复合材料成型工艺与特点

第五章复合材料成型工艺与特点

5.1 手糊、喷射成型技术与特点

5.1.1 手糊成型技术与特点

1) 手糊成型原理

手糊成型工艺是树脂基复合材料生产中最早使用和应用普遍的一种成型方法，它是指将纤维浸渍树脂后手工地铺层在模具上，黏结在一起然后固化的成型工艺。手糊成型技术很少受制品形状及大小的限制，模具费用低，对于那些品种多、生产量小的大型制品，手糊成型技术是非常适合的。

2) 手糊成型工艺的原材料

手糊成型工艺所用的原材料包括：增强材料、树脂和辅助材料。

（1）增强材料

手糊成型对增强材料的要求：①增强材料易于被树脂浸透；②有足够的形变性，能满足制品复杂形状的成型要求；③气泡容易扣除；④能够满足制品使用条件的物理和化学性能要求；⑤价格合理（尽可能便宜），来源丰富。

用于接触成型的增强材料有玻璃纤维及其织物，碳纤维及其织物，芳纶纤维及其织物等。其中常用的玻璃纤维增强材料有以下几种：无捻粗纱、无捻粗纱布、加捻布、短切玻璃纤维毡、玻璃纤维织物。

（2）基体材料

手糊成型工艺对基体材料的要求：①在手糊条件下易浸透纤维增强材料，易排除气泡，与纤维粘接力强；②在室温条件下能凝胶，固化，而且要求收缩小，挥发物少；③粘度适宜：一般为0.2～0.5Pa·s，不能产生流胶现象；④无毒或低毒；⑤价格合理，来源有保证。

在手糊成型技术中，最常用的是不饱和聚酯树脂，其次是环氧树脂、酚醛树脂和呋喃树脂，乙烯基树脂等也有少数应用。

（3）辅助材料

接触成型工艺中的辅助材料，主要是指填料和色料两类，而固化剂、稀释剂、增韧剂等，归属于树脂基体体系。

3)模具及脱模剂

（1）模具

模具是各种接触成型工艺中的主要设备。模具的好坏，直接影响产品的质量和成本，必须精心设计制造。

设计模具时，必须综合考虑以下要求：①满足产品设计的精度要求，模具尺寸精确、表

面光滑；②要有足够的强度和刚度；③脱模方便；④有足够的热稳定性；⑤重量轻、材料来源充分及造价低。

模具材料应满足以下要求：①能够满足制品的尺寸精度，外观质量及使用寿命要求；②模具材料要有足够的强度和刚度，保证模具在使用过程中不易变形和损坏；③不受树脂侵蚀，不影响树脂固化；④耐热性好，制品固化和加热固化时，模具不变形；⑤容易制造，容易脱模；⑥昼减轻模具重量，方便生产；⑦价格便宜，材料容易获得。能用作手糊成型模具的材料有：木材，金属，石膏，水泥，低熔点金属，硬质泡沫塑料及玻璃钢等。

脱模剂基本要求：①不腐蚀模具，不影响树脂固化，对树脂粘接力小于0.01MPa；②成膜时间短，厚度均匀，表面光滑；③使用安全，无毒害作用；④耐热、能以受加热固化的温度作用；⑤操作方便，价格便宜。

手糊成型工艺的脱模剂主要有薄膜型脱模剂、液体脱模剂和油膏、蜡类脱模剂。

4)手糊成型的工艺流程

（1）生产准备

场地：手糊成型工作场地的大小，要根据产品大小和日产量决定，场地要求清洁、干燥、通风良好，空气温度应保持在15～35℃之间，后加工整修段，要设有抽风除尘和喷水装置。

模具准备：准备工作包括清理、组装及涂脱模剂等。

树脂胶液配制：配制时，要注意两个问题：①防止胶液中混入气泡；②配胶量不能过多，每次配量要保证在树脂凝胶前用完。

增强材料准备：增强材料的种类和规格按设计要求选择。

（2）糊制与固化

铺层糊制：手工铺层糊制分湿法和干法两种：①干法铺层用预浸布为原料，先将预学好料（布）按样板裁剪成坏料，铺层时加热软化，然后再一层一层地紧贴在模具上，并注意排除层间气泡，使密实。此法多用于热压罐和袋压成型。②湿法铺层直接在模具上将增强材料浸胶，一层一层地紧贴在模具上，扣除气泡，使之密实。一般手糊工艺多用此法铺层。湿法铺层又分为胶衣层糊制和结构层糊制。

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1～2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。

（3）脱模和修整

脱模：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。

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。

5)手糊成型工艺的优缺点

手糊成型工艺有以下优点：（1）不需要复杂的设备，只需要简单的模具、工具，固定投资少、见效快，比较适合我国乡镇企业的发展；（2）生产技术易掌握，只需要经过短期的培训即可进行生产；（3）所制作的复合材料产品不受尺寸、形状限制，如大型游船、圆屋顶、水槽等均可；（4）可与其他材料（如金属、木材、泡沫等）同时复合成一体；（5）对一些不宜运输的大型制品（如大罐、大型屋面）均可现场制作。

但是手糊成型也存在许多缺点：（1）生产效率低、速度慢、生产周期长，对于批量大的产品不太适合：（2）产品质量不够稳定，由于操作人员的技能水平不同及制作环境条件的影响，产品的质量稳定性较差；（3）生产环境差，气味大，加工时粉尘多，故需从劳动保护上加以解决。

6)手糊成型的应用

由于手糊工艺设计自由，因此可根据产品的技术要求设计出理想的外观、造型及多种多样的复合材料制品。手糊成型工艺制作的复合材料产品的用途比较广泛，主要有以下几个方面：

(1) 建筑制品波形瓦、采光罩、风机、浴盆、组合式卫生间、冷却塔、活动房屋、玻璃钢大棚等。

(2) 造船业渔船、游船、游艇、交通艇、救生艇，灯塔、水中浮标、养殖船等。

(3) 机械电器设备机器罩、配电箱、医疗器械外罩、电池箱、开关盒等。

(4) 体育游乐设备赛艇、舢板、滑板、各种球杆、人造攀岩墙、冰车、风帆车、海底游乐设备等。

5.1.2 喷射成型技术与特点

喷射成型是利用喷枪将玻璃纤维及树脂同时喷到模具上而制得复合材料的工艺方法。具体作法是，加了引发剂的树脂和加了促进剂的树脂分别由喷枪上的两个喷嘴喷出。同时切割器将连续玻璃纤维切割成短切纤维，由喷枪的第三个喷嘴均匀地喷到模具表面上，用小辊压实，经固化而成制品。

喷射成型也称半机械化手糊法。在国外，喷射成型的发展方向是代替手糊。喷射成型的