玻璃以及常見玻璃鋼成型工藝

目錄TOC\o"1-5"\h\z目錄 11.1玻璃鋼 21.1玻璃鋼的概念和特點 21.2玻璃鋼分類 41.3玻璃鋼成型工藝 41.4玻璃鋼模具 61.4.1模具的種類 61.4.2模具的設(shè)計與制造 61.4.3手糊成型模具 7超塑性成型 錯誤!未定義書簽。2.1超塑性的概念 錯誤!未定義書簽。2.2超塑性成型的特點 錯誤!未定義書簽。2.3常用超塑性成型工藝 錯誤!未定義書簽。2.3.1薄板氣壓/真空成形 錯誤!未定義書簽。2.3.2拉深成型 錯誤!未定義書簽。2.3.3超塑性模鍛成形 錯誤!未定義書簽。2.3.4超塑性擠壓成形 錯誤!未定義書簽。2.3.5超塑性無模拉拔成形 錯誤!未定義書簽。1玻璃鋼1.1玻璃鋼的概念和特點玻璃鋼學(xué)名玻璃纖維增強塑料FRP(FiberglassReinforcedPlastic(FRP,亦稱作GRP)。一般指使用玻璃纖維來增強增強熱固性樹脂，以不飽和聚脂,環(huán)氧樹脂與酚醛樹脂為基體，以玻璃纖維或碳纖維等作增強體的增強材料。圖1-1FRP結(jié)構(gòu)其主要優(yōu)點如下：(1)輕質(zhì)高強,比強度高(比強度：材料的強度除以其表觀密度,強度-重量比)玻璃鋼的密度一般在1.5-2.0g/cm3之間，只有碳鋼的1/4-1/5,可是拉伸強度卻接近，甚至超過碳素鋼,而比強度可以與高級合金鋼相比。因此,在航空,火箭,宇宙飛行器,高壓容器以及在其他需要減輕自重的制品應(yīng)用中，都具有卓越成效。某些環(huán)氧FRP的拉伸、彎曲和壓縮強度均能達到400MPa以上。如下表所示為幾種工業(yè)材料之間的強度對比。表1-1幾種工業(yè)材料強度對比材料名稱密度(g/cm3)拉伸強度(MPa)比強度(N?m/kg)高級合金鋼8.01280160a3鋼7.8540050ly12鋁合金2.8420160鑄鐵7.424032環(huán)氧玻璃鋼1.73500280聚酯玻璃鋼1.8290160酚醛玻璃鋼1.8290160DAP玻璃鋼1.65360210有機硅玻璃鋼1.60170106二苯醚玻璃鋼1.70320190(2)耐腐蝕性能好玻璃鋼是良好的耐腐材料，對大氣、水和一般濃度的酸、堿、鹽以及多種油類和溶劑都有較好的抵抗能力。玻璃鋼已應(yīng)用到化工防腐的各個方面，正在取代碳鋼、不銹鋼、木材、有色金屬等。(3)電絕緣性能好玻璃鋼是優(yōu)良的絕緣材料，用來制造絕緣體。高頻下仍能保持良好介電性。微波透過性良好，已廣泛用于雷達天線罩。如下表所示為幾種玻璃鋼的介電常數(shù)。表1-2玻璃鋼介電常數(shù)破璃鋼種類介電常數(shù)介電損失角正切DAP陂璃鋼40~4.X聚丁—烯卿鋼3.5-4.0(4.5-SJ)xlO^利7聚酯璇璃鋼4.0-4.8i.s)xK)-16KH環(huán)藍玻璃錯4.7-52(1.7-2.5)x10-(4)熱絕緣性能良好玻璃鋼熱導(dǎo)率低，室溫下為1.25—1.67J/(m?K),只有金屬的1/100--1/1000,是優(yōu)良的絕熱材料。在瞬時超高溫情況下，是理想的熱防護和耐燒蝕材料，能保護宇宙飛行器在2000r以上承受高速氣流的沖刷。表1-3玻璃鋼與常見材料熱絕緣性對比材料比熱導(dǎo)熱番數(shù)民心1廣3)線膨脹系數(shù)al(r5/V)聚酚撓鑄體0.170.176-13鐵0,鄰75.61.2鋁O.JJ22222.4木材I.S80.0R-0,16J.360.4(}(5)可設(shè)計性好可以根據(jù)需要，靈活地計出各種結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，來滿足使用要求可以使產(chǎn)品有很好的整體性?？梢猿浞诌x擇材料來滿足產(chǎn)品的性能，如：可以設(shè)計出耐腐的耐瞬時高溫的、產(chǎn)品某方向上有特別高強的、介電性好的等等。(6)工藝性優(yōu)良可以根據(jù)產(chǎn)品的形狀、技術(shù)要求、用途及數(shù)量來靈活地選擇成型工藝。工藝簡單，可以一次成型，經(jīng)濟效果突出，尤其對于形狀復(fù)雜、不易成型的數(shù)量少的產(chǎn)品，更突出它的工藝優(yōu)越性。雖然玻璃鋼在許多方面具有優(yōu)越的特性，但也存在一定的缺陷，如下所示為使用時需要注意到的一些玻璃鋼的缺點:)彈性模量低FRP的彈性模量比木材大兩倍，但比鋼材(E=210GPa)小10倍,因此在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中常剛性不足，容易變形?？梢酝ㄟ^做成薄殼結(jié)構(gòu)，夾層結(jié)構(gòu)，也可通過高模量纖維或者做加強筋等形式來彌補。)長期耐溫性差一般FRP不能在高溫下長期使用，通用聚酯FRP在50r以上強度就明顯下降，一般只能在100r以下使用；通用型環(huán)氧frp在60r以上，強度明顯下降。但可以選擇高溫樹脂，使長期工作溫度在200~300°C是可能的。)老化現(xiàn)象老化現(xiàn)象是塑料的共同缺陷，F(xiàn)RP也不例外，在紫外線、風(fēng)沙雪雨、化學(xué)介質(zhì)、機械應(yīng)力等作用下容易導(dǎo)致性能下降。4）濕強度低FRP長期在濕態(tài)下工作，強度下降50%左右，但是下降有一定限度，而且干燥后又得到很大程度的恢復(fù)?？赏ㄟ^選擇樹脂和工藝、使用偶聯(lián)劑、增加富樹脂層或者設(shè)計時增加安全系數(shù)來克服。5）層間剪切強度低層間剪切強度是靠樹脂來承擔(dān)的，所以很低?？梢酝ㄟ^選擇工藝、使用偶聯(lián)劑等方法來提高層間粘結(jié)力，最主要的是在產(chǎn)品設(shè)計時，盡量避免使層間受剪。1.2玻璃鋼分類FRP的分類可以根據(jù)基體材料或者纖維進行劃分，玻璃鋼常用纖維種類有玻璃纖維、碳纖維和硼纖維。如下表所示為按照基體材料進行劃分的玻璃鋼種類。表1-4玻璃鋼分類基休材料名稱不飽和聚酯樹脂聚酯FRP環(huán)氧樹脂環(huán)氧FRP酚醛樹脂酚醛FRP腺酵樹脂膠粘劑尿醛FRP三聚輒胺與甲醛縮聚而成的熱固性樹脂三聚訊肢中降FRP聚氨基甲酸酯聚氨酯FRP有機硅化合物有機桂FRP正J基苯J苯FRP聚丁二烯壞氧樹脂聚「二烯FRP等玻璃纖維按含堿量的分類：）有堿玻璃纖維（堿性氧化物含量〉12%，也稱A玻璃纖維）；）中堿玻璃纖維（堿性氧化物含量6%—12%）；）低堿玻璃纖維（堿性氧化物含量2%—6%）；）無堿玻璃纖維（堿性氧化物含量V2%,也稱E玻璃纖維；按玻璃纖維直徑分類：1） 粗纖維（單絲直徑30卩m）；2） 初級纖維（單絲直徑20卩m）；3） 中級纖維（單絲直徑10—20卩m）；4） 高級纖維，也叫紡織纖維（單絲直徑3—9um）按玻璃纖維外觀分類：1） 連續(xù)纖維：無捻粗紗，有捻粗紗（用于紡織）；2） 短切纖維；3） 空心玻璃纖維；4） 玻璃粉；5） 磨細纖維。1.3玻璃鋼成型工藝玻璃鋼成型工藝按照工藝特點來分的話，有手糊成型法、RTM成型法、模壓成型、纏繞成型、拉擠成型、噴射成型等，如下所示為幾種常見的工藝介紹：1．手糊成型工藝手糊成型工藝是樹脂基復(fù)合材料生產(chǎn)中最早使用和應(yīng)用最普遍的一種成型方法。手糊成型工藝是以加有固化劑的樹脂混合液為基體，以玻璃纖維及其織物為增強材料，在涂有脫模劑的模具上以手工鋪放結(jié)合，使二者粘接在一起，制造玻璃鋼制品的一種工藝方法。在手糊成型工藝中，機械設(shè)備使用較少，它適于多品種、小批量制品的生產(chǎn)，而且不受制品種類和形狀的限制。缺點是制品質(zhì)量分散、生產(chǎn)效率低。手糊成型工藝的流程是：先在清理好或經(jīng)過表面處理的模具成型面上涂抹脫模劑，待充分干燥好后，將加有固化劑（引發(fā)劑）、促進劑、顏料糊等助劑并攪拌均勻的膠衣或樹脂混和料，涂刷在模具成型面上，隨后在其上鋪放裁剪好的玻璃布（氈）等增強材料，并注意浸透樹脂、排除氣泡。重復(fù)上述鋪層操作，直到達到設(shè)計厚度，然后進行固化脫模修整。圖1-1手糊成型工藝流程圖2．RTM成型法RTM成型法一般是指在一對由鋼、鋁或FRP制作的陰陽模具的模腔內(nèi)，預(yù)先放置增強材料（包括預(yù)埋件），夾緊后，從設(shè)置于適當(dāng)位置的注入孔以比較低的壓力注入樹脂，在常溫至中溫范圍內(nèi)使之與增強材料一起固化，經(jīng)脫模而得到的FRP制品的方法（注入壓力為0.2MPa-1MPa）。3．模壓成型法將一副陰陽模安裝在壓力機上，物料在模腔中經(jīng)過加熱加壓，使之固化定型。模壓法可分為熱壓法、冷壓法。模壓成型設(shè)備由浸膠機、預(yù)浸料機組、片狀模塑料機組、壓機四部分組成，各部分負責(zé)不同的工藝流程，模壓成型工藝主要分為壓制前的準備和壓制兩個階段。其基本過程是：將一定量經(jīng)一定預(yù)處理的模壓料放入預(yù)熱的模具內(nèi)，施加較高的壓力使模壓料填充模腔。在一定的壓力和溫度下使模壓料逐漸固化，然后將制品從模具內(nèi)取出，再進行必要的輔助加工即得產(chǎn)品。4．纏繞成型法纏繞成型是在干股無捻粗紗上施以一定張力并浸漬樹脂（或已預(yù)浸樹脂）,按一定規(guī)律纏在芯軸上，纏到所需要厚度后，經(jīng)固化脫模而得制品。纏繞、螺旋纏繞及兩極纏繞等模式，一般常用螺旋纏繞、環(huán)向纏繞以及兩者的組合。5．拉擠成型法拉擠成型工藝是通過牽引裝置的連續(xù)牽引，使紗架上的無捻玻璃纖維粗紗、氈材等增強材料經(jīng)膠液浸漬，通過具有固定截面形狀的加熱模具后，在模具中固化成型，并實現(xiàn)連續(xù)出模的一種自動化生產(chǎn)工藝。實現(xiàn)拉擠工藝的設(shè)備主要是拉擠機，拉擠機大體可分為臥式和立式兩類。無論是臥式還是立式拉擠機，它們都主要由送紗裝置、浸漬裝置、成型模具與固化裝置、牽引裝置、切割裝置等五部分組成，它們對應(yīng)的工藝過程分別是排紗、浸漬、入模與固化、牽引、切割。6．噴射成型法噴射成型工藝是利用噴槍將玻璃纖維及樹脂同時噴到模具上而制得玻璃鋼件的工藝方法。其具體作法是將加入引發(fā)劑和混有促進劑的兩種樹脂分別從噴槍兩側(cè)噴出，同時連續(xù)的玻璃纖維粗紗被切割器切斷成短切纖維，由噴槍中心噴出，使其與樹脂均勻混合，噴到模具表面上。當(dāng)沉積到一定厚度時，用輥輪壓實，使玻璃纖維浸透樹脂，排除氣泡，經(jīng)固化后形成制品。1.4玻璃鋼模具1.4.1模具的種類用于成型玻璃鋼的模具,從材料上主要分為金屬模具和非金屬模具兩大類。模具常用的金屬材料主要有鋼、鋁合金等;非金屬材料主要有木材、玻璃鋼、石膏、水泥等。無論選用何種材料,模具必須滿足下列要求:（一） 滿足產(chǎn)品的尺寸、精度、外觀質(zhì)量及數(shù)量要求;（二） 所選擇的材料必須保證模具有足夠的剛度和強度,不易變形,不易損壞;（三） 使用過程中,應(yīng)不受樹脂及輔助材料的侵蝕,不影響樹脂的固化,能經(jīng)受樹脂固化時所散發(fā)熱量的影響,不至于變形;（四）脫模容易,能長時間使用;（五）材料易得,價格便宜，模具成本低。金屬材料的模具與非金屬材料的模具各有自己的優(yōu)缺點,在生產(chǎn)過程中,應(yīng)根據(jù)制品的成型工藝方法及產(chǎn)品的精度與表面質(zhì)量,合理選擇模具的材料。金屬模具使用周期長,不易變形,適合于表面光潔度、精度和質(zhì)量要求較高的大批量產(chǎn)品.但金屬模具制造工藝復(fù)雜,重量大,成本也比較高。非金屬材料模具制造周期短,制造工藝簡單,成本低,適合于數(shù)量不多,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的大中型產(chǎn)品。但非金屬模具精度低，使用壽命短。根據(jù)多年來的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗'常用的模具主要是鋁合金模具和玻璃鋼模具。這兩種模具較其他材料的模具更適于玻璃鋼制品的生產(chǎn)1.4.2模具的設(shè)計與制造設(shè)計模具時,應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點合理地選擇模具的結(jié)構(gòu)形式,在方便使用的情況下盡量降低成本。在設(shè)計時,需綜合考慮以下幾點:符合產(chǎn)品設(shè)計的精度要求;要有足夠的剛度和強度,使用周期一長;易脫模;材料易得,造價低。。脫模的難易程度是評定模具設(shè)計是否合理的重要指標。實際生產(chǎn)中,大型容器多采用拼裝模,小型容器多用整體模。應(yīng)當(dāng)注意的是,在模具設(shè)計中,拐角處應(yīng)盡量避免銳角。常用的模具,主要分為單模和對模兩類。單模又分陰模和陽模兩種類型，對模是由陰模和陽模二者組合而成的。無論單模還是對模,都可以根據(jù)工藝及使用要求設(shè)計成整體?；蚱囱b模。a） 陰模如果生產(chǎn)的制品要求外表面光滑,尺寸準確,則模具的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)選擇陰模。但凹陷較深的陰模脫模較困難,易于損壞制品和模具,操作時排風(fēng)困難,勞動條件差,也不易控制質(zhì)量。陰模的結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了它多用于外表面作為工作面的產(chǎn)品,如玻璃鋼軸流風(fēng)機的整流罩等。b） 陽模用陽模生產(chǎn)的產(chǎn)品內(nèi)表面光滑,尺寸準確,操作方便,質(zhì)量容易控制,便于通風(fēng)。手糊成型中對于內(nèi)表面作工作面的產(chǎn)品多用陽模成型,如浴盆、微波天線罩等。c） 對模是由陰模和陽模兩部分組成,通過定位銷裝配。用對模生產(chǎn)的產(chǎn)品,內(nèi)外表面都很光滑,厚度精確。對模一般用來生產(chǎn)內(nèi)外表面精度及產(chǎn)品厚度要求較高的產(chǎn)品,但上模要經(jīng)常搬動,因而不適于大型制品的生產(chǎn)。另外,對模的成本也很高。d） 拼裝模由于某些產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜或為了脫模方便,需將模具分成幾塊拼裝而成,這樣每一塊模具就比較簡單，容易操作。脫模時將每塊拼模'依先后次序脫下即可，如大型容器等。拼裝模的材料多用木材或玻璃鋼。模具,特別是在對模和拼裝模的設(shè)計中,其結(jié)構(gòu)上還應(yīng)根據(jù)需要設(shè)計有注射口、排氣口、定位銷、密封帶、模具緊密裝置及制品脫模裝置等。在設(shè)計過程中,應(yīng)著重考慮以下幾點:合理選擇分模面分模面的選擇要有利于產(chǎn)品脫模,而且不能對產(chǎn)品表面造成損壞。采用三點定位一點是用中心定位，使上下模在同一中心線上,以保證制品的端跳和軸跳達到設(shè)計要求;另兩點用定位銷以確保合模準確。注射口和排氣口設(shè)計合理注射口一般設(shè)在模具中心,一方面是因為這里與制品各部位等距,另一方面是注射樹脂由下至上而行。為使腔內(nèi)氣體能順利排出,排氣口以中心對稱設(shè)置兩個或四個,并與模腔內(nèi)的排氣道相連,這樣就可以排出腔內(nèi)能導(dǎo)致產(chǎn)品缺陷的氣體。制品脫模頂出裝置有些制品脫模比較困難,應(yīng)在某些關(guān)鍵部位處設(shè)計金屬模塊,脫模時利用它順利頂出制品。1.4.3手糊成型模具手糊成型的模具分為陰模、陽膜以及拼裝膜，如下圖所示圖1-2手糊成型模具結(jié)構(gòu)陽模：制品內(nèi)表面尺寸準確，光滑。成型方便，便于通風(fēng)。陰模：制品外表面尺寸準確，光滑。陰模深操作不