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1、第一章 手糊成型工艺及设备,第四节 手糊成型模具及脱模剂,模具结构与材料 手糊成型模具设计 玻璃钢模具的制作 脱模剂的作用机理 手糊成型常用脱模剂,在FRP成型中需要成型模具。成型模具的制作方法和质量将决定FRP成型的难易程度、制品的尺寸精度和外观质量。影响模具的质量因素包括：,模具设计、制作模具所用的材料和模具制作过程。,1.模具结构 手糊成型模具分单模和对模两类。单模又分阳模和阴模两种。,阳模,阴模,对模,模具结构与材料,制品内表面尺寸准确、光滑。操作方便，质量易控制，通风、排气和散热方便，劳动条件好。常用来生产浴盆、贮槽等内表面要求光滑的产品。,阳模,模具结构与材料,制品外表面尺寸准确、
2、光滑。阴模深，操作不便、通风条件不好、卫生条件差。常用来制造船壳、机罩及雷达罩等外表要求光滑的制品。,阴模,模具结构与材料,对模：由阴阳模两部分组成，制品内外表面均光滑，厚度准确。不适合成型批量少及大型制品（模具、设备投资大）。拼装模：一些形状复杂的产品，为脱模方便，需利用拼装模，即把模具分成几块进行拼装，脱模时可分块进行，比较方便。,模具结构与材料,2.模具材料,模具结构与材料,模具材料选择原则：,能够满足制品的尺寸精度、外观质量及使用寿命要求；模具材料要有足够的刚度和强度，保证在模具使用中不宜变形和损坏；不受树脂侵蚀，不影响树脂固化；耐热性好，制品固化或加热固化时，模具不变形；容易制造，容
3、易脱模；尽量减轻模具质量，方便生产；价格便宜，材料容易获得。,玻璃钢模：特点：,模具结构与材料,手糊工艺中应用最多的模具。,用于数量多，表面质量要求高的大中小型产品。,制出产品美观、光亮；强度高，可重复使用数百次；尺寸准确，造型稳定，不易变形；制造简便，造价适中；制品可加温，加压成型。,可供选用的其它模具材料,模具结构与材料,木材：特点：缺点：金属： 特点： 缺点：,加工容易、造价低，尺寸基本准确和稳定。,不易变形的木材有：红松、段木、杉木、油木。,不耐久，吸湿，不耐热，模具表面必须进行封孔处理。,常用于数量不多结构复杂的中小型制品。,模具不变形，精度高，使用寿命长。,制造周期长，成本高。,钢
4、材，铸铝（不能用铜，不耐腐蚀）,用于表面质量要求高，批量大的中小型产品。,石膏：特点：缺点：石蜡：水泥：特点：,（它一般和砂混合使用：砂石膏=18加入20%水，混合均匀即可）,制造简单，造价低。,不耐用，易吸湿，模具表面也须进行封孔处理。,用于形状简单的大型产品，或几何形状复杂的小产品。,用浇铸成型制成模具，糊制完成后，加热把石蜡熔化倒出来。可以重复使用。,用于形状复杂无法脱模、数量小的制品。,造价低，制造容易，使用次数少。,用于形状简单，表面质量要求不高的大中型的产品。,可溶性盐：低熔点金属：特点：,模具结构与材料,由磷酸铝（60%-70%），碳酸钠（30%-40%），偏硼酸钠（5%-8%）
5、石英粉（2%）几种组成。加工成粉料，通过压制烧结成型，糊制完成后，加入80水，迅速溶解脱模。只能使用一次。,用于形状复杂，脱模困难，表面质量要求不高的产品。,用于：形状复杂，脱模困难，表面质量要求不高的产品。,制模周期短，可重复使用。,（58%铋，42%锡制成，熔点135）,根据制品的数量、形状尺寸、精度要求、脱模难易、成型工艺条件(固化温度、压力)等确定模具材料与结构形式。模具应有足够的刚度和强度，能够承受脱模时的冲击，确保加工和使用过程中不变形。模具型面光洁度应比制品表面光洁度高出两级以上。模具拐角处的曲率应尽量加大。制品内侧拐角曲率半径应大于2mm。避免由于玻璃纤维的回弹，在拐角周围形成
6、气泡空洞。,手糊成型模具设计,设计要点,5.对于整体式模具，为了成型后易于脱模，可在成型面设计有气孔，采用压缩空气脱模。阳模深度较大时应有拔模斜度一般以2为宜。6.对于拼装模或组合模，分模面的开设除满足容易脱模外，注意不能开设在表面质量要求高或受力大的部位。7.有一定耐热性，热处理变形小。8.质量轻，衬料易得，造价便宜。,手糊成型模具设计,设计程序分析原始资料设计内容,手糊成型模具设计,（产品图纸、工艺资料、工厂实际条件），全面掌握产品功用、技术要求、成型方法、设备特性及材料规格等。,选定材料及制造方法；确定模具结构及脱模方法（包括选择合理的分型面）；编制模具制造工艺规程；绘制模具图纸。,1.
7、定义：2.高级模具的要求：,玻璃钢高级模具的制作（GRP）,用玻璃钢制作的，可获得“镜面效果”，高光泽度，高平整度的手糊制品的模具。,应有足够的强度和刚度，能承受脱模时敲打和冲击，使用过程中不变形；模具表面胶衣要有一定的硬度（巴柯硬度40以上）和耐热性，能承受树脂固化时的放热、收缩等作用；模具尺寸准确，表面平整，无潜在的气泡和针眼等弊病；模具表面光泽度达90以上，目测有清晰的镜面反光；抛光后，模具表面残留划痕度0.1微米。,3.材料选择：原材料主要指制造模具表面层的纤维和树脂。.胶衣树脂：胶衣应具有的特点：,玻璃钢高级模具的制作（GRP）,硬度高、耐热、耐磨、易抛光、高亮度、喷涂效果好、使用寿
8、命长。,由于环氧树脂具有硬度高、耐热、耐磨、耐腐蚀、收缩率低的特点，在经过水磨和研磨抛光处理，也同样得到“镜面效果”的模具表面。,玻璃钢高级模具的制作（GRP）,国产的胶衣树脂33#、793#、102#，只能满足一般玻璃钢模具的要求。,长时间的实践证明：用环氧树脂加瓷粉作模具的胶衣,实际配方是在环氧树脂中加入高硬度的瓷粉或325目石英粉。（用量在15%35%）,.玻璃纤维表面毡和短切毡,玻璃钢高级模具的制作（GRP）,当制品的表面质量要求非常高时：当制品的表面质量一般时：,作用：防止微裂纹；形成富树脂层，提高光洁度和耐磨性；消除玻璃布在模具表面产生的布纹痕迹。,常用牌号：常选用30g/ m2的
9、表面毡，300g/ m2的短切毡,胶衣+表面毡+4短切毡+粗纱布；,胶衣+短切毡（230g/m2）+4短切毡（450g/m2）+粗纱布。,玻璃钢高级模具的制作（GRP）,模具制造流程,玻璃钢高级模具的制作（GRP）,2.过渡模制作国内制作过渡模的材料主要有两类：砖外敷石膏，简称石膏模；木质模（用木材作成框架结构，用三合板做模面）。,石膏成本低，但表面光顺度难以保证，干燥时间较长，影响生产周期。,木质组合结构模，成本较高，但加工性能比较好，还有优良的表面。,一般来说：曲率半径大，形状变化梯度小，外表面高的制品，宜采用木质结构做过渡模。其它的可采用石膏过渡模。,过渡模的表面加工工序：砂纸打磨涂铁红
10、底漆腻子,玻璃钢高级模具的制作（GRP）,用80#-100#粗砂纸或磨光机，打掉毛刺或粗糙的木纹，目测或手测使光顺度约为70%-80%。,涂醇酸铁红底漆，作用是嵌补模具表面微小孔隙，又能使不光顺部位在光照反射下容易发现。,如果下一步干磨是用手工打磨，则用醇酸腻子。若用电动机打磨，用聚氨酯腻子或不饱和聚酯加滑石粉做腻子。,作用：封闭木纹的针眼和细缝。,干磨水磨上清漆,玻璃钢高级模具的制作（GRP）,喷涂聚氨酯清漆，要求这种清漆满足光亮、坚硬、耐磨、耐水、耐热、耐腐蚀，且用良好的抛光效果。,用水砂纸打磨，使用水砂纸标号应用由低到高标号400#-1200#。作用：清除表面宏观的微波及波纹。,用铁砂纸
11、进行打磨，使表面形成均匀的封闭层，防止水磨时水渗透到过渡模内。,光照检查研磨抛光上脱模蜡,玻璃钢高级模具的制作（GRP）,是制作过渡模的最后一道工序，先擦蜡，然后加热，这样可以在过渡模表面形成一层均匀的蜡膜。（注：不要漏涂。漏涂后将来不易脱模，并且影响表面质量）,使用手工或抛光机，抛光机的转速不宜过高。,作用：及时发现不光顺部位，并采取相应措施弥补。,3.GFRP模具翻制表面层糊制（胶衣层制作）,玻璃钢高级模具的制作（GRP）,在已精加工的木模表面上涂刷脱模剂，干燥后便可开始涂刷胶衣。,胶衣层厚度一般是0.4-0.6mm，树脂用量500-600g/m2,涂刷后在室温(20-25)下放置至凝胶，
12、凝胶后在40-50下加温固化1.5-2小时。,胶衣树脂：,玻璃钢高级模具的制作（GRP）,国内通用型33、793、102胶衣树脂用于制作一般GFRP模具基本合乎要求。但其耐磨性、硬度等性能比不上专用模具胶衣树脂，用其制作镜面GFRP模具表面层不甚适宜。,具有收缩率低、延伸率高、耐磨耐热等优良性能。最理想的是专用模具胶衣树脂。,由于环氧树脂具有耐磨、坚硬、面热、耐腐蚀反收缩串低等待性，经水磨和研磨抛光处理，同样能得到镜面效果的模具表面。 为提高模具的耐磨性、刚性和耐热性，可在胶衣树脂中加入高硬度瓷粉或325目石英粉。用量为15-35(质量比),玻璃钢高级模具的制作（GRP）,实践表明，采用环氧树
13、脂加填料来作模具的胶衣比较适合。,胶衣应涂刷三遍每层厚度控制在0.2mm-0.5mm。每层胶衣可采用不同颜色，以便检查漏涂。最外层胶衣以黑色为宜，灯光检查时黑色吸光，易发现模具表面不平整部位。模具翻制出后经水砂研磨，表面将被磨去0.2mm-0.3mm，留下坚硬的黑色模面。,胶衣涂刷时必须在前层胶衣手触摸不粘后再涂刷一层，并且第二层与第三层的涂刷方向应垂直。同时要注意清除模具表面胶衣中由于喷涂或其它方式带进的微小气孔和尘埃。,玻璃钢高级模具的制作（GRP）,增强层糊制,玻璃钢高级模具的制作（GRP）,采用短切毡和方格布混合使用，（因为短切毡无方向性可减少制品变形）树脂采用专用模具树脂或环氧树脂，
14、还可加入玻璃微珠或瓷土填料，增加它的刚度，减少变形，减轻重量。模具厚度一般为产品厚度的2-4倍为好。,4.模具表面处理表面处理技术是制造高级GRP模具的关键。它的工序包括：粗磨、精磨、研磨、抛光。粗磨水砂精磨,玻璃钢高级模具的制作（GRP）,分别用1000#、1200#、1500#水砂纸对模面进行打磨。每一种标号的水砂纸磨完后，都要对模具进行清洗。（这时模具并不光亮）,采用磨光机或水砂纸进行打磨。过程：把400#、600#、800#水砂纸打磨到表面目视看不到明显的划痕。用水冲洗模面。,研磨抛光模具表面质量检测,玻璃钢高级模具的制作（GRP）,在抛光机上进行粗抛光和精细抛光。,用SS-82型光电
15、光泽计测量，测量角应选45为宜。测量的光泽度应达到90光泽单位以上，否则为不合格。,由于玻璃钢制品的表面质量和尺寸精度、制品的脱模效果等与模具质量有关，因此对模具质量进行控制是玻璃钢制品制造过程中质量控制的重要环节，其控制内容包括：胶衣层厚度胶衣层的硬度模具型腔尺寸,模具验收,模具在多数重复使用中对胶衣层的考验最大，同时，适当厚度的胶衣层可以防止背面纤维显露，但如果胶衣层过厚又会导致表面层过脆，影响模具的使用寿命,用于评价胶衣层固化程度,确保制品尺寸满足要求,为使制品与模具分离而附于模具成型面的物质称为脱模剂。作用：1.脱模剂的基本要求,脱模剂,使制品顺利脱下来；保证制品表观质量和模具完好无损
16、。,不腐蚀模具，不影响树脂固化，对树脂粘附力小（0.01MPa）；成膜时间短，厚度均匀，表面光滑；使用完全，无毒害作用；脱模剂使用温度要高于固化温度；操作简便，价格便宜。,2. 脱模剂的作用机理2.1 脱模历程: 在模具表面喷涂脱模剂之后,硫化成型时的 实际界面如图1。,胶料与脱模剂的接触面为A 面,脱模剂面为B 面,脱模剂与模具的接触面为C 面;脱模剂层为凝聚层。脱模时,当在A 面和C 面剥离时称为界面剥离,而在B 面剥离时叫做凝聚层破坏。,2.2 脱模剂的转移率脱模剂的转移率,是指脱模剂在脱模过程中转移到成型产品上的百分率。,脱模剂,(1) 由A 面剥离脱模,脱模剂不转移;(2) 由A 面
17、剥离及B 面凝聚层破坏脱模,脱模剂 发生少量转移(约22 %) ;(3) 只因凝聚层的破坏而脱模,脱模剂转移较 多(约44 %70 %) ;(4) 由B , C 面剥离及凝聚层的破坏而脱模, 引起大量脱模剂转移(约93 %) ;,脱模剂,成型物与脱模剂接触,发生混和、粘接,当勉强脱模时,就会使部分成型物(产品) 的表面、界面破坏而脱模。通常使用的脱模剂,要求在B 面或A , B 2 面剥离脱模。由凝聚层引起的脱模,其脱模效果最好。,2.3 脱模剂的化学原理,脱模剂,1.由于润滑剂分子的极性基团对金属表面取向，因吸附作用而生成一个静止的润滑剂模层,2.聚硅氧烷中的硅氧键可视为弱偶极子（Si+-O
18、-),当脱模剂在模具表面铺展成单分子取向排列时，分子采取特有的伸展链构型；,3.自由表面被烷基以密集堆积方式覆盖，脱模能力随烷基密度而递增；但当烷占有较大空间位阻时，伸展构型受到限制，脱模能力又会降低；,4.脱模剂分子量大小和粘度也与脱模能力相关，分子量小时，铺展性好，但耐热能力差。,3.分类按用法分类：内脱模剂、外脱模剂；,脱模剂,手糊成型主要用外脱模剂。常用的外脱模剂分三类：薄膜型脱模剂、液体脱模剂及蜡类脱模剂。,外脱模剂主要用于手糊成型和冷固化系统（如缠绕成型等）。,内脱模剂主要用于模压成型和热固化系统。,聚酯薄膜：聚乙烯薄膜：聚乙烯醇薄膜：玻璃纸：,薄膜型脱模剂,表面光洁度高，易脱模，
19、得到制品平整光滑，具有很高的光洁度。常用厚度有0.04mm、0.1mm两种。缺点是价格较高，不能作曲面复杂的制品（本身变形小）。它适宜制造平板、波形板等形状简单、面积较大的制品。,变形性比聚酯薄膜好，价格便宜，但表面光洁度不如聚酯薄膜，平面不易铺平。,柔韧性好，适宜制造形状复杂的制品，如袋压成型制品、人体假肢等。,强度稍次于聚酯薄膜，能获得光洁的制品，价格便宜。但不能重复使用。多用于透明板材、波形瓦、袋压法生产制品。,液体脱模剂,特点：,干燥慢（必须干燥完全，否则残留水会影响树脂固化，固化温度在100150内脱膜效果最好），湿度大时成膜周期长，影响生产周期。,脱模剂,聚乙烯醇（PVA溶液）在手
20、糊成型中用的最多,脱膜效果好，价格便宜，容易配制，可长期保存，涂刷方便，可用水清洗，流平性、成膜性好；无腐蚀、无毒性；产品表面光洁。,缺点：,特点：使用方法：,蜡类脱模剂,使用方便，省工、省时、省料，脱膜效果好，价格不高。所以应用较广。使用温度在80以下。,清洗干净模具。在表面均匀涂一薄层脱膜蜡。23min后用毛巾擦，直到可以照出人影时。放置2h，让蜡层中的溶剂挥发，使蜡膜硬化，在模具表面形成坚硬光亮的膜层。对于新模具要上35遍蜡，而旧的上两遍即可。在最后一次上蜡后必须放置2h以上再进行手糊工艺操作。,制品脱膜后，只需把模具表面擦干净即可重复使用。对于外型复杂的大型制品，最好使用一次上一次脱膜
21、蜡。,脱膜剂的复合使用,脱模剂,为了得到良好的脱膜效果和理想的制品，常使用几种脱膜剂。这样可以发挥多种脱膜剂的综合性能。虽然脱膜剂的粘附性很小，但对成型树脂有一定的粘附性，使用复合脱膜剂能使脱膜在两层脱膜剂之间分开，粘附力最小。对于强度不高的大型制品效果特别明显。,例如石膏模和木模，可以用过氯乙烯清漆封孔，醋酸纤维素作底层，PVA作外层，脱膜效果很好。另外，石蜡和聚酯薄膜复合，石蜡和PVA溶液复合效果也相当好。,我国模具行业现状,尽管受到全球金融危机影响，但是我国模具整体实力进一步加强，2008年中国模具销售额仍达到950亿元人民币，约合140亿美元，比2007年增长约9%。 中国模具进口20
22、.04亿美元，与2007年基本持平；模具出口额达到19.22亿美元，比2007年增长了36%。,在出口模具最多的省、市中，浙江、江苏、上海分列第二、第三、第四位，占出口总额的43.26%，其中浙江所占比例为16.73%、江苏所占比例为15.79%。华东地区的山东、安徽也在出口最多的10个省市内；在进口模具最多的省、市中，江苏、上海、山东、浙江分列第二、第三、第五、第六位，占进口总额的48.59%，其中江苏所占比例为21.02%、浙江所占比例为4.9%，华东地区的福建、安徽也在进口最多的10个省市内。,一是模具产品将继续向着更加大型、更加精密、更加复杂及更加经济快速的方向发展，技术含量将不断提高
23、，模具制造周期不断缩短；模具生产将继续朝着信息化、数字化、精细化、高速化、自动化的方向发展；模具企业将继续向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。,近年来，中国模具工业快速发展主要表现为：,四是公共信息服务平台将会得到更快发展，其各项服务功能和对广大中小企业生产力的提升作用也将更加显现。,二是行业重点骨干企业队伍将会不断扩大，并且会在行业中发挥越来越大的作用。,三是将会有更多的企业越来越重视创新、品牌、专利、高新技术等字眼，他们在积极采用先进适用技术，用信息化来带动工业化的同时，也必将越来越多地创造出自己的高新技术产品、专利和名牌，也将有更多的企业进入各级高新技
24、术企业的行列。,手糊工艺设计,工厂（车间）布置 设备布置 玻璃钢生产线示例 制品设计,制品种类制品等级制品构造制品产量制品的燃烧制品的发货成型方法成型条件工人技术水准,作业环境工厂周围环境作业者的安全卫生保健实验室附属设施废物处理,原材料贮存场所树脂的配制增强材料的裁剪成品的保管成型设备的购置成品的组装,玻璃钢工厂平面设计必须考虑的因素,厂房布置方式：集中式厂房的平面布置生产区域划分原则：运输线路经济合理、 避免往返交叉、保持流程顺畅。生产线组织：采用生产流水线方式，生产加工过程不间断地从一个岗位移到下一个岗位。厂房面积组成：设备和操作所需面积；设备安装和检修所需面积；其他设施所需面积；生产管
25、理及生活用室；辅助面积。,工厂（车间）布置,厂房的建筑形式： 单层和多层均可，注意采光、通风等问题,立面布置的原则：设备的高度、基础的高度、人员在操作和维护时的高度等。走廊、地坑、操作平台等通行部分的净空高度不得低于2M，不经常通行部分不低于1.9M。有桥式起重机的厂房空间高度应满足产品样本中的有关要求。,设备布置的原则和要求,车间（厂房）的位置：不宜建在水边，以减少湿空气的影响。周围不要堆放易燃物，留有消防车辆的通道，设置消防水栓。车间电器灯具：最好为防爆的，不能乱接线消防设施：车间严禁烟火，要有自来水。温湿度：车间应能调温调湿，冬天15，夏天30，最好在2025，湿度应保持75以下。,5.
26、 通风要求：排风量大约按5次/h的换气次数设计。有毒气体密度大于空气，送、排风同时进行时排风量应大于送风量。送风或有电扇时，不准直接吹向制品，否则会因苯乙烯挥发过多造成表面发粘和固化不良，而且还增加空气中苯乙烯的浓度。6. 吊装设备：车间应根据实际需要设置足够的起吊能力。,7.车间地面：应采用混凝土制造，平整 光滑、 尽可能涂上油漆并打蜡。树脂输送要定线、糊制要定点、点线相连。8.车间照明：应以自然光为主，车间内设活动光源，便于观察胶衣的施工质量。9.配料室：防火、耐火。固化剂或促进剂以容代量，工具要专业。10.空气污染：定期测量空气中有毒气体的浓度。,11.纤维裁剪间：密闭、有除尘、吸尘措施，室内要防火，因玻纤粉尘浓度达到100g/m3时有爆炸危险。12.模具保养间：光学充足、备有水源、便于冲洗。13.无尘间：作为模具上脱模剂和胶衣时使用，备有行灯和红外灯，最好恒温恒湿。14.车间仓库：玻纤制品的存放温度不低于15，湿度不大于70，备有吸湿材料；化工原料要低温贮存（20以下），促进剂和固化剂分开存放，过氧化物存放量不超过50kg。,玻璃钢生产线示例,玻璃钢制品的设计,玻璃钢水箱,玻璃钢垃圾桶,
