【大学堂】预浸料成型工艺

2020-09-19 10:12:38 康飞新材料 672

       预浸料可用不同成型方法,根据不同应用选择较合适的成型方法。预浸料成型工艺主要有真空袋工艺、热压罐工艺、模压工艺、搓管工艺、拉挤成型工艺、辊压成型工艺、缠绕成型工艺、压力袋工艺等。

其中:

真空袋工艺主要用在船舶工业铁道系统内装饰,

热压罐工艺主要用在高质量复合材料,

模压工艺主要用在平板、体育用品、雪撬、工业品,

搓管工艺主要用在钓鱼杆、滑雪杆、高尔夫球杆、管件,

压力袋工艺主要用在桅杆、天线杆、各种管件。



一、真空袋工艺


定义: 真空袋成型工艺,就是将产品密封在模具和真空袋之间,通过抽真空对产品加压,使产品更加密实、力学性能更好的成型工艺。


优点:

1、纤维含量高,产品的力学性能更好;

2、均匀加压,产品的性能均匀;

3、有效控制产品厚度和含胶量;

4、减少产品中的气泡;

5、可以成型复杂、大型制件;

6、减少挥发份对人员的损伤。


真空袋湿法工艺过程:

1、模具准备,涂脱模剂

2、产品积层(手糊、喷射、预浸料)

3、铺脱模布

4、铺隔离膜或带孔隔离膜(可以不铺)

5、铺透气毡

6、粘贴密封胶条(可以提前)

7、封真空袋膜

8、安装真空阀、快速接头和真空管

9、接气源,检验真空度

10、抽真空,产品固化

11、产品脱模




二、热压罐成型技术


特点:罐内压力均匀,快速,罐内空气温度均匀,高精度,高质量,适应范围广泛,适合批量,成型工艺可靠;

缺点:成本高,初投资大。




三、辊压成型


辊压成型主要借鉴于金属成型方法。设备由一系列(一组或多组)热压辊和冷压辊组成 ,铺好的预浸料受热后首先通过一组热辊使预浸料变形 ,然后通过一组间距逐渐减小的冷辊成型。


优点:

(1)坯体致密,强度高,不易变形。

(2)水分低,制品光洁平整,产品规格一致。

(3)生产率高,劳动强度较低。

(4)适应于阴、阳模成型,单机联线。

(5)操作技术不要很高,便于组成自动化生产线。


按成形工艺分为阳模成型和阴模成型。

⑴阳模成形:用凸模,坯体的使用面对着模型,滚头决定坯体的外表面。它适用于扁平状的盘类制品(浅制品)。


优点:带模干燥时不易变形(有支撑),使用面能随模型而刻印出花纹及曲边,在生产线中取坯和回模较为简单。

缺点:取坯时易使坯体变形、开裂。


⑵阴模成形:用凹模,坯体的非使用面对着模型,滚头决定坯体的内表面。它适用于碗、杯、碟类和尺寸不大的盘类制品(深制品)。


优点:取坯时不接触坯体,变形小。主轴转速可高些,不易飞泥。

缺点:在生产线中回模较为复杂(翻转180°)。 




四、缠绕成型


缠绕成型是通过缠绕机控制张力和缠绕角,将预浸料一定方式缠绕到芯模上经固化成型复合材料制件的工艺方法。缠绕成型工艺只适用于转体管状制品。


缠绕成型用的增强材料主要是各种纤维纱:如无碱玻璃纤维纱、中碱玻璃纤维纱、碳纤维纱、高强玻璃纤维纱、芳纶纤维纱及表面毡等。对于一般民用制品如管、罐等,多采用不饱和聚酯树脂。对力学性能的压缩强度和层间剪切强度要求高的缠绕制品,则可选用环氧树脂。成型中空制品的内模称芯模,一般情况下,缠绕制品固化后,芯模要从制品内脱出。缠绕机是实现缠绕成型工艺的主要设备,对缠绕机的要求是:①、能够实现制品设计的缠绕规律和排纱准确;②、操作简便;③、生产效率高;④、设备成本低。


缠绕成型可分为干法缠绕、湿法缠绕和半干法缠绕。干法缠绕是采用经过预浸胶处理的预浸纱或带,在缠绕机上经加热软化至粘流态后缠绕到芯模上。湿法缠绕是将纤维集束(纱式带)浸胶后,在张力控制下直接缠绕到芯模上。半干法缠绕是纤维浸胶后,到缠绕至芯模的途中,增加一套烘干设备,将浸胶纱中的溶剂除去,与干法相比,省却了预胶工序和设备;与湿法相比,可使制品中的气泡含量降低。三种缠绕方法中,以湿法缠绕应用最为普遍;干法缠绕仅用于高性能、高精度的尖端技术领域。


纤维缠绕成型的优点:

①能够按产品的受力状况设计缠绕规律,使能充分发挥纤维的强度;

②比强度高:一般来讲,纤维缠绕压力容器与同体积、同压力的钢质容器相比,重量可减轻40~60%;

③可靠性高:纤维缠绕制品易实现机械化和自动化生产,工艺条件确定后,缠绕出来的产品质量稳定、精确;

④生产效率高:采用机械化或自动化生产,需要操作工人少,缠绕速度快(240m/min),所以劳动生产效率高;

⑤成本低:在同一产品上,可合理配选若干种材料(包括树脂、纤维和内衬),使其再复合,达到最佳的技术经济效果。


缠绕成型的缺点:

①缠绕成型适应性小,不能缠绕任意结构形式的制品,特别是表面有凹的制品,因为缠绕时,纤维不能紧贴芯模表面而架空;

②缠绕成型需要有缠绕机,芯模,固化加热炉,脱模机及熟练的技术工人,需要的投资大,技术要求高,因此,只有大批量生产时才能降低成本,才能获得较大的技术经济效益。


缠绕成型工艺纤维含量可达60%-80%,制品厚度2--25mm,制品最大直径达4m,长度12m,固化温度80-130℃,成型周期由产品大小决定,成型压力由缠绕机张力决定,模具为金属或石膏芯模,连续生产性质。




五、模压成型


模压成型优点生产效率高,便于实现专业化和自动化生产;产品尺寸精度高,重复性好;表面光洁,无需二次修饰;能一次成型结构复杂的制品;批量生产,价格低廉。但模压成型工艺模具制造复杂,模具质量要求高,成型压力大,设备投资大,加上受压机限制,最适合于批量生产中小型复合材料制品,随着金属加工技术、压机制造水平及合成树脂工艺性能的不断改进和发展,压机吨位和台面尺寸不断增大,模压料的成型温度和压力也相对降低,使得模压成工艺制品的尺寸逐步向大型化发展,目前已能生产大型汽车部件、浴盆、整体卫生间部件等。


模压成型制品纤维含量在25%-60%之间,制品厚度1-10mm,固化温度冷压为40-50℃,热压100-170℃,成型周期短,5-60min,成型压力为10-40MPa,模具一般为钢质对模,冷模可用玻璃钢制作,制品尺寸受模具尺寸和压机吨位限制,制作需要液压机、加热模具、冷模等设备,适合100-20000T的中批量生产。




六、拉挤成型工艺


拉挤成型工艺是将预浸料,在牵引力的作用下,通过挤压模具成型、固化,连续不断地生产长度不限的玻璃钢型材。这种工艺最适于生产各种断面形状的玻璃钢型材,如棒、管、实体型材(工字形、槽形、方形型材)和空腹型材(门窗型材、叶片等)等。


拉挤成型工艺过程是由送纱、浸胶、预成型、固化定型、牵引、切断等工序组成。其优点是:

①生产过程完全实现自动化控制,生产效率高;

②拉挤成型制品中纤维含量可高达80%,浸胶在张力下进行,能充分发挥增强材料的作用,产品强度高;

③制品纵、横向强度可任意调整,可以满足不同力学性能制品的使用要求;

④生产过程中无边角废料,产品不需后加工,故较其它工艺省工,省原料,省能耗;

⑤制品质量稳定,重复性好,长度可任意切断。拉挤成型工艺的缺点是设备投资大,且产品形状单调,只能生产线形型材,而且横向强度不高。


拉挤成型工艺原材料中,树脂基体应用最广泛的是不饱和聚酯树脂,增强材料主要是玻璃纤维及其制品,如无捻粗纱、连续纤维毡等。模具是拉挤成型的重要工具,一般由预成型模和成型模两部分组成。


①预成型模具:在拉挤成型过程中,预浸料在进入成型模具前,必须经过由一组导纱元件组成的预成型模具,预成型模的作用是将浸胶后的增强材料,按照型材断面配置形式,逐步形成近似成型模控形状和尺寸的预成型体,然后进入成型模,这样可以保证制品断面含纱量均匀。


②成型模具:成型模具横截面面积与产品横截面面积之比一般应大于或等于10,以保证模具有足够的强度和刚度,加热后热量分布均匀和稳定。拉挤模具长度是根据成型过程中牵引速度和树脂凝胶固化速度决定,以保证制品拉出时达到脱模固化程度。一般采用钢镀铬,模腔表面要求光洁、耐磨,以减少拉挤成型时的摩擦阻力和提高模具的使用寿命。


拉挤成型工艺纤维含量可达60%-75%,型材厚度可达12mm,棒材直径40mm,固化温度100-160℃,可连续生产,最大牵引力40吨,模具为拉挤机组模具,制品断面尺寸取决于机组模具,长度不限。

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