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1、第一章 手糊成型工艺及设备,手糊成型工艺:,第一节 手糊成型工艺概述,1.1 定义,手工作业把玻璃纤维织物和树脂交替铺层在模具上，然后固化成型为玻璃钢制品的工艺。,1.2 手糊成型工艺分类:,接触成型:低压成型：,第一节 手糊成型工艺概述,有简单手糊法及喷射成型法,有压力袋法、真空袋法、热压釜成型以及树脂传递模塑(RTM)和反应注射模塑(RIM)成型等。,1.3 手糊成型工艺工序,(1)增强材料剪裁 (2)模具准备 (3)涂刷脱模剂； (4)喷涂胶衣 (5)成型操作 (6)脱模 (7)修边 (8)装配,第一节 手糊成型工艺概述,第一节 手糊成型工艺概述,设备简单投资少、见效快生产技术简单易学产
2、品不受尺寸、形状的限制，大型制品可现场制作。制品树脂含量较高，耐腐蚀性好,第一节 手糊成型工艺概述,1.4 手糊工艺的优点：,但是，手糊工艺也存在许多缺点： 生产效率低、不适合批量大的产品 产品质量不够稳定。 生产环境差。,第一节 手糊成型工艺概述,1.5手糊工艺的用途,(1)建筑制品：波形瓦、采光罩、风机、风道、浴盆、组合式卫生间、化粪槽、冷却塔、活动房屋、售货亭、装饰制品、坐椅、门、窗、建筑雕塑、玻璃钢大篷、体育场馆采光层顶等。,第一节 手糊成型工艺概述,(2)造船业:渔船、游船R、游艇、交通艇、救生艇、汽垫船、舢舨、海底探测船、军用折叠船、水中浮标、灯塔、巡逻艇、养殖船等。,第一节 手糊
3、成型工艺概述,(3)交通产品:汽车车壳、电动车壳、机器盖、保险扛、大型旅游车外板、冷藏车、工程车、高尔夫球车、汽车卫生间、消防车、火车箱内板、火车门窗、火车卫生间、地铁车箱、路标等。,第一节 手糊成型工艺概述,(4)防腐产品:各种油罐、酸罐、水泥槽内防腐衬层、钢罐内防腐层、管道、管件、地下罐的外防腐层、地面用格栅等。,第一节 手糊成型工艺概述,(5)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。 (6)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、游乐车、碰碰车、碰碰船、水滑梯、海底游乐设备等。,第一节 手糊成型工艺概述,总之，出于手糊工艺设计自由，可根
4、据产品的技术要求设计出理想的外观、造型及多种多样、品种繁多的FRP制品。目前，产品达上万种，被广泛应用到各个领域，前景看好。,选材依据：,第二节 原材料选择,(1)产品设计的性能要求。(2)手糊成型工艺要求。(3)价格便宜，材料容易取得。,玻璃钢结构,第二节 原材料选择,物理形态：纤维状、片状、颗粒状增强材料等,玻璃纤维、碳纤维与石墨纤维、硼纤维、芳纶纤维等,增强材料：在复合材料中，能提高基体材料机械强度、弹性模量等力学性能的材料。 增强材料不仅能提高复合材料的强度和弹性模量，而且能降低收缩率，提高热变形温度，并在热、电、磁等方面赋予复合材料新的性能。增强材料种类,2.1 手糊成型工艺原材料纤
5、维增强体,第二节 原材料选择,2.1.1 手糊成型对增强材料的要求,第二节 原材料选择,玻璃纤维及其织物、碳纤维及其织物、芳纶纤维及其织物。,接触成型用纤维有：,增强材料易被树脂浸透；有足够的形变性，能满足制品复杂形状的成型要求；气泡容易排出；能够满足制品使用条件的物理化学性能要求；价格合理、来源丰富。,第二节 原材料选择,2.1.2 玻璃纤维及其织物,1. 玻璃纤维的种类及性能玻璃纤维的分类方法很多，一般可从玻璃原料成分、单丝直径、纤维外观及纤维特性等方面进行分类。 ,A、 按使用特性分类,E玻璃纤维，无碱纤维C玻璃纤维，中碱纤维A玻璃纤维，有碱纤维S玻璃纤维，高强纤维M高弹玻璃纤维L防辐射
6、玻璃纤维,增强材料,含碱0.05以下,含碱11.5-12.5左右,含碱大于15,B、以单丝直径分类,玻璃纤维单丝呈圆柱形，以其直径的不同可以分成几种：,粗纤维： 30m；初级纤维：20m中级纤维：10m20m；高级纤维：3m10m(亦称纺织纤维)；超细纤维：单丝直径小于4m。,单丝直径的不同，不仅纤维的性能有差异，而且影响到纤维的生产工艺、产量和成本。一般5m10m纤维作为纺织制品用；10m14m的纤维一般做无捻粗纱、无纺布、短切纤维毡等较为适宜。,增强材料,C、以纤维外观分类,有连续纤维，其中有无捻粗纱及有捻粗纱(用于纺织)；短切纤维；空心玻璃纤维；玻璃粉及磨细纤维等。,无捻粗纱,短切纤维,
7、玻璃粉,增强材料,玻璃纤维结构示意图,2. 玻璃纤维的结构及主要化学成分,网络结构假说：,玻璃是由二氧化硅的四面体、铝氧三面体或硼氧三面体相互连成不规则三维网络，网络间的空隙由Na、K、Ca、Mg等阳离子所填充。二氧化硅四面体的三维网状结构是决定玻璃性能的基础，填充的Na、Ca等阳离子称为网络改性物。,二氧化硅(SiO2)、三氧化二硼(B2O3)、氧化钙(CaO)、三氧化二铝(Al2O3)等,以二氧化硅为主的称为硅酸盐玻璃；以三氧化二硼为主的称为硼酸盐玻璃。氧化钠、氧化钾等碱性氧化物为助熔氧化物，它可以降低玻璃的熔化温度和粘度，使玻璃溶液中的气泡容易排除，它主要通过破坏玻璃骨架，使结构疏松，从
8、而达到助溶的目的。氧化钠和氧化钾的含量越高，玻璃纤维的强度、电绝缘性和化学稳定性会相应的降低,玻璃纤维的主要化学成分,增强材料,玻璃纤维的化学组成主要是,玻璃纤维化学成分的制定一方面要满足玻璃纤维物理和化学性能的要求，具有良好的化学稳定性；另一方面要满足制造工艺的要求，如合适的成型温度、硬化速度及粘度范围。,增强材料,加入氧化钙、三氧化二铝能在一定条件下构成玻璃网络的一部分，改善玻璃的某些性质和工艺性。,增强材料,E玻璃电绝缘玻璃，主要成分为SiO2 54.1% 、（网络形成剂）Al2O3 14.6%、(抑制硼硅酸盐分相、提高化学稳定性）B2O3 8.8%、(网络形成剂、降低硅酸盐玻璃熔融温度
9、)MgO 4.6%、（改善玻璃纤维的机械强度、化学稳定性及耐热性，以白云石引入）CaO 16.6%、（降低玻璃熔体的高温粘度，提高绝缘性能）Na2OK2O 0.8%（降低玻璃的熔制温度和玻璃液粘度，改善拉丝作业）辅助原料：助熔剂，萤石；澄清剂：芒硝(Na2SO4),3. 玻璃纤维制品3.1 分类,常用的玻纤增强材料有无纺制品和纺织制品两类连续纤维纺织品分为无捻结构和有捻结构两类无捻产品：无需进行纺织加工的原丝、复丝、膨体粗纱和膨体粗纱织物有捻结构：原丝，单股或多股初次加捻制成单纱无捻粗纱布、加捻布、短切毡、表面毡、针刺毡等。,增强材料,各种玻璃纤维毡,纱线和织物,3.2 玻璃纤维制品介绍无捻粗
10、纱无捻粗纱的表示： 例：,增强材料,由无捻纺纱机把拉丝得到的原纱平行并股卷成筒形。,玻璃种类+纤维种类+单丝的公称直径+无捻粗纱的总的线密度。,无碱玻璃,总的线密度（tex,g/km ）,连续纤维单丝,公称直径(m),EC10 2400,3.2 玻璃纤维制品介绍,增强材料,EC10 4060,由40号的玻璃原丝共60 股络制而成的，它的总线密度仍为2400 号。,无捻粗纱的号数,由150 号到9600 号,无捻粗纱的种类：,喷射专用、SMC 片状模塑料专用、缠绕专用、拉挤专用、织造专用, 无捻粗纱布（方格布）,增强材料,这种布强度主要在经纬方向（0、90）上，在45方向上强度低。面积质量为20
11、0g/m21000g/m2。,这种布冲击强度高，成型性好，易脱泡；质量分布均匀、价格较便宜。,铺敷成型的复合材料制品层间剪切强度低，耐压和耐疲劳强度差。,手糊成型的主要增强材料,缺点：,优点：, 无捻粗纱布（方格布）无捻粗纱布的表示方法：玻璃种类+无捻粗纱布的符号WR+布的厚度（以公称厚度乘1000值表示）后接连号布的宽度，以厘米表示。,增强材料,表明该无捻粗纱布是由无碱玻璃纤维制成，厚度为0.3mm，宽度为100cm。,例：EWR300-100,(3) 加捻布,该类布表面含蜡，使用前应在一定温度下将蜡除去。用加捻布制作的玻璃钢，表面平整、气密性好,增强材料,该玻璃布是由玻璃纤维单丝合股，加捻
12、后按经纬向编织而成。是一类多品种、多规格的纤维织物。厚度从0.05、0.1、0.2-0.6mm多种。,但价格较贵，不易浸透树脂。增厚效果差。在手糊工艺中加捻布比无捻布用得少。,缺点：,优点：,原丝直径1012m，含胶36原丝集束50或100根，幅宽1.02m、2.04m、3.06m，面积质量范围150900g/m2，用的最多的450g/m2,(4) 短切毡,将玻璃原丝切割成50mm长的短纤维，将其随机但均匀地铺陈在网带上，随后施以PVAC乳液粘结剂或撒布聚酯类粉末粘结剂经加热固化后粘结成短切毡。,无碱毡耐水性、电性能及透光性均较好，所以，多用于造船业、电器制品、水箱及透明板等。价格较贵。中碱毡
13、价格较低，一般用于通用FRP产品中。,增强材料,短切毡对树脂浸透性最好，气泡容易排除，变形性好，施工方便，制品里的含胶量(即：树脂含量)高(含胶量为60一80)，所以防渗效果好，在防水制品、耐腐蚀制品中作为防渗漏层被大量采用。国内用量逐年增加。,短切毡分无碱玻纤短切毡和中碱玻纤短切毡两种。,近几年来国内已有多家生产厂引进国外先进的短切毡技术。如：重庆玻纤厂、珠海玻纤厂、浙江桐乡玻纤厂以及最近投产的山东泰安玻纤厂都有大批量生产投放市场。另外，美国欧文斯康宁公司、日本日东纺、韩国公司等在国内均有代理商销售。,增强材料,(5)表面毡,增强材料,一般单重为30gm2和50gm2两种。对表面要求耐水、耐
14、腐蚀产品，使用表面毡可获得良好的效果。,表面毡是用于FRP产品表面的，在手糊工艺之中，复合在FRP产品的表面层可以获得富树脂层，并具有光洁表面。这是因为表面毡是用直径为l020m的单丝随机交替铺成，很薄。,增强材料,短切纤维针刺毡是将玻纤粗纱短切成50mm，随机铺放在预先放置的传送带上的底材上，然后用带倒钩的针进行针刺，针将短切纤维刺进底材中，而钩针又将一些纤维向上带起形成三维结构，所有底材可以是玻纤或其他纤维的稀疏织物，这种针刺毡有绒毛感，面积质量为300350g/m2。,(6)针刺毡,短切纤维针刺毡和连续原丝针刺毡,主要用在隔热材料、隔声材料、过滤材料，一般制品强度不高。,(5)、(6)都
15、属于短切原丝毡，表示方法：毡片生产商及毡片类型编码标记+破折号+玻璃代号及玻璃原丝的线密度值+单位面积毡片质量+毡片宽度。,E无碱玻璃，40表示构成短切毡的短切原丝线密度为40号，450表示短切毡片面积质量为450g/m2，125表示毡宽为125cm。,增强材料,(7)缝编毡,单轴织物双轴织物三轴织物四轴织物,增强材料,典型的缝编毡是一层经纱与一层纬纱重叠在一起，经过缝编将经纱与纬纱编织在一起成为织物,全部为经纱，用聚酯纱线编织起来,两层粗纱构成的织物，两层粗纱可呈45角或0 /90 角排列,三层粗纱取不同方向排列层合在一起，其角度可以45、 0 和45、 90 ,角度 45、 0 90 ,以
16、上任何一种和短切玻璃纤维或碳纤维毡缝合起来,缝编毡的优点：,提高玻璃钢的力学性能指标,增强材料,可以增加玻璃钢层合制品的极限抗张强度、张力下的抗脱层强度及抗弯强度；没有层间纱线的相互磨损降低力学性能；可以降低玻璃钢树脂含量提高材料强度当玻璃钢受到冲击负荷时，缝编用聚酯纱线起阻止裂纹蔓延扩展的作用，层间剪切问题减少各层之间不易分层，造船工业检测报告显示相对于方格布玻璃钢板的强度增加65，刚度增加40。,减轻玻璃钢制品的重量缝编增强体比方格布强度高，可减少玻璃纤维的使用量，例如用580g/m2缝编毡可取代800g/m2方格布，使玻璃钢层合制品重量减轻30减少树脂的用量，使用缝编毡的玻璃钢高达65玻
17、璃纤维含量树脂流动无阻碍，易于浸渍表面平整使玻璃钢表面光滑简化操作,增强材料,(8) 单向织物,增强材料,单位宽度内经纱量远大于纬纱量织物，如：41布，71布，在单位宽度内经向纤维是纬向纤维量的4倍或7倍。使用这种布可降低原材料消耗，减轻制品质量，提高经济效益。,增强材料,4.3 玻璃纤维浸润剂,浸润剂对玻璃纤维的生产至关重要,纤维表面涂敷浸润剂，可减少纤维表面的严重磨损，保证拉丝工艺的顺利进行有效改变玻纤的某些缺陷和表面性质浸润剂赋予各种玻璃钢成型工艺需要的技术性能，如穿透性、浸透性、硬挺性、切割性、分散性、成带性。,浸润剂的组分及分类,粘结剂：润滑剂：偶联剂：,增强材料,成膜剂或叫集束剂，
18、保证原丝完整、硬挺、柔软，占215，主要成分为环氧树脂、聚酯树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、PVAC等,湿态和干态下润滑纤维表面，用量为05，湿润滑剂一般使用胺类络和物，干润滑剂首选咪唑啉、季铵盐、脂肪酰胺等阳离子型化合物,把纤维和树脂高聚物结合起来，用量为0.2-0.6%,润湿剂pH调解剂 防静电剂,增强材料,表面活性物质，可降低纤维表面张力至3.5107Nm-1,一般为有机酸，甲酸、乙酸或氨水，保证pH值在47之间,浸润剂的作用,润滑保护纤维，包括拉丝时的湿润滑和加工过程中的干润滑；粘结集束单丝，保证纤维不开纤；防止纤维表面静电荷积累；保证纤维可被树脂迅速浸透；赋予纤维与基材界面性能良好，与基
19、材相溶、具有化学吸附或化学结合等性能。,增强材料,增强材料,2.1.3 碳纤维,1961年连续粘胶碳纤维产品上市沥青基碳纤维由日本大谷杉郎1963 年发明，1970 年吴羽化学工业公司实行了工业化。1970 年美国辛格尔开发了高性能沥青碳纤维，并与1975 年在联合碳化合物公司实现了工业化。,碳纤维是由有机纤维或低分子烃气体原料加热至1500，所形成的纤维状碳材料，含碳量在99以上。（当温度2500时，碳含量99）,碳纤维的特点：强度高，模量高，耐高温性能优异。它被称为20世纪80年代复合材料的中坚。,增强材料,碳纤维种类分为：普通型、高强型、高模量型、超高强度型（达4508Mpa）和超高断裂
20、伸长型。目前国内外碳纤维主要用在航空和航天工业、交通运输，运动器材方面现在也有许多。,聚丙烯腈基（PAN）碳纤维是在1961年由日本进藤昭男发明的。我国在60 年代开始研制成功了PAN基碳纤维，也取得了一定成果。,增强材料,2.1.4 芳纶纤维,它是美国杜邦公司开发的一种聚芳酰胺纤维，目前使用成功的主要有Kevlar29，Kevlar49。这是杜邦公司的第一代产品，二代产品还有Kevlar Hx系列、Ha（高粘结型）、Ht（129高强型）、Hm（149高模型）、He（119高伸长型）荷兰AKZO-NOBEL公司生产的芳纶纤维，注册商标为：Twaron有1000，1001，1010，1111，1
21、055系列，CT2000，CT2040，Micro防弹纤维系列。俄罗斯注册商标为：Terlon，CBM，Apmoc三种，Apmoc纤维是目前世界上性能最高的芳酰胺纤维，模量142147GPa，强度4.455.2Gpa，单位伸长质量14.3kg/km。我国于80年代中期开始生产这种纤维，产品：芳纶1414。,增强材料,芳纶纤维的特点：它具有芳环链结构，刚性很大，模量为钢丝的5倍，但密度仅为钢丝的1/5，比碳纤维还轻15，比玻璃纤维轻45。强度可达3.63Gpa；耐高温性能优良，在250加热10h，强度降低12%；在160加热500h，强度降低5；韧性好（分子间没有交联，不像交联聚合物那样脆），在196低温仍不脆，不失去拉伸强度；性能受表面缺陷影响小；疲劳寿命是铝的1001000倍；价格比碳纤维便宜。,增强材料,缺点：抗压强度低；在太阳光和紫外线照射下性能将退化。用途：例航天：美国三叉戟C4潜地导弹，MX陆基机动洲际导弹，三叉戟D5的发动机（Kevlar-环氧缠绕壳体），法国的M4导弹，苏联SS-24,SS-25洲际导弹。舰船、游艇、巡逻艇、战舰、航母的防护装甲等。防弹制品，装甲板、防弹背心。,
