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其它成型工艺
 
 
 

◇ 成型工艺
   其它成型工艺
  聚合物基复合材料的其它成型工艺,主要指离心成型工艺、浇铸成型工艺、弹性体贮存树脂成型工艺(ERM)、增强反应注射成型工艺(RRIM)等。
  1、离心成型工艺
  离心成型工艺在复合材料制品生产中,主要是用于制造管材(地埋管),它是将树脂、玻璃纤维和填料按一定比例和方法加入到旋转的模腔内,依靠高速旋转产生的离心力,使物料挤压密实,固化成型。
  离心玻璃钢管分为压力管非压力管两类,其使用压力为0~18MPa。这种管的管径一般为φ400~φ2500mm,最大管径或达5m,以φ1200mm以上管径经济效果最佳,离心管的长度2~12m,一般为6 m。
  离心玻璃钢管的优点很多,与普通玻璃钢管和混凝土管相比,它强度高、重量轻,防腐、耐磨(是石棉水泥管的5~10倍)、节能、耐久(50年以上)及综合工程造价低,特别是大口径管等;与缠绕加砂玻璃钢管相比,其最大特点是刚度大,成本低,管壁可以按其功能设计成多层结构。离心法制管质量稳定,原材料损耗少,其综合成本低于钢管。离心玻璃钢管可埋深15m,能随真空及外压。其缺点是内表面不够光滑,水力学特性比较差。
离心玻璃钢管的应用前景十分广阔,其主要应用范围包括:给水及排水工程干管,油田注水管、污水管、化工防腐管等。
  (1)原材料
  生产离心管的原材料有树脂、玻璃纤维及填料(粉状和粒状填料)等。
  树脂 应用最广的是不饱和聚酯树脂,可根据使用条件和工艺要求选择树脂牌号和固化剂。
  增强材料 主工是玻璃纤维及其制品。玻纤制品有连续纤维毡、网格布及单向布等,制造异形断面制品时,可先将玻纤制成预制品,然后放入模内。
  填料 填料的作是用增加制品的刚度、厚度、降低成本,填料的种类要根据使用要求选择,一般为石英砂、石英粉、辉绿岩粉等。
  (2)工艺流程
  离心制管工艺流程如下:
      离心制管的加料方法与缠绕成型工艺不同,加料系统是把树脂、纤维和填料的供料装置,统一安装在可往复运动的小车上。
  (3)模具
  离心法生产玻璃钢管的模具,主要是钢模,模具分整体式和拼装式两种:小于φ800mm管的模具,用整体式,大于φ800mm管的模具,可以用拼装式。
  模具设计要保证有足够的强度和刚度,防止旋转、震动过程中变形。模具由管身、封头、托轮箍组成。管身由钢板卷焊而成,小直径管身可用无缝钢管。封头的作用是增加管模端头的强度和防止物料外流。托轮箍的作用是支撑模具,传递旋转力,使模具在离心机上高速度旋转,模具的管身内表面必须平整,光滑,一般都要精加工和抛光,保证顺利脱模。
  2、浇注成型工艺
  浇注成型主要用于生产无纤维增强的复合材料制品,如人造大理石,钮扣、包埋动、植物标本、工艺品、锚杆固定剂、装饰板等。
  浇注成型比较简单,但要生产出优质产品,则需要熟练的操作技术。
  (1)钮扣生产工艺
  用聚酯树脂浇注的钮扣,具有硬度高,光泽好,耐磨、耐烫、耐干洗、花色品种多及价格低等优点,目前在国内外已基本取代了有机玻璃钮扣,占钮扣市场80%以上。
生产钮扣的原料主要是不饱和聚酯树脂、固化剂(引发剂采用过氧化甲乙酮)和辅助材料(包括色浆、珠光粉、触变剂等)。
  聚酯钮扣采用离心浇注式棒材浇注法生产,先制成板材或棒材,然后经切板、切棒制成钮扣,再经热处理、刮面、刮底、铣槽、打眼、抛光等工序制成钮扣。
  (2)人造石材生产工艺
  人造石材是用不饱和聚酯树脂和填料制成的。由于所选用的填料不同,制成的人造石材分为人造大理石、人造玛瑙、人造花岗石和聚酯混凝土等。
  生产人造石材的原材料是不饱和聚酯树脂,填料和颜料:①树脂 生产人造石材的树脂分面层和结构层两各,表面装饰层树脂要求收缩性小,有韧性、硬度好,耐热、耐磨、耐水等,同时要求易调色。辛戌二醇邻苯型树脂用于人造石材,辛戌二醇间苯型树脂用于生产卫生洁具。固化体系,常用过氧化甲乙酮、萘酸钴溶液。②填料 生产人造石材的填料有很多,生产人造大理石的填料是大理石粉,石英粉、白云石粉、碳酸钙粉等,生产人造花岗石的填料是用粒料级配,不同品种花岗石用不同色彩的粒料,生产人玛瑙的填料要有一定透明性,一般选用氢氧化铝或三氧化二铝等。③颜料 生产人造石材需要各色颜料,如制人造大理石或人造玛瑙浴盆,应选择耐热、耐水的色浆,制造装饰板及工艺品时,要选用耐光、耐水及耐久的颜料。
  生产人造大理石、花岗石板材用的模具材料有玻璃钢、不锈钢、塑料、玻璃等。生产人造石板材的模板,要求表面平整,光泽、有足够的强度和刚度,能经受生产过程中的热应力、搬运荷载及碰撞等。
  3、弹性体贮树脂模塑成型技术
  弹性体贮树脂模塑成型(Elastic Reservir Molding, ERM)是80年代在欧美出现的新工艺,它是用柔性材料(开孔聚氨酯泡沫塑料)作为芯材并渗入树脂糊。这种渗有树脂糊的泡沫体留在成型好的ERM材料中间,泡沫体使ERM制成的产品密度降低,冲击强度和刚度提高,故可称为压制成型的夹层结构制品。
  ERM与SMC一样,同属于模压成型的片状模塑料,只是由于ERM具有夹层结构的构造,给它带来优于SMC的特点:(1)重量轻:ERM比用毡和SMC制成的制品轻30%以上;(2)ERM制品的比刚度优于SMC、铝和钢制成的制品;(3)搞冲击强度高:在增强材料含量相同的条件下,ERM比SMC的抗冲击强度高很多;(4)物理力学性能高:在增强材料含量相同的条件下,ERM制品的物理力学性能优于SMC制品;(5)投资费用低:ERM成型机组比SMC机组简单,ERM制品成型压力比SMC制品低10倍左右,故生产ERM制品时可以采用低吨位压机和低强度材料模具,从而减少建投资。
  ERM制品生产工艺分为ERM制造和ERM制品成型两个过程:
  (1)ERM生产工艺 ERM生产原材料为开孔聚氨酯泡沫塑料,各种纤维制品(如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维制成的短切毡、连续纤维毡、针织毡等)和各种热固性树脂。其生产过程如下:先在ERM机组上将调好的树脂糊浸渍开孔聚氨酯泡沫塑料,通过涂刮器将树脂糊涂到泡沫上,用压辊将树脂糊压挤到泡沫体的孔内,然后将两层泡沫复合到一起,最后在上下两个面铺放玻纤维毡或其它纤维制品,制成ERM夹层材料,切割成适宜的尺寸,用于压制成型或贮存。
  (2)ERM制品生产工艺 ERM制品生产过程与其它热固性模压料(玻纤布或毡预浸料、SMC等)相比,需要在热压条件下固化成型,但成型压力比SMC小很多,大约是SMC成型压力的1/10,为0.5~0.7MPa。
  ERM技术目前主要用于汽车工业材料和轻质建筑复合材料工业。由于ERM具有夹层结构材料的特点,是适用于生产大型结构的组合部件,各种轻质板材,活动房屋、雷达罩,房门等。在汽车工业中的制品有行李车拖斗、盖板、仪表盘、保险杠、车门、底板等。
  4、增强反应注射模塑技术
  增强反应注射模塑工艺(Reinforced Reaction Injection Molding, RRIM)是利用高压冲击来混合两种单体物料及短纤维增强材料,并将其注射到模腔内,经快速固化反应形成制品的一种成型方法。如果不用增强材料,则称为反应注射模塑(Reaction Injection Moling, RIM)。采用连续纤维增强时,称为结构反应注射模塑(Structure Reaction Injection Molding, SRIM)。
  RRIM的原材料分树脂体系和增强材料两类
  (1)树脂体系 生产RRIM的树脂应滞如下要求:①必须由两种以上的单体组成;②单体在室温条件下能保持稳定;③粘度适当,容易用泵输送;④单体混合后,能快速固化;⑤固化反应不产生副产物。应用最多的是聚氨酯树脂、不饱和聚酯树脂和环氧树脂。
  (2)增强材料 常用的增强材料有玻璃纤维粉、玻璃纤维和玻璃微珠。为了增加增强材料与树脂的粘接强度,上述增强材料都采用增强偶联剂进行表面处理。
  RRIM的工艺特点:①产品设计自由度大,可以生产大尺寸部件;②成型压力低(0.35~0.7MPa),反应成型时,无模压应力,产品在模内发热量小;③制品收缩率低,尺寸稳定性好,因加有大量填料和增强材料,减少了树脂固化收缩;④制品镶嵌件工艺简便;⑤制品表面质量好,玻璃粉和玻璃微珠能提高制品耐磨性和耐热性;⑥生产设备简单,模具费用低,成型周期短,制品生产成本低。
  RRIM制品的最大用户是汽车工为,可做汽车保险杠、仪表盘,高强度RRIM制品可以做汽车的结构材料、承载材料。由于其成型周期短,性能可设计,在电绝缘工程、防腐工程、机械仪表工业中代替工程塑料及高分子合金应用。

 

 

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