玻璃纖維復(fù)合材料構(gòu)件的模具要求與制作流程

1、【精品文檔】如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除，僅供學(xué)習(xí)與交流玻璃纖維復(fù)合材料構(gòu)件的模具要求與制作流程.精品文檔.1.模具設(shè)計(jì)模具時(shí)，必須綜合考慮以下要求：滿(mǎn)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(lái)源充分及造價(jià)低。模具材料應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：能夠滿(mǎn)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(guò)程中不易變形和損壞；不受樹(shù)脂侵蝕，不影響樹(shù)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(shù)脂固化，

2、對(duì)樹(shù)脂粘接力小于0.01MPa；成膜時(shí)間短，厚度均勻，表面光滑；使用安全，無(wú)毒害作用；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(shù)脂浸透；有足夠的形變性，能滿(mǎn)足制品復(fù)雜形狀的成型要求；氣泡容易扣除；能夠滿(mǎn)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(lái)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(wú)捻粗紗、無(wú)捻粗紗布、加捻布、短切玻璃纖維氈、玻璃纖維織物。基體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)

3、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，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(wú)毒或低毒；價(jià)格合理，來(lái)源有保證。 在手糊成型技術(shù)中，最常用的是不飽和聚酯樹(shù)脂，其次是環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂和呋喃樹(shù)脂，乙烯基樹(shù)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(lèi)，而固化劑、稀釋劑、增韌劑等，歸屬于樹(shù)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1535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

4、包括清理、組裝及涂脫模劑等。樹(shù)脂膠液配制：配制時(shí)，要注意兩個(gè)問(wèn)題：防止膠液中混入氣泡；配膠量不能過(guò)多，每次配量要保證在樹(shù)脂凝膠前用完。增強(qiáng)材料準(zhǔn)備：增強(qiáng)材料的種類(lèi)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

5、24h，此時(shí)固化度達(dá)50%70%（巴柯?tīng)栍残远葹?5），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(chēng)熟化，其固化度達(dá)85%以上。加熱可促進(jìn)熟化過(guò)程，對(duì)聚酯玻璃鋼，80加熱3h，對(duì)環(huán)氧玻璃鋼，后固化溫度可控制在150以?xún)?nèi)。加熱固化方法很多，中小型制品可在固化爐內(nèi)加熱固化，大型制品可采用模內(nèi)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）

6、脫模 可借助千斤頂、吊車(chē)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(lái)。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(lèi)噴射成型機(jī)按噴射方式分類(lèi)，可分為:(1)高壓型:用泵把樹(shù)脂送入噴槍?zhuān)璞脡哼M(jìn)行噴射;用空壓機(jī)將樹(shù)脂罐和固化劑罐加壓，在該壓力下，將樹(shù)脂和固化劑壓入噴槍進(jìn)行噴射。(2)氣動(dòng)型:樹(shù)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。

7、按混合形式分類(lèi)，可分為:(1內(nèi)部混合型:在噴槍內(nèi)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(shù)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(shù)脂的兩種類(lèi)型。(3)已混合型:事先調(diào)配好含促進(jìn)劑和引發(fā)劑的樹(shù)脂，由噴槍噴出。 （2）工藝流程在噴射成型開(kāi)始以前，應(yīng)該先檢查樹(shù)脂的凝膠時(shí)間，測(cè)定方法是將少量的樹(shù)脂噴入小罐中，測(cè)定其凝膠時(shí)間;還必須檢查樹(shù)脂對(duì)玻璃纖維的比例，一般樹(shù)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(shù)脂凝膠后發(fā)軟而不粘手)，就可以開(kāi)始噴射成型操作。如果沒(méi)有膠衣樹(shù)脂，應(yīng)先在模具上噴一層樹(shù)脂。然后開(kāi)動(dòng)切割器，開(kāi)始噴射樹(shù)脂和纖維的混合物。第一層應(yīng)

8、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(shù)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(méi)有氣泡，而且這一層必須完全潤(rùn)濕膠衣樹(shù)脂，待這一層凝膠后再?lài)娤乱粚印＝酉聛?lái)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(shù)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

9、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(shù)脂體系應(yīng)滿(mǎn)足：1）粘度低，浸潤(rùn)性好，便于樹(shù)脂在模腔內(nèi)順利均勻地通過(guò)并浸漬纖維；2）固化放熱峰低，以100180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(shù)脂系統(tǒng)不含溶劑，固化時(shí)無(wú)低分子物析出，同時(shí)又適宜增加填料，尤其是樹(shù)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(shù)脂應(yīng)為預(yù)促進(jìn)型。RTM使用的高性能樹(shù)脂基體包括：不飽和聚酯樹(shù)脂，乙烯基酯樹(shù)脂，環(huán)氧樹(shù)酯，雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂，熱塑性樹(shù)脂。目前主要為環(huán)氧樹(shù)脂。RTM成型對(duì)增強(qiáng)材料的要求是：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

10、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(shù)脂而動(dòng)；3）對(duì)樹(shù)脂的浸潤(rùn)性要好；4）利于樹(shù)脂的流動(dòng)并能經(jīng)受樹(shù)脂的沖擊。 RTM成型工藝的原理復(fù)合材料樹(shù)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(lái)的一種新的復(fù)合材料成型工藝6。所謂樹(shù)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的樹(shù)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

11、圖。圖1 RTM成型工藝示意圖RTM工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(shù)脂的注射以及固化)；四、脫模及加工。5.纏繞成型（1）分類(lèi)根據(jù)纖維纏繞成型時(shí)樹(shù)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(guò)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(zhuān)業(yè)生產(chǎn)，能?chē)?yán)格控制樹(shù)脂含量（精確到2%以?xún)?nèi)）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)1

12、00200m/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，在張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繞張力使多余的樹(shù)脂膠液將氣泡擠出，并填滿(mǎn)空隙；纖維排列平行度好；濕法纏繞時(shí)，纖維上的樹(shù)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(shù)脂浪費(fèi)大，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(shù)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

13、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(wú)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(shù)脂基體 樹(shù)脂基體是指樹(shù)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(shù)脂性能，同時(shí)對(duì)工藝性、力學(xué)性能也有很大影響。纏繞成型常用樹(shù)脂主要是不飽和聚酯樹(shù)脂，也有時(shí)用環(huán)氧樹(shù)脂和雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂等。對(duì)于一般民用制品如管、罐等，多采用不

14、飽和聚酯樹(shù)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(shù)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(lái)酰亞胺樹(shù)脂。 填料 填料種類(lèi)很多，加入后能改善樹(shù)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(shù)脂之間的粘接強(qiáng)度，填料要保證清潔和表面活性處理。（3）芯模成型中空制品的內(nèi)模稱(chēng)芯模。一般情況下，纏繞制品固化后，芯模要從制品內(nèi)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(guò)程中施加

15、于芯模的各種載荷，如自重、制品重，纏繞張力，固化應(yīng)力，二次加工時(shí)的切削力等；能滿(mǎn)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(lèi)：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(lèi)材料可用澆鑄法制成空心或?qū)嵭男灸?，制品纏繞成型后，從開(kāi)口處通入熱水或高壓蒸汽，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。另外還有內(nèi)襯材料，內(nèi)襯材料是制品的組成部分，固化后不從制品

16、中取出，內(nèi)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(lèi)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)的要求是：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，保持張力穩(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，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(guò)程一般包括芯模和內(nèi)襯的制

17、造、樹(shù)脂膠液的配制、纖維熱處理和烘干、浸膠、膠紗烘干、在一定張力下進(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、纏繞張力、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(guò)高，制品的強(qiáng)度降低，成型和固化時(shí)流膠嚴(yán)重；含膠量過(guò)低，制品孔隙率增加，氣密性、耐老化性、剪切強(qiáng)度均下降。纏繞張力：張力的大小、各纖維束之間張力的均勻性以及各纏繞層之間纖維張力的均勻性，對(duì)制品的質(zhì)量影響極大、合適

18、的纏繞張力可以使樹(shù)脂產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，從而提高樹(shù)脂抵抗開(kāi)裂的能力。各纖維束之間如果張力不勻，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張力作用下不出現(xiàn)內(nèi)松外緊現(xiàn)象，應(yīng)使纏繞張力有規(guī)律的遞減，以保證各層都有相同的初始應(yīng)力。纏繞張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)控制在一定的范圍之內(nèi)。速度過(guò)小則生產(chǎn)效率低，速度過(guò)快則樹(shù)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(shù)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范圍、升溫速度、恒溫溫度及時(shí)間、降溫冷卻等。要

19、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(shù)脂系統(tǒng)，固化制度也不相同，一般都要根據(jù)樹(shù)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(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)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(shù)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(guò)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(mén)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(guò)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%，浸膠在張力下進(jìn)行，能充分

20、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(mǎn)足不同力學(xué)性能制品的使用要求；生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)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(shù)脂基體 在拉擠工藝中，應(yīng)用最多的是不飽和聚酯樹(shù)脂，約占本工藝樹(shù)脂用量的90以上，另外還有環(huán)氧樹(shù)脂、乙烯基樹(shù)脂、熱固性甲基丙烯酸樹(shù)脂、改性酚醛樹(shù)脂、阻燃性樹(shù)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(wú)捻粗紗、連續(xù)纖維氈等。為了滿(mǎn)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(guò)處理，使之與樹(shù)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)