◇ 成型工藝
層壓及卷管成型工藝
1、層壓成型工藝
層壓成型是將預(yù)浸膠布按照產(chǎn)品形狀和尺寸進(jìn)行剪裁、疊加后,放入兩個(gè)拋光的金屬模具之間,加溫加壓成型復(fù)合材料制品的生產(chǎn)工藝。它是復(fù)合材料成型工藝中發(fā)展較早、也較成熟的一種成型方法。該工藝主要用于生產(chǎn)電絕緣板和印刷電路板材?,F(xiàn)在,印刷電路板材已廣泛應(yīng)用于各類收音機(jī)、電視機(jī)、電話機(jī)和移動(dòng)電話機(jī)、電腦產(chǎn)品、各類控制電路等所有需要平面集成電路的產(chǎn)品中。
層壓工藝主要用于生產(chǎn)各種規(guī)格的復(fù)合材料板材,具有機(jī)械化、自動(dòng)化程度高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn),但一次性投資較大,適用于批量生產(chǎn),并且只能生產(chǎn)板材,且規(guī)格受到設(shè)備的限制。
層壓工藝過程大致包括:預(yù)浸膠布制備、膠布裁剪疊合、熱壓、冷卻、脫模、加工、后處理等工序
層壓及卷管成型工藝
1、層壓成型工藝
層壓成型是將預(yù)浸膠布按照產(chǎn)品形狀和尺寸進(jìn)行剪裁、疊加后,放入兩個(gè)拋光的金屬模具之間,加溫加壓成型復(fù)合材料制品的生產(chǎn)工藝。它是復(fù)合材料成型工藝中發(fā)展較早、也較成熟的一種成型方法。該工藝主要用于生產(chǎn)電絕緣板和印刷電路板材?,F(xiàn)在,印刷電路板材已廣泛應(yīng)用于各類收音機(jī)、電視機(jī)、電話機(jī)和移動(dòng)電話機(jī)、電腦產(chǎn)品、各類控制電路等所有需要平面集成電路的產(chǎn)品中。
層壓工藝主要用于生產(chǎn)各種規(guī)格的復(fù)合材料板材,具有機(jī)械化、自動(dòng)化程度高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn),但一次性投資較大,適用于批量生產(chǎn),并且只能生產(chǎn)板材,且規(guī)格受到設(shè)備的限制。
層壓工藝過程大致包括:預(yù)浸膠布制備、膠布裁剪疊合、熱壓、冷卻、脫模、加工、后處理等工序
2、卷管成型工藝
卷管成型工是用預(yù)浸膠布在卷管機(jī)上熱卷成型的一種復(fù)合材料制品成型方法,其原理是借助卷管機(jī)上的熱輥,將膠布軟化,使膠布上的樹脂熔融。在一定的張力作用下,輥筒在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,借助輥筒與芯模之間的摩擦力,將膠布連續(xù)卷到芯管上,直到要求的厚度,然后經(jīng)冷輥冷卻定型,從卷管機(jī)上取下,送入固化爐中固化。管材固化后,脫去芯模,即得復(fù)合材料卷管。
卷管成型按其上布方法的不同而可分為手工上布法和連續(xù)機(jī)械法兩種。其基本過程是:首先清理各輥筒,然后將熱輥加熱到設(shè)定溫度,調(diào)整好膠布張力。在壓輥不施加壓力的情況下,將引頭布先在涂有脫模劑的管芯模上纏上約1圈,然后放下壓輥,將引頭布貼在熱輥上,同時(shí)將膠布拉上,蓋貼在引頭布的加熱部分,與引頭布相搭接。引頭布的長度約為800~1200mm,視管徑而定,引頭布與膠布的搭接長度,一般為150~250mm。在卷制厚壁管材時(shí),可在卷制正常運(yùn)行后,將芯模的旋轉(zhuǎn)速度適當(dāng)加快,在接近設(shè)計(jì)壁厚時(shí)再減慢轉(zhuǎn)速,至達(dá)到設(shè)計(jì)厚度時(shí),切斷膠布。然后在保持壓輥壓力的情況下,繼續(xù)使芯模旋轉(zhuǎn)1~2圈。最后提升壓輥,測(cè)量管坯外徑,合格后,從卷管機(jī)上取出,送入固化爐中固化成型。
3、預(yù)浸膠布制備工藝
預(yù)浸膠布是生產(chǎn)復(fù)合材料層壓板材、卷管和布帶纏繞制品的半成品。
(1)原材料 預(yù)浸膠布生產(chǎn)所需的主要原材料有增強(qiáng)材料(如玻璃布、石棉布、合成纖維布、玻璃纖維氈、石棉氈、碳纖維、芳綸纖維、石棉紙、牛皮等)和合成樹脂(如酚醛樹脂、氨基樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、有機(jī)硅樹脂等)。
(2)預(yù)浸膠布的制備工藝 預(yù)浸膠布的制備是使用經(jīng)熱處理或化學(xué)處理的玻璃布,經(jīng)浸膠槽浸漬樹脂膠液,通過刮膠裝置和牽引裝置控制膠布的樹脂含量,在一定的溫度下,經(jīng)過一定時(shí)間的洪烤,使樹脂由A階轉(zhuǎn)至B階,從而得到所需的預(yù)浸膠布。通常將此過程稱之為玻璃的浸膠。
卷管成型工是用預(yù)浸膠布在卷管機(jī)上熱卷成型的一種復(fù)合材料制品成型方法,其原理是借助卷管機(jī)上的熱輥,將膠布軟化,使膠布上的樹脂熔融。在一定的張力作用下,輥筒在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,借助輥筒與芯模之間的摩擦力,將膠布連續(xù)卷到芯管上,直到要求的厚度,然后經(jīng)冷輥冷卻定型,從卷管機(jī)上取下,送入固化爐中固化。管材固化后,脫去芯模,即得復(fù)合材料卷管。
卷管成型按其上布方法的不同而可分為手工上布法和連續(xù)機(jī)械法兩種。其基本過程是:首先清理各輥筒,然后將熱輥加熱到設(shè)定溫度,調(diào)整好膠布張力。在壓輥不施加壓力的情況下,將引頭布先在涂有脫模劑的管芯模上纏上約1圈,然后放下壓輥,將引頭布貼在熱輥上,同時(shí)將膠布拉上,蓋貼在引頭布的加熱部分,與引頭布相搭接。引頭布的長度約為800~1200mm,視管徑而定,引頭布與膠布的搭接長度,一般為150~250mm。在卷制厚壁管材時(shí),可在卷制正常運(yùn)行后,將芯模的旋轉(zhuǎn)速度適當(dāng)加快,在接近設(shè)計(jì)壁厚時(shí)再減慢轉(zhuǎn)速,至達(dá)到設(shè)計(jì)厚度時(shí),切斷膠布。然后在保持壓輥壓力的情況下,繼續(xù)使芯模旋轉(zhuǎn)1~2圈。最后提升壓輥,測(cè)量管坯外徑,合格后,從卷管機(jī)上取出,送入固化爐中固化成型。
3、預(yù)浸膠布制備工藝
預(yù)浸膠布是生產(chǎn)復(fù)合材料層壓板材、卷管和布帶纏繞制品的半成品。
(1)原材料 預(yù)浸膠布生產(chǎn)所需的主要原材料有增強(qiáng)材料(如玻璃布、石棉布、合成纖維布、玻璃纖維氈、石棉氈、碳纖維、芳綸纖維、石棉紙、牛皮等)和合成樹脂(如酚醛樹脂、氨基樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、有機(jī)硅樹脂等)。
(2)預(yù)浸膠布的制備工藝 預(yù)浸膠布的制備是使用經(jīng)熱處理或化學(xué)處理的玻璃布,經(jīng)浸膠槽浸漬樹脂膠液,通過刮膠裝置和牽引裝置控制膠布的樹脂含量,在一定的溫度下,經(jīng)過一定時(shí)間的洪烤,使樹脂由A階轉(zhuǎn)至B階,從而得到所需的預(yù)浸膠布。通常將此過程稱之為玻璃的浸膠。
樹脂傳遞模塑成型
樹脂傳遞模塑成型簡稱RTM(Resin Transfer Molding)。RTM起始于50年代,是手糊成型工藝改進(jìn)的一種閉模成型技術(shù),可以生產(chǎn)出兩面光的制品。在國外屬于這一工藝范疇的還有樹脂注射工藝(Resin Injection)和壓力注射工藝(Pressure Infection)。RTM的基本原理是將玻璃纖維增強(qiáng)材料鋪放到閉模的模腔內(nèi),用壓力將樹脂膠液注入模腔,浸透玻纖增強(qiáng)材料,然后固化,脫模成型制品。
從上前的研究水平來看,RTM技術(shù)的研究發(fā)展方向?qū)ㄎC(jī)控制注射機(jī)組,增強(qiáng)材料預(yù)成型技術(shù),低成本模具,快速樹脂固化體系,工藝穩(wěn)定性和適應(yīng)性等。
RTM成型技術(shù)的特點(diǎn):①可以制造兩面光的制品;②成型效率高,適合于中等規(guī)模的玻璃鋼產(chǎn)品生產(chǎn)(20000件/年以內(nèi));③RTM為閉模操作,不污染環(huán)境,不損害工人健康;④增強(qiáng)材料可以任意方向鋪放,容易實(shí)現(xiàn)按制品受力狀況例題鋪放增強(qiáng)材料;⑤原材料及能源消耗少;⑥建廠投資少,上馬快。
RTM技術(shù)適用范圍很廣,目前已廣泛用于建筑、交通、電訊、衛(wèi)生、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域。已開發(fā)的產(chǎn)品有:汽車殼體及部件、娛樂車構(gòu)件、螺旋漿、8.5m長的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片、天線罩、機(jī)器罩、浴盆、沐浴間、游泳池板、座椅、水箱、電話亭、電線桿、小型游艇等。
(1)RTM工藝及設(shè)備
成型工藝 RTM全部生產(chǎn)過程分11道工序,各工序的操作人員及工具、設(shè)備位置固定,模具由小車運(yùn)送,依次經(jīng)過每一道工序,實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)。模具在流水線上的循環(huán)時(shí)間,基本上反映了制品的生產(chǎn)周期,小型制品一般只需十幾分鐘,大型制品的生產(chǎn)周期可以控制在1h以內(nèi)完成。
成型設(shè)備 RTM成型設(shè)備主要是樹脂壓注機(jī)和模具。①樹脂村注機(jī)樹脂壓注機(jī)由樹脂泵、注射槍組成。樹脂泵是一組活塞式往復(fù)泵,最上端是一個(gè)空氣動(dòng)力泵。當(dāng)壓縮空氣驅(qū)動(dòng)空氣泵活塞上下運(yùn)動(dòng)時(shí),樹脂泵將桶中樹脂經(jīng)過流量控制器、過濾器定量地抽入樹脂貯存器,側(cè)向杠桿使催化劑泵運(yùn)動(dòng),將催化劑定量地抽至貯存器。壓縮空氣充入兩個(gè)貯存器,產(chǎn)生與泵壓力相反的緩沖力,保證樹脂和催化劑能穩(wěn)定的流向注射槍頭。注射槍口后有一個(gè)靜態(tài)紊流混合器,可使樹脂和催化劑在無氣狀態(tài)下混合均勻,然后經(jīng)槍口注入模具,混合器后面設(shè)計(jì)有清洗劑入口,它與一個(gè)有0.28MPa壓力的溶劑罐相聯(lián),當(dāng)機(jī)器使用完后,打開開關(guān),溶劑自動(dòng)噴出,將注射槍清洗干凈。②模具 RTM模具分玻璃鋼模、玻璃鋼表面鍍金屬模和金屬模3種。玻璃鋼模具容易制造,價(jià)格較低,聚酯玻璃鋼模具可使用2000次,環(huán)氧玻璃鋼模具可使用4000次。表面鍍金屬的玻璃鋼模具可使用10000次以上。金屬模具在RTM工藝中很少使用,一般來講,RTM的模具費(fèi)僅為SMC的2%~16%。
(2)RTM原材料
RTM用的原材料有樹脂體系、增強(qiáng)材料和填料。
樹脂體系 RTM工藝用的樹脂主要是不飽和聚酯樹脂。
增強(qiáng)材料 一般RTM的增強(qiáng)材料主要是玻璃纖維,其含量為25%~45%(重量比);常用的增強(qiáng)材料有玻璃纖維連續(xù)氈、復(fù)合氈及方格布。
填料 填料對(duì)RTM工藝很重要,它不僅能降低成本,改善性能,而且能在樹脂固化放熱階段吸收熱量。常用的填料有氫氧化鋁、玻璃微珠、碳酸鈣、云母等。其用量為20%~40%。
樹脂傳遞模塑成型簡稱RTM(Resin Transfer Molding)。RTM起始于50年代,是手糊成型工藝改進(jìn)的一種閉模成型技術(shù),可以生產(chǎn)出兩面光的制品。在國外屬于這一工藝范疇的還有樹脂注射工藝(Resin Injection)和壓力注射工藝(Pressure Infection)。RTM的基本原理是將玻璃纖維增強(qiáng)材料鋪放到閉模的模腔內(nèi),用壓力將樹脂膠液注入模腔,浸透玻纖增強(qiáng)材料,然后固化,脫模成型制品。
從上前的研究水平來看,RTM技術(shù)的研究發(fā)展方向?qū)ㄎC(jī)控制注射機(jī)組,增強(qiáng)材料預(yù)成型技術(shù),低成本模具,快速樹脂固化體系,工藝穩(wěn)定性和適應(yīng)性等。
RTM成型技術(shù)的特點(diǎn):①可以制造兩面光的制品;②成型效率高,適合于中等規(guī)模的玻璃鋼產(chǎn)品生產(chǎn)(20000件/年以內(nèi));③RTM為閉模操作,不污染環(huán)境,不損害工人健康;④增強(qiáng)材料可以任意方向鋪放,容易實(shí)現(xiàn)按制品受力狀況例題鋪放增強(qiáng)材料;⑤原材料及能源消耗少;⑥建廠投資少,上馬快。
RTM技術(shù)適用范圍很廣,目前已廣泛用于建筑、交通、電訊、衛(wèi)生、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域。已開發(fā)的產(chǎn)品有:汽車殼體及部件、娛樂車構(gòu)件、螺旋漿、8.5m長的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片、天線罩、機(jī)器罩、浴盆、沐浴間、游泳池板、座椅、水箱、電話亭、電線桿、小型游艇等。
(1)RTM工藝及設(shè)備
成型工藝 RTM全部生產(chǎn)過程分11道工序,各工序的操作人員及工具、設(shè)備位置固定,模具由小車運(yùn)送,依次經(jīng)過每一道工序,實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)。模具在流水線上的循環(huán)時(shí)間,基本上反映了制品的生產(chǎn)周期,小型制品一般只需十幾分鐘,大型制品的生產(chǎn)周期可以控制在1h以內(nèi)完成。
成型設(shè)備 RTM成型設(shè)備主要是樹脂壓注機(jī)和模具。①樹脂村注機(jī)樹脂壓注機(jī)由樹脂泵、注射槍組成。樹脂泵是一組活塞式往復(fù)泵,最上端是一個(gè)空氣動(dòng)力泵。當(dāng)壓縮空氣驅(qū)動(dòng)空氣泵活塞上下運(yùn)動(dòng)時(shí),樹脂泵將桶中樹脂經(jīng)過流量控制器、過濾器定量地抽入樹脂貯存器,側(cè)向杠桿使催化劑泵運(yùn)動(dòng),將催化劑定量地抽至貯存器。壓縮空氣充入兩個(gè)貯存器,產(chǎn)生與泵壓力相反的緩沖力,保證樹脂和催化劑能穩(wěn)定的流向注射槍頭。注射槍口后有一個(gè)靜態(tài)紊流混合器,可使樹脂和催化劑在無氣狀態(tài)下混合均勻,然后經(jīng)槍口注入模具,混合器后面設(shè)計(jì)有清洗劑入口,它與一個(gè)有0.28MPa壓力的溶劑罐相聯(lián),當(dāng)機(jī)器使用完后,打開開關(guān),溶劑自動(dòng)噴出,將注射槍清洗干凈。②模具 RTM模具分玻璃鋼模、玻璃鋼表面鍍金屬模和金屬模3種。玻璃鋼模具容易制造,價(jià)格較低,聚酯玻璃鋼模具可使用2000次,環(huán)氧玻璃鋼模具可使用4000次。表面鍍金屬的玻璃鋼模具可使用10000次以上。金屬模具在RTM工藝中很少使用,一般來講,RTM的模具費(fèi)僅為SMC的2%~16%。
(2)RTM原材料
RTM用的原材料有樹脂體系、增強(qiáng)材料和填料。
樹脂體系 RTM工藝用的樹脂主要是不飽和聚酯樹脂。
增強(qiáng)材料 一般RTM的增強(qiáng)材料主要是玻璃纖維,其含量為25%~45%(重量比);常用的增強(qiáng)材料有玻璃纖維連續(xù)氈、復(fù)合氈及方格布。
填料 填料對(duì)RTM工藝很重要,它不僅能降低成本,改善性能,而且能在樹脂固化放熱階段吸收熱量。常用的填料有氫氧化鋁、玻璃微珠、碳酸鈣、云母等。其用量為20%~40%。