纖維增強材料的材料特性,導致其常用的基本成型工藝有如下幾種:手糊成型工藝、拉擠成型工藝、纏繞成型工藝、模壓成型工藝。
(一)手糊成型工藝
1.手糊成型法原理
手糊成型工藝又稱(chēng)接觸成型,是樹(shù)脂基復合材料生產(chǎn)中最早使用和應用最普遍的一種成型方法。手糊成型工藝是以加有固化劑的樹(shù)脂混合液為基體,以玻璃纖維及其織物為增強材料,在涂有脫模劑的模具上以手工鋪放結合,使二者粘接在一起,制造玻璃鋼制品的一種工藝方法;w樹(shù)脂通常采用不飽和聚酯樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂,增強材料通常采用無(wú)堿或中堿玻璃纖維及其織物。在手糊成型工藝中,機械設備使用較少,它適于多品種、小批量制品的生產(chǎn),而且不受制品種類(lèi)和形狀的限制。
2.成型工藝流程
手糊成型工藝的流程是:先在清理好或經(jīng)過(guò)表面處理的模具成型面上涂抹脫模劑,待充分干燥好后,將加有固化劑(引發(fā)劑)、促進(jìn)劑、顏料糊等助劑并攪拌均勻的膠衣或樹(shù)脂混和料,涂刷在模具成型面上,隨后在其上鋪放裁剪好的玻璃布(氈)等增強材料,并注意浸透樹(shù)脂、排除氣泡。重復上述鋪層操作,直到達到設計厚度,然后進(jìn)行固化脫模
3.成型設備
手糊成型工藝所用的設備較少,制作模型的設備有木工車(chē)床、木工刨床、木工圓鋸;脫模一般會(huì )用到空氣壓縮機、吊裝設備等。
(二)模壓成型法
1.模壓成型法原理
熱固性模壓成型是將一定量的模壓料加入預熱的模具內,經(jīng)加熱加壓固化成型塑料制品的方法。其基本過(guò)程是:將一定量經(jīng)一定預處理的模壓料放入預熱的模具內,施加較高的壓力使模壓料填充模腔。在一定的壓力和溫度下使模壓料逐漸固化,然后將制品從模具內取出,再進(jìn)行必要的輔助加工即得產(chǎn)品。
2.成型工藝流程
模壓成型工藝主要分為壓制前的準備和壓制兩個(gè)階段。
3.成型設備
(1)浸膠機
制備膠布的主要設備是浸膠機,由送布架、熱處理爐、浸膠槽、烘干箱和牽引輥等幾部分組成。根據熱處理爐和烘干箱放置的位置,可以分為臥式浸膠機和立式浸膠機兩種。
(2)預浸料機組
這一方法所用設備有切割機、捏合機和撕松機。常用的切割機類(lèi)型有沖床式、砂輪片式、三輥式和單旋轉刀輥式。捏合機的作用是將樹(shù)脂系統與纖維系統充分混合均勻;旌蠘话愣疾捎Z槳式結構。在捏合過(guò)程中主要控制捏合時(shí)間和樹(shù)脂系統的粘度這兩個(gè)主要參數,有時(shí)在混料室結構中裝有加冷熱水的夾套,以實(shí)現混合溫度的控制;旌蠒r(shí)間愈長(cháng),纖維強度損失愈大,在有些樹(shù)脂系統中,過(guò)長(cháng)的捏合時(shí)間還會(huì )導致明顯的熱效應產(chǎn)生;旌蠒r(shí)間過(guò)短,樹(shù)脂與纖維混合不均勻。樹(shù)脂粘度控制不當,也影響樹(shù)脂對纖維的均勻浸潤及滲透速度,而且也會(huì )對纖維強度帶來(lái)一定的影響。
撕松機的主要作用是將捏合后的團狀物料進(jìn)行蓬松。撕松機主要由進(jìn)料輥和一對撕松輥組成,通過(guò)撕松輥的反向運動(dòng)將送入的料團撕松。
(3)片狀模塑料機組
一個(gè)完整的SMC機組,大體由機架、輸送系統、PE薄膜供給裝置、刮刀、玻璃纖維切割器、浸漬和壓實(shí)裝置、收卷裝置等7個(gè)主要部分和玻璃纖維紗架、樹(shù)脂糊的制備及喂入系統、靜電消除器等3個(gè)必備輔助系統組成。
(4)壓機
壓機是模壓成型的主要設備。壓機的作用是提供成型時(shí)所需要的壓力以及開(kāi)模脫出制品時(shí)所需的脫模力,現大多采用液壓機。
(三)纏繞成型法
1.纏繞成型法原理
纖維纏繞工藝是樹(shù)脂基復合材料的主要制造工藝之一。是一種在控制張力和預定線(xiàn)型的條件下,應用專(zhuān)門(mén)的纏繞設備將連續纖維或布帶浸漬樹(shù)脂膠液后連續、均勻且有規律地纏繞在芯;騼纫r上,然后在一定溫度環(huán)境下使之固化,成為一定形狀制品的復合材料成型方法。
2.成型設備
纖維纏繞機是纖維纏繞技術(shù)的主要設備,纖維纏繞制品的設計和性能要通過(guò)纏繞機來(lái)實(shí)現。按控制形式纏繞機可分為機械式纏繞機、數字控制纏繞機、微機控制纏繞機及計算機數控纏繞機,這實(shí)際上也是纏繞機發(fā)展的四個(gè)階段。目前最常用的主要是機械式和計算機數控纏繞機。纖維纏繞機是纖維纏繞工藝的主要設備,通常由機身、傳動(dòng)系統和控制系統等幾部分組成。輔助設備包括浸膠裝置、張力測控系統、紗架、芯模加熱器、預浸紗加熱器及固化設備等。
(四)拉擠成型工藝
1.拉擠成型原理
拉擠成型工藝是通過(guò)牽引裝置的連續牽引,使紗架上的無(wú)捻玻璃纖維粗紗、氈材等增強材料經(jīng)膠液浸漬,通過(guò)具有固定截面形狀的加熱模具后,在模具中固化成型,并實(shí)現連續出模的一種自動(dòng)化生產(chǎn)工藝。
對于固定截面尺寸的玻璃鋼制品而言,拉擠工藝具有明顯的優(yōu)越性。首先,由于拉擠工藝是一種自動(dòng)化連續生產(chǎn)工藝,與其它玻璃鋼生產(chǎn)工藝相比,拉擠工藝的生產(chǎn)效率最高;其次,拉擠制品的原材料利用率也是最高的,一般可在95%以上。另外,拉擠制品的成本較低、性能優(yōu)良、質(zhì)量穩定、外表美觀(guān)。由于拉擠工藝具有這些優(yōu)點(diǎn),其制品可取代金屬、塑料、木材、陶瓷等制品,廣泛地應用于化工、石油、建筑、電力、交通、市政工程等領(lǐng)域。
2.成型工藝流程
增強材料(玻璃纖維無(wú)捻粗紗、玻璃纖維連續氈及玻璃纖維表面氈等)在拉擠設備牽引力的作用下,在浸膠槽充分浸漬膠液后,由一系列預成型模板合理導向,得到初步的定型,最后進(jìn)入被加熱了的金屬模具,模具高溫的作用下反應固化,從而可以得到連續的、表面光潔、尺寸穩定、強度極高的玻璃鋼型材。
3.成型設備
實(shí)現拉擠工藝的設備主要是拉擠機,拉擠機大體可分為臥式和立式兩類(lèi)。一般情況下,臥式拉擠機結構比較簡(jiǎn)單,操作方便,對生產(chǎn)車(chē)間結構沒(méi)有特殊的要求。而且臥式拉擠機可以采用各種固化成型方法(如熱模法、高頻加熱固化等),因此它在拉擠工業(yè)中應用較多。立式拉擠機的各工序沿垂直方向布置,主要用于制造空心型材,這是由于在生產(chǎn)空心型材時(shí)芯模只能一端支承,另一端為自由無(wú)支承端,因此立式拉擠機不會(huì )因為芯模懸臂下垂而造成拉擠制品壁厚不均勻;這種拉擠機由于局限性較大,生產(chǎn)的產(chǎn)品單一,己經(jīng)不再使用。無(wú)論是臥式還是立式拉擠機,它們都主要由送紗裝置、浸漬裝置、成型模具與固化裝置、牽引裝置、切割裝置等五部分組成,它們對應的工藝過(guò)程分別是排紗、浸漬、入模與固化、牽引、切割。