玻璃以及常见玻璃钢成型工艺

目录TOC\o"1-5"\h\z目录 11.1玻璃钢 21.1玻璃钢的概念和特点 21.2玻璃钢分类 41.3玻璃钢成型工艺 41.4玻璃钢模具 61.4.1模具的种类 61.4.2模具的设计与制造 61.4.3手糊成型模具 7超塑性成型 错误!未定义书签。2.1超塑性的概念 错误!未定义书签。2.2超塑性成型的特点 错误!未定义书签。2.3常用超塑性成型工艺 错误!未定义书签。2.3.1薄板气压/真空成形 错误!未定义书签。2.3.2拉深成型 错误!未定义书签。2.3.3超塑性模锻成形 错误!未定义书签。2.3.4超塑性挤压成形 错误!未定义书签。2.3.5超塑性无模拉拔成形 错误!未定义书签。1玻璃钢1.1玻璃钢的概念和特点玻璃钢学名玻璃纤维增强塑料FRP(FiberglassReinforcedPlastic(FRP,亦称作GRP)。一般指使用玻璃纤维来增强增强热固性树脂，以不饱和聚脂,环氧树脂与酚醛树脂为基体，以玻璃纤维或碳纤维等作增强体的增强材料。图1-1FRP结构其主要优点如下：(1)轻质高强,比强度高(比强度：材料的强度除以其表观密度,强度-重量比)玻璃钢的密度一般在1.5-2.0g/cm3之间，只有碳钢的1/4-1/5,可是拉伸强度却接近，甚至超过碳素钢,而比强度可以与高级合金钢相比。因此,在航空,火箭,宇宙飞行器,高压容器以及在其他需要减轻自重的制品应用中，都具有卓越成效。某些环氧FRP的拉伸、弯曲和压缩强度均能达到400MPa以上。如下表所示为几种工业材料之间的强度对比。表1-1几种工业材料强度对比材料名称密度(g/cm3)拉伸强度(MPa)比强度(N•m/kg)高级合金钢8.01280160a3钢7.8540050ly12铝合金2.8420160铸铁7.424032环氧玻璃钢1.73500280聚酯玻璃钢1.8290160酚醛玻璃钢1.8290160DAP玻璃钢1.65360210有机硅玻璃钢1.60170106二苯醚玻璃钢1.70320190(2)耐腐蚀性能好玻璃钢是良好的耐腐材料，对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力。玻璃钢已应用到化工防腐的各个方面，正在取代碳钢、不锈钢、木材、有色金属等。(3)电绝缘性能好玻璃钢是优良的绝缘材料，用来制造绝缘体。高频下仍能保持良好介电性。微波透过性良好，已广泛用于雷达天线罩。如下表所示为几种玻璃钢的介电常数。表1-2玻璃钢介电常数破璃钢种类介电常数介电损失角正切DAP陂璃钢40~4.X聚丁—烯卿钢3.5-4.0(4.5-SJ)xlO^利7聚酯璇璃钢4.0-4.8i.s)xK)-16KH环蓝玻璃错4.7-52(1.7-2.5)x10-(4)热绝缘性能良好玻璃钢热导率低，室温下为1.25—1.67J/(m•K),只有金属的1/100--1/1000,是优良的绝热材料。在瞬时超高温情况下，是理想的热防护和耐烧蚀材料，能保护宇宙飞行器在2000r以上承受高速气流的冲刷。表1-3玻璃钢与常见材料热绝缘性对比材料比热导热番数民心1广3)线膨胀系数al(r5/V)聚酚挠铸体0.170.176-13铁0,邻75.61.2铝O.JJ22222.4木材I.S80.0R-0,16J.360.4(}(5)可设计性好可以根据需要，灵活地计出各种结构产品，来满足使用要求可以使产品有很好的整体性。可以充分选择材料来满足产品的性能，如：可以设计出耐腐的耐瞬时高温的、产品某方向上有特别高强的、介电性好的等等。(6)工艺性优良可以根据产品的形状、技术要求、用途及数量来灵活地选择成型工艺。工艺简单，可以一次成型，经济效果突出，尤其对于形状复杂、不易成型的数量少的产品，更突出它的工艺优越性。虽然玻璃钢在许多方面具有优越的特性，但也存在一定的缺陷，如下所示为使用时需要注意到的一些玻璃钢的缺点:)弹性模量低FRP的弹性模量比木材大两倍，但比钢材(E=210GPa)小10倍,因此在产品结构中常刚性不足，容易变形。可以通过做成薄壳结构，夹层结构，也可通过高模量纤维或者做加强筋等形式来弥补。)长期耐温性差一般FRP不能在高温下长期使用，通用聚酯FRP在50r以上强度就明显下降，一般只能在100r以下使用；通用型环氧frp在60r以上，强度明显下降。但可以选择高温树脂，使长期工作温度在200~300°C是可能的。)老化现象老化现象是塑料的共同缺陷，FRP也不例外，在紫外线、风沙雪雨、化学介质、机械应力等作用下容易导致性能下降。4）湿强度低FRP长期在湿态下工作，强度下降50%左右，但是下降有一定限度，而且干燥后又得到很大程度的恢复。可通过选择树脂和工艺、使用偶联剂、增加富树脂层或者设计时增加安全系数来克服。5）层间剪切强度低层间剪切强度是靠树脂来承担的，所以很低。可以通过选择工艺、使用偶联剂等方法来提高层间粘结力，最主要的是在产品设计时，尽量避免使层间受剪。1.2玻璃钢分类FRP的分类可以根据基体材料或者纤维进行划分，玻璃钢常用纤维种类有玻璃纤维、碳纤维和硼纤维。如下表所示为按照基体材料进行划分的玻璃钢种类。表1-4玻璃钢分类基休材料名称不饱和聚酯树脂聚酯FRP环氧树脂环氧FRP酚醛树脂酚醛FRP腺酵树脂胶粘剂尿醛FRP三聚輒胺与甲醛缩聚而成的热固性树脂三聚訊肢中降FRP聚氨基甲酸酯聚氨酯FRP有机硅化合物有机桂FRP正J基苯J苯FRP聚丁二烯坏氧树脂聚「二烯FRP等玻璃纤维按含碱量的分类：）有碱玻璃纤维（碱性氧化物含量〉12%，也称A玻璃纤维）；）中碱玻璃纤维（碱性氧化物含量6%—12%）；）低碱玻璃纤维（碱性氧化物含量2%—6%）；）无碱玻璃纤维（碱性氧化物含量V2%,也称E玻璃纤维；按玻璃纤维直径分类：1） 粗纤维（单丝直径30卩m）；2） 初级纤维（单丝直径20卩m）；3） 中级纤维（单丝直径10—20卩m）；4） 高级纤维，也叫纺织纤维（单丝直径3—9um）按玻璃纤维外观分类：1） 连续纤维：无捻粗纱，有捻粗纱（用于纺织）；2） 短切纤维；3） 空心玻璃纤维；4） 玻璃粉；5） 磨细纤维。1.3玻璃钢成型工艺玻璃钢成型工艺按照工艺特点来分的话，有手糊成型法、RTM成型法、模压成型、缠绕成型、拉挤成型、喷射成型等，如下所示为几种常见的工艺介绍：1．手糊成型工艺手糊成型工艺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。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。缺点是制品质量分散、生产效率低。手糊成型工艺的流程是：先在清理好或经过表面处理的模具成型面上涂抹脱模剂，待充分干燥好后，将加有固化剂（引发剂）、促进剂、颜料糊等助剂并搅拌均匀的胶衣或树脂混和料，涂刷在模具成型面上，随后在其上铺放裁剪好的玻璃布（毡）等增强材料，并注意浸透树脂、排除气泡。重复上述铺层操作，直到达到设计厚度，然后进行固化脱模修整。图1-1手糊成型工艺流程图2．RTM成型法RTM成型法一般是指在一对由钢、铝或FRP制作的阴阳模具的模腔内，预先放置增强材料（包括预埋件），夹紧后，从设置于适当位置的注入孔以比较低的压力注入树脂，在常温至中温范围内使之与增强材料一起固化，经脱模而得到的FRP制品的方法（注入压力为0.2MPa-1MPa）。3．模压成型法将一副阴阳模安装在压力机上，物料在模腔中经过加热加压，使之固化定型。模压法可分为热压法、冷压法。模压成型设备由浸胶机、预浸料机组、片状模塑料机组、压机四部分组成，各部分负责不同的工艺流程，模压成型工艺主要分为压制前的准备和压制两个阶段。其基本过程是：将一定量经一定预处理的模压料放入预热的模具内，施加较高的压力使模压料填充模腔。在一定的压力和温度下使模压料逐渐固化，然后将制品从模具内取出，再进行必要的辅助加工即得产品。4．缠绕成型法缠绕成型是在干股无捻粗纱上施以一定张力并浸渍树脂（或已预浸树脂）,按一定规律缠在芯轴上，缠到所需要厚度后，经固化脱模而得制品。缠绕、螺旋缠绕及两极缠绕等模式，一般常用螺旋缠绕、环向缠绕以及两者的组合。5．拉挤成型法拉挤成型工艺是通过牵引装置的连续牵引，使纱架上的无捻玻璃纤维粗纱、毡材等增强材料经胶液浸渍，通过具有固定截面形状的加热模具后，在模具中固化成型，并实现连续出模的一种自动化生产工艺。实现拉挤工艺的设备主要是拉挤机，拉挤机大体可分为卧式和立式两类。无论是卧式还是立式拉挤机，它们都主要由送纱装置、浸渍装置、成型模具与固化装置、牵引装置、切割装置等五部分组成，它们对应的工艺过程分别是排纱、浸渍、入模与固化、牵引、切割。6．喷射成型法喷射成型工艺是利用喷枪将玻璃纤维及树脂同时喷到模具上而制得玻璃钢件的工艺方法。其具体作法是将加入引发剂和混有促进剂的两种树脂分别从喷枪两侧喷出，同时连续的玻璃纤维粗纱被切割器切断成短切纤维，由喷枪中心喷出，使其与树脂均匀混合，喷到模具表面上。当沉积到一定厚度时，用辊轮压实，使玻璃纤维浸透树脂，排除气泡，经固化后形成制品。1.4玻璃钢模具1.4.1模具的种类用于成型玻璃钢的模具,从材料上主要分为金属模具和非金属模具两大类。模具常用的金属材料主要有钢、铝合金等;非金属材料主要有木材、玻璃钢、石膏、水泥等。无论选用何种材料,模具必须满足下列要求:（一） 满足产品的尺寸、精度、外观质量及数量要求;（二） 所选择的材料必须保证模具有足够的刚度和强度,不易变形,不易损坏;（三） 使用过程中,应不受树脂及辅助材料的侵蚀,不影响树脂的固化,能经受树脂固化时所散发热量的影响,不至于变形;（四）脱模容易,能长时间使用;（五）材料易得,价格便宜，模具成本低。金属材料的模具与非金属材料的模具各有自己的优缺点,在生产过程中,应根据制品的成型工艺方法及产品的精度与表面质量,合理选择模具的材料。金属模具使用周期长,不易变形,适合于表面光洁度、精度和质量要求较高的大批量产品.但金属模具制造工艺复杂,重量大,成本也比较高。非金属材料模具制造周期短,制造工艺简单,成本低,适合于数量不多,结构较复杂的大中型产品。但非金属模具精度低，使用寿命短。根据多年来的生产实践经验'常用的模具主要是铝合金模具和玻璃钢模具。这两种模具较其他材料的模具更适于玻璃钢制品的生产1.4.2模具的设计与制造设计模具时,应根据产品的结构特点合理地选择模具的结构形式,在方便使用的情况下尽量降低成本。在设计时,需综合考虑以下几点:符合产品设计的精度要求;要有足够的刚度和强度,使用周期一长;易脱模;材料易得,造价低。。脱模的难易程度是评定模具设计是否合理的重要指标。实际生产中,大型容器多采用拼装模,小型容器多用整体模。应当注意的是,在模具设计中,拐角处应尽量避免锐角。常用的模具,主要分为单模和对模两类。单模又分阴模和阳模两种类型，对模是由阴模和阳模二者组合而成的。无论单模还是对模,都可以根据工艺及使用要求设计成整体模或拼装模。a） 阴模如果生产的制品要求外表面光滑,尺寸准确,则模具的结构形式应选择阴模。但凹陷较深的阴模脱模较困难,易于损坏制品和模具,操作时排风困难,劳动条件差,也不易控制质量。阴模的结构形式决定了它多用于外表面作为工作面的产品,如玻璃钢轴流风机的整流罩等。b） 阳模用阳模生产的产品内表面光滑,尺寸准确,操作方便,质量容易控制,便于通风。手糊成型中对于内表面作工作面的产品多用阳模成型,如浴盆、微波天线罩等。c） 对模是由阴模和阳模两部分组成,通过定位销装配。用对模生产的产品,内外表面都很光滑,厚度精确。对模一般用来生产内外表面精度及产品厚度要求较高的产品,但上模要经常搬动,因而不适于大型制品的生产。另外,对模的成本也很高。d） 拼装模由于某些产品的结构比较复杂或为了脱模方便,需将模具分成几块拼装而成,这样每一块模具就比较简单，容易操作。脱模时将每块拼模'依先后次序脱下即可，如大型容器等。拼装模的材料多用木材或玻璃钢。模具,特别是在对模和拼装模的设计中,其结构上还应根据需要设计有注射口、排气口、定位销、密封带、模具紧密装置及制品脱模装置等。在设计过程中,应着重考虑以下几点:合理选择分模面分模面的选择要有利于产品脱模,而且不能对产品表面造成损坏。采用三点定位一点是用中心定位，使上下模在同一中心线上,以保证制品的端跳和轴跳达到设计要求;另两点用定位销以确保合模准确。注射口和排气口设计合理注射口一般设在模具中心,一方面是因为这里与制品各部位等距,另一方面是注射树脂由下至上而行。为使腔内气体能顺利排出,排气口以中心对称设置两个或四个,并与模腔内的排气道相连,这样就可以排出腔内能导致产品缺陷的气体。制品脱模顶出装置有些制品脱模比较困难,应在某些关键部位处设计金属模块,脱模时利用它顺利顶出制品。1.4.3手糊成型模具手糊成型的模具分为阴模、阳膜以及拼装膜，如下图所示图1-2手糊成型模具结构阳模：制品内表面尺寸准确，光滑。成型方便，便于通风。阴模：制品外表面尺寸准确，光滑。阴模深操作不