层压成型工艺

1、层压成型工艺1 层压成型的根本概念及工艺特点1.1 层压成型的根本概念层压成型系指用成叠的, 浸有或涂有树脂片状底材以及塑料片在 加热,加压下制成坚实而又近于均匀的板状,管状,棒状或其它简单 形状的制品. 浸有或涂有树脂的底片也称为附胶材料. 常用的底材有 纸张,棉布,木材薄片,玻璃布或玻璃毡,石棉毡以及合成纤维的织 物以及碳,硼纤维及陶瓷纤维等.所用的树脂绝大局部为热固性的, 如酚醛树脂,环氧树脂,布饱和聚酯树脂等.另外为了改善性能及降 低本钱还可以参加碳酸钙,滑石粉以及氧化铝等填料.1.2 层压成型工艺特点层压成型是将多层附胶材料或塑料片材叠合在一起并送入压机 中,在一定温度合压力下经过一

2、段时间压制而成层压塑料制品, 这种 制品质量好,性能比拟稳定,缺乏之处是间歇式生产.它的根本工艺 过程包括叠料,进料俗称“进缸 ,热压,出料俗称“出缸 等过程,热压中又分预热,保温,升温,恒温,冷却等五个阶段.该 工艺虽然比拟简单, 但如何限制制品的质量是个较复杂的问题, 因此 工艺操作上的要求是严格的. 此法的缺乏是只能生产板状材料, 而且 规格受压机热板尺寸所限,不可能生产大于热板的制品.2 常用树脂的特性2.1 树脂的选择为了保证层压塑料制品具有良好的性能,通常对树脂提出一些要 求.这些要求是由树脂的使用及加工性能所决定的, 同时根据树脂的 性质及其在复合塑料中的作用提出的. 就树脂的形

3、态来将, 可以将它 分为粉状,粒状,片状,有机溶液,水溶液,悬浮液,乳液等,而且 液态材料种类不同其粘度也各不相同,树脂的处理方法及应用也不 同,所以选用树脂是一个重要的先决条件.2.1.1 树脂的作用树脂的作用如下：1把不连续的基材粘结起来, 从而使复合材料成为具有一定物 理性能的整体.2使纤维填料不致发生屈曲变形, 如细度 68 微米玻璃纤维, 受压时是不稳定的,由于自重而发生屈曲.但是复合材料中,由于树 脂的支撑作用而阻止了纤维的屈曲,使纤维在受压时仍有一定的强 度.3保护纤维填料不受外界介质的侵蚀合腐蚀, 从而有利于发挥 纤维的优良性能.2.1.2 对树脂的性能要求对树脂性能的要求如下

4、：1树脂对增强填料应有良好的粘附水平合润湿水平.2树脂本身要有良好的物理力学性能.3树脂固化时的收缩率应小, 从而在复合材料中不致引起太多 的微裂纹.4树脂应具有良好的工艺性能.2.2 常用树脂层压塑料制品常用树脂有：酚醛树脂,环氧树脂,有机硅树脂, 氨基树脂,不饱和聚酯树脂等,此外也有少数其他品种树脂,如二苯 醚甲醛树脂,芳烷基醚甲醛树脂,糠醛丙酮树脂,聚酰亚胺树脂等. 3 底材与填料层压塑料制品除树脂之外的另一种重要组分是底材.目前国内的 底材品种很多,但用得最广的是玻璃纤维及其织物,其它有纸张,棉 布,石棉,碳纤维等. 对底材的主要要求是： 有良好的物理力学性能, 成型加工性能.同时还需

5、要有较广泛的材料来源,价格低廉,对操作 及环境危害小等.3.1 玻璃纤维及织物玻璃纤维的主要成分是铝硼硅酸盐和钙钠硅酸盐两种,前者称为 无碱纤维, 后者称为有碱纤维, 随后还生产了高强度纤维和高弹玻璃 纤维等.有碱纤维原料来源广,生产本钱低,对性能要求不高的制品可应 用此种纤维.无碱纤维对水较稳定,它在吸湿后强度不会下降,只要放置一段 时间或前枯燥一下便可恢复, 故常用于电性能与力学性能有一定要求 的产品.3.2 其它底材和粉状填料3.2.1 纸张和纸板纸张和纸板都是由纤维素组成的,并且具有短纤维结构的片状材 料.每平方米的重量在 250 克以下的称为纸张,以上那么称为纸板.层 压塑料制品常用

6、牛皮纸,a-纤维素纸,碎布浆纸等作为增强材料. 牛皮纸强度和韧性高；a-纤维素纸外表光滑,电绝缘性好,颜色鲜 艳.纸对高聚物的增强作用不显著, 主要用于绝缘层压复合材料的制 造.3.2.2 棉布 棉布具有较高的力学强度和均整性,所以可以用它制造质优,结构均匀的增强塑料,其中尤以层压塑料制品为最正确.3.2.3 石棉 石棉具有耐酸,耐热,耐磨及吸湿后不变形等特点.它是硅酸盐的纤维物质. 其缺点是不易被树脂浸渍, 因此不能充分发挥作用制得 强度较高的增强塑料,但石棉作增强材料一般外表不进行处理.3.2.4 木材 木材价格廉价,又便于机械加工,所以是层压塑料最先采用的增强材料之一.木材的特点是比强度

7、高,加工容易,来源广,价格低.缺点是吸 湿,可燃,易腐朽和各向异性.常用酚醛树脂和脲醛树脂浸渍它生产 层压塑料和胶合板.3.2.5 粉状填料在生产层压塑料时有时采用粉状填料,参加的目的在于：1改进制品外表性能或赋予制品以某种特定性能 如参加石墨 粉改进保温性能 .2填堵空隙3增进湿强度.4预防压制过程中树脂固化时产生过热现象.5预防制品开裂和收缩率过大.6增进制品受潮时的尺寸稳定性.通常用的粉状填料有：碳酸钙,二氧化硅,石墨粉,滑石粉,石 棉粉等.4 附胶材料的制备附胶材料是用纤维填料或棉布,纸张底材等经树脂浸渍或涂拭后 而制得的.为了使树脂与纤维填料之间有较强的粘附性,常用有机物偶联剂 进行

8、处理.4.1 底材的外表处理为了使玻璃纤维增强的塑料制品性能提升,必须改善它们之间的 粘结力,一般需对玻璃纤维进行外表处理,处理的方法有：洗涤法, 热处理法和化学法两种.4.1.1 洗涤法此法是用各种有机溶剂洗涤玻璃纤维或其织物外表上的浆料.常 用的溶剂有：三氯乙烯,汽油,丙酮,甲苯,二氯乙烷等.洗涤后残 留的浆料约在 0.4左右,采用此法溶剂回收困难,又不平安,目前 使用不多.4.1.2 热处理法此法是利用高温除去玻璃纤维或织物外表上的浆料.处理后的玻 璃纤维呈金色或棕色,浆料的残留量约在 0.1左右,强度损失约在 2040,随着加热温度上升和时间的延长,强度越来越小,残留量 也越小.热处理

9、在工业上有两种方法：间歇式和连续式.连续处理时使用连续热处理炉,温度为350 450C,时间为3-5分.间歇式处理时, 温度偏低而时间那么延长,一般是 280C 300C,加热15 25分,虽 然玻璃纤维强度有局部损失,但因改善了树脂与玻璃纤维的粘接性, 从而使制品的强度有所提升.4.1.3 化学处理法 化学处理法即偶联剂处理法,一般有三种,即后处理法,前处理 法和迁移法.1 后处理法先将玻璃纤维经热处理,使残留浆料小于 1,再经偶联剂溶液 处理,水洗和烘干, 使玻璃纤维外表上涂上一层偶联剂, 此法效果好, 质量稳定,也较成熟,但需热处理,浸渍,水洗,热烘等多种设备, 因此本钱高.2前处理法这

10、种方法是将偶联剂参加浆料中, 以便偶联剂在抽丝过程中粘附 在玻璃纤维外表上, 此称为增强浆料, 常用的有聚酯酸乙烯酯型偶联 剂.与后处理法比拟可省去复杂的工艺设备,玻璃纤维轻度损失少, 所以此法比拟理想. 但是很难找到一种偶联剂同时满足纺织物和制造增强塑料两方面的要求,因此有待进一步研究.3迁移法 迁移法又称整体渗和法,此法是将偶联剂直接加到树脂中去,再 经过浸渍,涂胶与玻璃纤维或织物发生作用,这种方法简单,不要庞 大设备,效果较前两种稍差,适用于缠绕和模压成型.4.2 底材的浸清渍涂拭 除木材厚片材外,其它底材的浸渍或涂拭根本相同.无论哪一种 方法涂胶都应到达如下三个目的：1底材得到预定量的

11、树脂溶液；2树脂要均匀地涂拭在底材的各部位；3尽可能使底材附胶材料少含空气.对品质有影响的因素是： 树脂溶液的浓度 即固体含量,树脂粘 度,挤压辊或刮刀对底材施加的压力,底材运行的速度和吸 收树脂液的水平等.底材一般吸收树脂量约为 20 80,如果树 脂量要求高时,需经二次或三次浸渍才能到达需要的树脂厚度.4.3 附胶底材的枯燥用液状树脂浸渍或涂拭的底材必须经过枯燥, 才能制成附胶材料. 枯燥目的是：1除去水分或溶剂；2促进热固性树脂的化学反响, 使之到达适当的流动性而便于 成型.为了到达以上两个目的,对枯燥温度,时间和附胶材料的运行速度及通入枯燥室内的空气必须严格限制.4.3.1 加热方法(

12、1) 蒸汽加热通过换热器使热空气在底材周围形成对流. 这种方法枯燥速度慢,效率低.(2) 加热空气循环式(3) 红外线枯燥机使用方便,但是运转费用高,除特殊品种外,一般不用.4.3.2 枯燥形式通常枯燥是连续进行的,设备分为两种,一种是卧式枯燥机,另 一种式立式的枯燥机.卧式枯燥机底材从一端进,另一端出.采用热空气枯燥,并有冷 风冷却,占地面积大.立式枯燥机底材从底部进,底部出,占地面积小,枯燥室的温度 可调节,气流为自然流向式,热效率高,而且溶剂可以回收,但结构 复杂,投资大.4.4 附胶材料的树脂含量与测定底材上树脂的多少直接影响到底层塑料的性能.所以在生产中控 制树脂含量是十分重要的.对

13、于树脂含量的测定通常用B -射线测厚仪进行,根据涂拭前与 涂拭后的密度不同测出树脂的含量, 并调节涂拭或浸渍树脂的含量大 小.5 层压制品的成型层压成型是将多层附胶底材叠合并送入到多层热压机中, 在一定 温度和压力下, 经过一定的时间压制成塑料制品. 这种方法是比拟成 熟的,得到的制品质量好,性能比拟稳定,缺点是间歇式生产作业, 且产品尺寸受热板规格所限制.层压热固性塑料的成型介绍如下.板材成型工艺过程分为叠料,进模,热压,出模,加工和热处理 等.5.1 叠料叠料时首先对所用附胶材料进行选择, 选用的附胶材料应是浸渍 均匀,无杂质, 树脂含量复合要求,而且树脂的固化程度也应到达规 定的范围.接

14、着是剪裁与叠层,即将附胶底材按制品的预定尺寸长 度均比制品要求的尺寸大出 7080 毫米,裁成片并按预定的方向叠 成板坯所用附胶材料的张数, 但是由于附胶材料质量的变化, 往往不 容易准确,因此一般采用张数和重量相结合的方法来确定制品的厚 度.为了改善制品的表观质量,也有在板坯两面专加专用附胶底材, 每面约加 23 张.外表胶布专用材料俗称为“面子 ,不同于一般附 胶材料,它含有脱模剂,如硬脂酸锌,而且含胶量也较大,这样制成 的板材不但外观美观,而且防潮性能也好.将附胶材料叠成片时, 其排列方向可按同一方向排列, 也可以按 互相垂直排列.用前一种排列方向,制品性能各向异性,用后一种排 列,制品

15、性能各向同性.叠好的板坯应按以下顺序集合合成压制单元： 金属板衬纸单 面钢板板坯双面钢板板坯双面钢板板坯单面钢板衬 纸金属板.金属板为普通钢板,也有用合金铝板的,但外表应力求平整. 单 面和双面钢板是不锈钢板制成, 凡与钢坯接触面应十分光滑 一般经 磨光或抛光过,否那么制品外表就不十分光滑,也不易脱模.放置板 坯前,钢板上要均匀地涂上脱模剂. 施放纸张的目的是使板坯均匀受 热受压.5.2 进料将多层下动式压机的下压板放在最低位置, 而后将装好的叠合本 单元分层推入多层层压机的热板中去, 再检查一下板坯在热板中的位 置是否适宜,然后闭合压机,开始升温升压进行压制.5.3 热压开始热压时, 温度与

16、压力均不适宜太高,否那么树脂易流失,在压 制玻璃布层压板时有时会出现滑缸现象. 压制时,聚集在板坯边缘的 树脂如已不能被拉成丝, 即可根据工艺参数要求提升温度与压力. 温 度和压力丝根据树脂的特性用实验方法确定的, 压制温度限制一般分 为五个阶段.1预热阶段温度丝指从室温到固化反响开始的温度. 预热阶段中, 树脂发生 熔化,并进一步浸透底材,同时还排除了一局部挥发物.施加的压力 为全压的 1/3-1/2.2保温阶段使树脂在较低的反响速度下进行固化反响, 直到板坯边缘流出的 树脂不能拉成丝时为止.3升温阶段这一阶段是自固化开始的温度升到压制规定的最高温度,升温不宜太快,否那么会使固化反响速度加快

17、而引起成品分层或产生裂纹.4恒温阶段当温度升到规定的最高温度后保持恒定的阶段. 这一阶段的作用 使保证树脂充分固化,而使制品性能到达最正确值.保温时间取决于树 脂的类型,品种和制品的厚度.5冷却阶段即当板坯中树脂已充分固化后进行降温准备脱模的阶段.降温可以在热板中通过冷却水,也可以自然冷却.降温冷却应在保持压力的 情况下直到冷却完毕为止.五个阶段中温度与时间的变化情况如以下图所示：温度7时间五个产品中施加的压力随所用树脂的类型而定. 例如酚醛层压塑 料板层压压力为 12±1 兆帕,聚邻苯二甲酸二丙酯树脂层压板选用压 力为 7 兆帕左右.压力的作用使除去挥发物,增加树脂的流动性,使 玻璃布进一步压缩,预防玻璃布增强塑料在冷却过程中变形等.5.4 产品的取出当压制好的板材温度已降到 60C时,即可依次推出压制单元, 并取出产品.5.5 加工加工的目的时去除压制板材的毛边, 一般在 3 毫米以下的板材用 剪裁机,大于 3 毫米以上的板材用锯板机进行.5.6 热处理热处理是使树脂充分固化