、有机硅树脂等）、聚氨酯树脂，以及其他热塑性树脂类，例如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈树脂（SAN或AS树脂）、ABS树脂、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚酰亚胺、改性聚酰亚胺、聚砜、聚砜醚、聚芳醚酮、聚苯硫醚、芳香族聚酯等热塑性树脂。其中使用最多的是不饱和聚酯树脂，其原因是由于不饱和聚酯树脂的原材料来源较为广泛，价格较为便宜，并且成型工艺简单，成型温度较低，生产成本低等。 不饱和聚酯树脂的品种牌号很多，其分类情况也各不相同。 若按产品性能来分类，可分为如下的类别： 通用型不饱和聚酯树脂：这种树脂是应用得最多的树脂品种，如191、196树脂等。 柔韧型不饱和聚酯树脂：这种树脂制成玻璃钢制品后，其制品具有较好的柔韧性。其牌号为TM182、304、T541等。 弹性不饱和聚酯树脂：这种树脂具有较高的弯曲强度，更坚韧而无脆性，适宜制作家具高档涂料，以及机器外壳等。 耐化学药品型的不饱和聚酯树脂：这类树脂具有较好的耐腐蚀性能，由于腐蚀介质种类很多，因此针对不同的介质可以使用不同的耐腐蚀树脂。其牌号有197、3301、323、MFE-2等。 阻燃型不饱和聚酯树脂：这类树脂可分为合成型和添加型两种，均可达到阻燃的效果。其牌号为：7901、S-906、TM302、317等。 耐热型不饱和聚酯树脂：这类树脂可以制成在较高温度下使用的玻璃钢制品，其热变形温度至少不低于110。其牌号为TM197、TM199、S685等。 光稳定型和耐气候型不饱和聚酯树脂：这类树脂具有较好的耐大气的老化性能，暴露在日光条件下可以长期使用，仍保存一定的使用性能。其牌号为：TM195、S692、F45、515等。 空气干燥型不饱和聚酯树脂：这类树脂具有空干性，即暴露在空气中进行固化，其表面不会发粘，以便改善其工艺性能及产品的使用性能，但其固化条件仍与通用型不饱和树脂的相同，在低温或室温下进行固化。其牌号为：SGA20、桐酸型不饱和聚酯树脂等。 铸塑型不饱和聚酯树脂：这类树脂是一类低收缩、低放热的树脂，其主要的特性是铸塑时不会产生裂纹及破裂，可避免产生应力集中现象，并且颜色浅，透明性好。其牌号为：SB39、S793等。 胶衣不饱和聚酯树脂（通常称为胶衣树脂）这类树脂在手工制作玻璃钢制品时十分重要。它不但可以起到玻璃钢表面的保护层作用，而且可以起到表面的装饰效果，起着十分重要的作用。由于玻璃钢制品的使用环境及要求各不相同，因此必须根据实际情况，选用不同品种的胶衣树脂。目前的牌号为TM-33、TM-35、S-739、胶衣33等。 SMC/BMC专用不饱和聚酯树脂（简称SMC/BMC专用树脂）：这类树脂的主要特点是粘度低、增稠快、活性高，能快速固化，耐水性和耐热性能好，稳定性好等。目前的牌号为：22、S-816、S-817等。（2） 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:1：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。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，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。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,是制造高质量玻璃钢模具及制品的必需用品。（3） 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。四、玻璃钢制造方法介绍（1）手糊制作方法：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。（2）喷射成型方法：一种借助于喷射机器的手工积层的方法。该方法具有效率高、成本低的特点，有逐步取代传统的手糊工艺的趋势。其产品的整体性强，没有搭接缝，且制品的几何尺寸基本上没有受到限制，成型工艺不复杂，材料配方能保持一定的准确性。其不足之处，在于制品的质量在很大程度上，取决于操作工人的生产技能。另外，喷射所造成的污染，一般均大于其他的工艺方法。 （3）纤维缠绕工艺方法：将浸渍过树脂的连续纤维，按一定的规律缠绕到芯模上，层叠至所需的厚度固化后脱模，即成制品。该方法的特点，是可按产品承受应力情况来设计纤维的缠绕规律，使之充分发挥纤维的抗拉强度，并且容易实现机械化和自动化，产品质量较为稳定，若配用不同的树脂基体和纤维的有机复合，则可获得最佳的技术经济效果。可成功地应用于制作玻璃钢管道、贮罐、气瓶、风机叶片、撑高跳竿、电线竿、羽毛球拍等的制品。 （4）模压成型工艺和模塑料成型工艺：其压制工艺和设备条件基本相同，前者采用浸胶布作为模压料，而后者采用片状、团状、散状的模压料，首先将一定量的模压料置于金属对模中，而后在一定温度和压力下成型制得所需的玻璃钢制品。这种生产成型方法，所制得的产品尺寸精确，表面光洁，可一次成型生产效率较高，且产品质量较为稳定，适合于大批量制作各种小型玻璃钢制品。其不足之处是模具的设计和制造较为复杂，生产初期的投资较高，且制件受设备的限制较为突出。 （5）拉挤成型方法：在牵引装置牵引下，使浸渍树脂的纤维增强材料，先在模具中预成型，并经加热使之固化成型，制成玻璃钢型材，最后切割成所需长度的玻璃钢制品。 国内主要采用手糊制作方法和纤维缠绕工艺方法，制作生产玻璃钢产品。 五、玻璃钢手糊制造工艺（1）手糊成型工艺流程树脂胶液配置模具准备手 糊 成 型制 品 固 化脱 模后 处 理制品检验成 品胶衣/树脂固化剂促进剂助 剂增强材料准备模具清理涂脱模剂增强材料裁剪干 燥预埋件准备该工艺过程：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。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。手糊成型工艺模具种类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高数量多、表面要求高的结构复杂的中小型产品。泡沫塑料短简单轻1较高不脱模的内心金属长复杂重100高表面光洁、质量要求高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工艺采用最多的是玻璃钢模具。将处理好的模具，安放在生产现场，必要时用压缩空气、软布、毛刷等工具对模具表面进行清理杂物的工作，并在糊制前先检查模具表面质量状况是否合格，如果有损坏，需进行修补，修补方法如下： 1）先将破损处清除，刮除受损伤表面，露出新的表面；2）用丙酮清洗缺损处，并干燥之； 3）如果缺损处比较大，可以用树脂腻子加少量短切纤维填补，使表面低于原表面并固化； 4）用胶衣树脂加入与模具相同的颜料糊进行二次修补，并固化； 5）用水砂纸打磨表面，并抛光，如果不满意可进行二次，三次修补。（2）手糊工艺使用原料手糊玻璃钢制品的主要原材料是合成树脂与玻璃纤维，但是由于工艺条件的局限，手糊玻璃钢用的树脂必须是粘度比较小的并且是可以在室温或者低温下固化的。树脂：不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂以及环氧树脂和少数酚醛树脂。胶衣：胶衣是在不饱和聚酯树脂中加入颜料和触变剂等分散而成的。主要作用是对玻璃钢制品表面的装饰和对结构层的保护。 阻燃剂（填料）：阻燃剂是通过若干机理发挥其阻燃作用的，如吸热作用、抑制链反应、不燃气体的窒息作用等。多数阻燃剂是通过若干机理共同作用达到阻燃目的。阻燃剂分为添加型和反应型。添加型阻燃剂主要是通过在树脂中添加阻燃剂发挥阻燃剂的作用。反应型阻燃剂则是通过化学反应在高分子材料中引入阻燃基团，从而提高材料的抗燃性。在阻燃剂类型中，添加型阻燃剂占主导地位，使用的范围比较广。常用阻燃剂类型有氢氧化铝、玻璃微珠等。 促进剂：可以提高树脂反应速率的一种用量较少的物质。 固化剂：树脂的固化是经过缩合、闭环等化学反应使热固性树脂发生不可逆的变化过程。固化剂能使树脂（胶衣）发聚合或交联作用而转变成硬化材料。 玻璃纤维：玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料。成分为二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等。它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺。最后形成各类产品，玻璃纤维单丝的直径从几个微米到二十几米个微米，每束纤维原丝都有数百根甚至上千根单丝组成，通常作为复合材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等。玻璃纤维制品的品种与用途无捻纱：是由平行原丝或平行单丝集束而成的。主要用于缠绕、模具各边角的填充。 表面毡：这类毡由于采用中碱玻璃（C）制成，故赋予玻璃钢耐化学性特别是耐酸性，同时因为毡薄、玻纤直径较细之故，还可吸收较多树脂形成富树脂层，遮住了玻璃纤维增强材料（如方格布）的纹路，起到表面修饰作用。 短切毡：将玻璃原丝切割成50mm长，将其随机但均匀地铺陈在网带上，随后施以乳液粘结剂或撒布上粉末结剂经加热固化后粘结成短切毡。对短切毡的质量要求如下：沿宽度方向面积质量均匀；短切原丝在毡面中分布均匀，无大孔眼形成，粘结剂分布均匀；具有适中的强度；优良的树脂浸透性。 连续毡：将拉丝过程中形成的玻璃原丝或从原丝筒中退解出来的连续原丝呈8字形铺敷在连续移动网带上，经粉末粘结剂粘合而成。连续毡中纤维是连续的，故其对复合材料的增强效果较短切毡好。主要用在拉挤法、RTM法、压力袋法及玻璃毡增强热塑料（GMT）等工艺中。 方格布：是无捻粗纱平纹织物，是手糊玻璃钢重要基材。方格布的强度主要在织物的经纬方向上，对于要求经向或纬向强度高的场合，也可以织成单向方格布。对方格布的质量要求如下：织物均匀，布边平直，布面平整呈席状，无污渍、起毛、折痕、皱纹等；经、纬密，面积重量，布幅及卷长均符合标准；卷绕在牢固的纸芯上，卷绕整齐；迅速、良好的树脂透性；织物制成的复合材料的干、湿态机械强度均应达到要求。用方格布铺敷成型的复合材料其缺点是层间剪切强度低，耐压和疲劳强度差。（3）玻璃钢手糊工艺糊制过程先在胶衣层或模具成型面上用毛刷或刮板等手糊工具均匀地涂刷一层配制好的树脂，然后铺上一层裁剪好的增强材料（表面毡或短切毡），随之用辊子将其压紧，使之紧密贴合，并注意排除气泡，使毡充分浸渍，不得将两层或两层以上的增强材料同时铺放。如此重复上述操作，直达到设计所需的厚度为止。制品厚度在4毫米以下的产品可一次成型，而当制品厚度大于4毫米时，应分多次固化成型，否则会因固化散热不良导致制品发焦、变色，影响制品的性能。首层毡（表面毡）必须进行固化。分次固化时要求在3060的温度下加热至少1-2小时。多次成型的制品，第二次糊制时，应将第一次糊制固化后形成的毛刺、气泡铲掉后方可继续糊制下一铺层。 糊制时，应注意树脂对玻璃纤维的浸渍情况，首先涂刷树脂时必须使树脂浸润纤维的整个表面，然后通过滚压使纤维内部的空气完全被树脂所取代。保证第一层增强材料完全浸透树脂并紧密贴合，这一点非常重要，特别对某些要在较高温度条件下使用的制品尤为重要。因为浸渍不良及贴合不好，空气在制品固化处理和使用过程种会应热膨胀而产生气泡。糊制短切毡时，若某些沟角部位没有充分浸渍树脂，要用点刷法涂刷树脂，否则会把纤维弄乱，使纤维移位，以致分布不均匀，造成厚薄不一。铺在内部深角出的增强材料，如果用刷子或浸渍辊子难使其紧密贴合时，则可以用手抹平压紧。若平面某些部位或纤维布没有充分浸渍树脂，可用辊子沾胶进行滚压。 搭缝处理：同一铺层纤维尽可能连续，忌随意切断或拼接，但由于产品尺寸、复杂程度等原因的限制难以达到时，糊制时可采取对接式铺层，各层搭缝须错开直至糊到产品所要求的厚度。如果强度要求较高时，为了保证产品的强度，两块布之间应采用搭接，搭接宽度约为50mm。同时，每层的搭接位置应尽可能的错开。若制品的造型比较复杂，某些地方增强材料铺放不平整，气泡不易排除时，可用剪刀将该处剪开，并使之贴平，应当注意每层剪开的部位应错开，以免造成强度损失。对有一定角度的部位，可用无捻纱和树脂填充。若产品某些部位比较大，可在该处适当增厚或增加补强筋，以满足使用要求。（4）产品固化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（4）脱模和修整脱模要保证制品不受损伤。脱模方法有如下几种：1）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。2） 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（0.2MPa）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。3) 大型制品（如船）脱模：可借助千斤顶、吊车和硬木楔等工具。4)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。5)修整：修整分两种：一种是尺寸修整，另一种缺陷修补。1:尺寸修整 成型后的制品，按设计尺寸切去超出多余部分；2:缺陷修补 包括穿孔修补，气泡、裂缝修补，破孔补强等。（4）后续处理玻璃钢产品切割打磨及表面处理。六、玻璃钢缠绕法制造工艺玻璃钢缠绕成型工艺是将浸过树脂胶液的连续纤维或布袋，按照一定规律缠绕到芯模上，然后脱模成增强塑料制品的工艺过程。（一）缠绕成型工艺分类干法缠绕：选用预浸纱带（或布带）在缠绕机上经加热软化至粘流后缠绕到芯模上。湿法缠绕：将无捻粗纱（或布带）浸渍树脂胶液后直接缠绕到芯模上。半干法缠绕：将无捻粗纱（或布带）浸渍树脂胶液，预烘后随即缠绕到芯模上。根据现场了解情况，主要介绍湿法缠绕工艺流程：（二）玻璃钢缠绕成型优缺点及应用玻璃钢缠绕成型的优点：能够按产品的受力状况设计缠绕规律，使能充分发挥纤维的强度；比强度高：一般来讲，纤维缠绕压力容器与同体积、同压力的钢质容器相比，重量可减轻4060%；可靠性高：纤维缠绕制品易实现机械化和自动化生产，工艺条件确定后，缠出来的产品质量稳定，精确；生产