◇ 成型工藝
泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)制造技術(shù)
(1)原材料 泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)用的原材料分為面板(蒙皮)材料、夾芯材料和粘接劑。①面板材料 主要是用玻璃布和樹脂制成的薄板,與蜂窩夾層結(jié)構(gòu)面板用的材料相同。②粘接劑面板和夾芯材料的粘接劑,主要取決于泡沫塑料種類,如聚苯乙烯泡沫塑料,不能用不飽和聚酯樹脂粘接。③泡沫夾芯材料 泡沫塑料的種類很多,其分類方法有兩種:一種是按樹脂基體分,可分為:聚氯乙烯泡沫塑料,聚苯乙烯泡沫塑料,聚乙烯泡沫塑料,聚氨酯泡沫塑料,酚醛,環(huán)氧及不飽和聚酯等熱固性泡沫塑料等。另一種是近硬度分,可分為硬質(zhì)、半硬質(zhì)和軟質(zhì)三種。用泡沫塑料芯材生產(chǎn)夾層結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是防寒、絕熱,隔音性能好,質(zhì)量輕,與蒙面粘接面大,能均勻傳遞荷載,抗沖擊性能好等。
(2)泡沫塑料制造技術(shù) 生產(chǎn)泡沫塑料的發(fā)泡方法較多,有機(jī)械發(fā)泡法、惰性氣體混溶減壓發(fā)泡法、低沸點(diǎn)液體蒸發(fā)發(fā)泡法、發(fā)泡劑分解放氣發(fā)泡法和原料組分相互反應(yīng)放氣發(fā)泡法等。①機(jī)械發(fā)泡法 利用強(qiáng)烈機(jī)械攪拌,將氣體混入到聚合物溶液、乳液或懸浮液中,形成泡沫體,然后經(jīng)固化而獲得泡沫塑料。②惰性氣體混溶減壓發(fā)泡法 利用惰性氣體(如氮?dú)狻⒍趸嫉龋o色、無臭、難與其它化學(xué)元素化合的原理,在高壓下壓入聚合物中,經(jīng)升溫、減壓、使氣體膨脹發(fā)泡。③低沸點(diǎn)液體蒸發(fā)發(fā)泡法 將低沸點(diǎn)液體壓入聚合物中,然后加熱聚合物,當(dāng)聚合物軟化、液體達(dá)到沸點(diǎn)時(shí),借助液體氣化產(chǎn)生的蒸氣壓力,使聚合物發(fā)泡成泡沫體。④化學(xué)發(fā)泡劑發(fā)泡法 借助發(fā)泡劑在熱作用下分解產(chǎn)生的氣體,使聚合物體積膨脹,形成泡沫塑料。⑤原料化學(xué)反應(yīng)發(fā)泡法此法是利用能發(fā)泡的原料組分,相互反應(yīng)放出二氧化碳或氮?dú)獾仁咕酆衔锱蛎洶l(fā)泡成泡沫體。
(3)泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)制造 泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)的制造方法有:預(yù)制粘接法、現(xiàn)場澆注成型法和連續(xù)機(jī)械成型法三種。①預(yù)制粘接法 將蒙皮和泡沫塑料芯材分別制造,然后再將它們粘接成整體。預(yù)制成型法的優(yōu)點(diǎn)是能適用各種泡沫塑料,工藝簡單,不需要復(fù)雜機(jī)械設(shè)備等。其缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率低,質(zhì)量不易保證。②整體澆注成型法 先預(yù)制好夾層結(jié)構(gòu)的外殼,然后將混合均勻的泡沫料漿澆入殼體內(nèi),經(jīng)過發(fā)泡成型和固化處理,使泡沫漲滿腔體,并和殼體粘接成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。③連續(xù)成型法 適用于生產(chǎn)泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)板材。
其它成型工藝
聚合物基復(fù)合材料的其它成型工藝,主要指離心成型工藝、澆鑄成型工藝、彈性體貯存樹脂成型工藝(ERM)、增強(qiáng)反應(yīng)注射成型工藝(RRIM)等。
1、離心成型工藝
離心成型工藝在復(fù)合材料制品生產(chǎn)中,主要是用于制造管材(地埋管),它是將樹脂、玻璃纖維和填料按一定比例和方法加入到旋轉(zhuǎn)的模腔內(nèi),依靠高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力,使物料擠壓密實(shí),固化成型。
離心玻璃鋼管分為壓力管非壓力管兩類,其使用壓力為0~18MPa。這種管的管徑一般為φ400~φ2500mm,最大管徑或達(dá)5m,以φ1200mm以上管徑經(jīng)濟(jì)效果最佳,離心管的長度2~12m,一般為6 m。
離心玻璃鋼管的優(yōu)點(diǎn)很多,與普通玻璃鋼管和混凝土管相比,它強(qiáng)度高、重量輕,防腐、耐磨(是石棉水泥管的5~10倍)、節(jié)能、耐久(50年以上)及綜合工程造價(jià)低,特別是大口徑管等;與纏繞加砂玻璃鋼管相比,其最大特點(diǎn)是剛度大,成本低,管壁可以按其功能設(shè)計(jì)成多層結(jié)構(gòu)。離心法制管質(zhì)量穩(wěn)定,原材料損耗少,其綜合成本低于鋼管。離心玻璃鋼管可埋深15m,能隨真空及外壓。其缺點(diǎn)是內(nèi)表面不夠光滑,水力學(xué)特性比較差。
離心玻璃鋼管的應(yīng)用前景十分廣闊,其主要應(yīng)用范圍包括:給水及排水工程干管,油田注水管、污水管、化工防腐管等。
(1)原材料
生產(chǎn)離心管的原材料有樹脂、玻璃纖維及填料(粉狀和粒狀填料)等。
樹脂 應(yīng)用最廣的是不飽和聚酯樹脂,可根據(jù)使用條件和工藝要求選擇樹脂牌號(hào)和固化劑。
增強(qiáng)材料 主工是玻璃纖維及其制品。玻纖制品有連續(xù)纖維氈、網(wǎng)格布及單向布等,制造異形斷面制品時(shí),可先將玻纖制成預(yù)制品,然后放入模內(nèi)。
填料 填料的作是用增加制品的剛度、厚度、降低成本,填料的種類要根據(jù)使用要求選擇,一般為石英砂、石英粉、輝綠巖粉等。
(2)工藝流程
離心制管的加料方法與纏繞成型工藝不同,加料系統(tǒng)是把樹脂、纖維和填料的供料裝置,統(tǒng)一安裝在可往復(fù)運(yùn)動(dòng)的小車上。
(3)模具
離心法生產(chǎn)玻璃鋼管的模具,主要是鋼模,模具分整體式和拼裝式兩種:小于φ800mm管的模具,用整體式,大于φ800mm管的模具,可以用拼裝式。
模具設(shè)計(jì)要保證有足夠的強(qiáng)度和剛度,防止旋轉(zhuǎn)、震動(dòng)過程中變形。模具由管身、封頭、托輪箍組成。管身由鋼板卷焊而成,小直徑管身可用無縫鋼管。封頭的作用是增加管模端頭的強(qiáng)度和防止物料外流。托輪箍的作用是支撐模具,傳遞旋轉(zhuǎn)力,使模具在離心機(jī)上高速度旋轉(zhuǎn),模具的管身內(nèi)表面必須平整,光滑,一般都要精加工和拋光,保證順利脫模。
2、澆注成型工藝
澆注成型主要用于生產(chǎn)無纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料制品,如人造大理石,鈕扣、包埋動(dòng)、植物標(biāo)本、工藝品、錨桿固定劑、裝飾板等。
澆注成型比較簡單,但要生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品,則需要熟練的操作技術(shù)。
(1)鈕扣生產(chǎn)工藝
用聚酯樹脂澆注的鈕扣,具有硬度高,光澤好,耐磨、耐燙、耐干洗、花色品種多及價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn),目前在國內(nèi)外已基本取代了有機(jī)玻璃鈕扣,占鈕扣市場80%以上。
生產(chǎn)鈕扣的原料主要是不飽和聚酯樹脂、固化劑(引發(fā)劑采用過氧化甲乙酮)和輔助材料(包括色漿、珠光粉、觸變劑等)。
聚酯鈕扣采用離心澆注式棒材澆注法生產(chǎn),先制成板材或棒材,然后經(jīng)切板、切棒制成鈕扣,再經(jīng)熱處理、刮面、刮底、銑槽、打眼、拋光等工序制成鈕扣。
(2)人造石材生產(chǎn)工藝
人造石材是用不飽和聚酯樹脂和填料制成的。由于所選用的填料不同,制成的人造石材分為人造大理石、人造瑪瑙、人造花崗石和聚酯混凝土等。
生產(chǎn)人造石材的原材料是不飽和聚酯樹脂,填料和顏料:①樹脂 生產(chǎn)人造石材的樹脂分面層和結(jié)構(gòu)層兩各,表面裝飾層樹脂要求收縮性小,有韌性、硬度好,耐熱、耐磨、耐水等,同時(shí)要求易調(diào)色。辛戌二醇鄰苯型樹脂用于人造石材,辛戌二醇間苯型樹脂用于生產(chǎn)衛(wèi)生潔具。固化體系,常用過氧化甲乙酮、萘酸鈷溶液。②填料 生產(chǎn)人造石材的填料有很多,生產(chǎn)人造大理石的填料是大理石粉,石英粉、白云石粉、碳酸鈣粉等,生產(chǎn)人造花崗石的填料是用粒料級(jí)配,不同品種花崗石用不同色彩的粒料,生產(chǎn)人瑪瑙的填料要有一定透明性,一般選用氫氧化鋁或三氧化二鋁等。③顏料 生產(chǎn)人造石材需要各色顏料,如制人造大理石或人造瑪瑙浴盆,應(yīng)選擇耐熱、耐水的色漿,制造裝飾板及工藝品時(shí),要選用耐光、耐水及耐久的顏料。
生產(chǎn)人造大理石、花崗石板材用的模具材料有玻璃鋼、不銹鋼、塑料、玻璃等。生產(chǎn)人造石板材的模板,要求表面平整,光澤、有足夠的強(qiáng)度和剛度,能經(jīng)受生產(chǎn)過程中的熱應(yīng)力、搬運(yùn)荷載及碰撞等。
3、彈性體貯樹脂模塑成型技術(shù)
彈性體貯樹脂模塑成型(Elastic Reservir Molding, ERM)是80年代在歐美出現(xiàn)的新工藝,它是用柔性材料(開孔聚氨酯泡沫塑料)作為芯材并滲入樹脂糊。這種滲有樹脂糊的泡沫體留在成型好的ERM材料中間,泡沫體使ERM制成的產(chǎn)品密度降低,沖擊強(qiáng)度和剛度提高,故可稱為壓制成型的夾層結(jié)構(gòu)制品。
ERM與SMC一樣,同屬于模壓成型的片狀模塑料,只是由于ERM具有夾層結(jié)構(gòu)的構(gòu)造,給它帶來優(yōu)于SMC的特點(diǎn):(1)重量輕:ERM比用氈和SMC制成的制品輕30%以上;(2)ERM制品的比剛度優(yōu)于SMC、鋁和鋼制成的制品;(3)搞沖擊強(qiáng)度高:在增強(qiáng)材料含量相同的條件下,ERM比SMC的抗沖擊強(qiáng)度高很多;(4)物理力學(xué)性能高:在增強(qiáng)材料含量相同的條件下,ERM制品的物理力學(xué)性能優(yōu)于SMC制品;(5)投資費(fèi)用低:ERM成型機(jī)組比SMC機(jī)組簡單,ERM制品成型壓力比SMC制品低10倍左右,故生產(chǎn)ERM制品時(shí)可以采用低噸位壓機(jī)和低強(qiáng)度材料模具,從而減少建投資。
ERM制品生產(chǎn)工藝分為ERM制造和ERM制品成型兩個(gè)過程:
(1)ERM生產(chǎn)工藝 ERM生產(chǎn)原材料為開孔聚氨酯泡沫塑料,各種纖維制品(如玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維制成的短切氈、連續(xù)纖維氈、針織氈等)和各種熱固性樹脂。其生產(chǎn)過程如下:先在ERM機(jī)組上將調(diào)好的樹脂糊浸漬開孔聚氨酯泡沫塑料,通過涂刮器將樹脂糊涂到泡沫上,用壓輥將樹脂糊壓擠到泡沫體的孔內(nèi),然后將兩層泡沫復(fù)合到一起,最后在上下兩個(gè)面鋪放玻纖維氈或其它纖維制品,制成ERM夾層材料,切割成適宜的尺寸,用于壓制成型或貯存。
(2)ERM制品生產(chǎn)工藝 ERM制品生產(chǎn)過程與其它熱固性模壓料(玻纖布或氈預(yù)浸料、SMC等)相比,需要在熱壓條件下固化成型,但成型壓力比SMC小很多,大約是SMC成型壓力的1/10,為0.5~0.7MPa。
ERM技術(shù)目前主要用于汽車工業(yè)材料和輕質(zhì)建筑復(fù)合材料工業(yè)。由于ERM具有夾層結(jié)構(gòu)材料的特點(diǎn),是適用于生產(chǎn)大型結(jié)構(gòu)的組合部件,各種輕質(zhì)板材,活動(dòng)房屋、雷達(dá)罩,房門等。在汽車工業(yè)中的制品有行李車拖斗、蓋板、儀表盤、保險(xiǎn)杠、車門、底板等。
4、增強(qiáng)反應(yīng)注射模塑技術(shù)
增強(qiáng)反應(yīng)注射模塑工藝(Reinforced Reaction Injection Molding, RRIM)是利用高壓沖擊來混合兩種單體物料及短纖維增強(qiáng)材料,并將其注射到模腔內(nèi),經(jīng)快速固化反應(yīng)形成制品的一種成型方法。如果不用增強(qiáng)材料,則稱為反應(yīng)注射模塑(Reaction Injection Moling, RIM)。采用連續(xù)纖維增強(qiáng)時(shí),稱為結(jié)構(gòu)反應(yīng)注射模塑(Structure Reaction Injection Molding, SRIM)。
RRIM的原材料分樹脂體系和增強(qiáng)材料兩類
(1)樹脂體系 生產(chǎn)RRIM的樹脂應(yīng)滯如下要求:①必須由兩種以上的單體組成;②單體在室溫條件下能保持穩(wěn)定;③粘度適當(dāng),容易用泵輸送;④單體混合后,能快速固化;⑤固化反應(yīng)不產(chǎn)生副產(chǎn)物。應(yīng)用最多的是聚氨酯樹脂、不飽和聚酯樹脂和環(huán)氧樹脂。
(2)增強(qiáng)材料 常用的增強(qiáng)材料有玻璃纖維粉、玻璃纖維和玻璃微珠。為了增加增強(qiáng)材料與樹脂的粘接強(qiáng)度,上述增強(qiáng)材料都采用增強(qiáng)偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理。
RRIM的工藝特點(diǎn):①產(chǎn)品設(shè)計(jì)自由度大,可以生產(chǎn)大尺寸部件;②成型壓力低(0.35~0.7MPa),反應(yīng)成型時(shí),無模壓應(yīng)力,產(chǎn)品在模內(nèi)發(fā)熱量??;③制品收縮率低,尺寸穩(wěn)定性好,因加有大量填料和增強(qiáng)材料,減少了樹脂固化收縮;④制品鑲嵌件工藝簡便;⑤制品表面質(zhì)量好,玻璃粉和玻璃微珠能提高制品耐磨性和耐熱性;⑥生產(chǎn)設(shè)備簡單,模具費(fèi)用低,成型周期短,制品生產(chǎn)成本低。
RRIM制品的最大用戶是汽車工為,可做汽車保險(xiǎn)杠、儀表盤,高強(qiáng)度RRIM制品可以做汽車的結(jié)構(gòu)材料、承載材料。由于其成型周期短,性能可設(shè)計(jì),在電絕緣工程、防腐工程、機(jī)械儀表工業(yè)中代替工程塑料及高分子合金應(yīng)用。