淺析玻璃鋼成型工藝

方炅任

長春軌道客車股份有限公司

淺析玻璃鋼成型工藝

方炅任

長春軌道客車股份有限公司

玻璃鋼(縮寫符號為GFRP或FRP)是一種復(fù)合材料，它是由樹脂和玻璃纖維經(jīng)復(fù)合制作而成的一種新型材料。玻璃鋼材料，具有輕質(zhì)高強(qiáng)，耐腐蝕，電絕緣性能好，熱絕緣性好，傳熱慢，以及易著色，產(chǎn)品設(shè)計自由度大，能透過電磁波等特性。與鋼鋁等常用的金屬材料相比玻璃鋼產(chǎn)品，可以根據(jù)用戶要求，由供應(yīng)商自行設(shè)計復(fù)合制作。只要根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計，選擇合適的樹脂和玻璃纖維一定的配比，不同的工藝，就可以將玻璃鋼材料和結(jié)構(gòu)一次地完成，避免了金屬材料通常所需要的二次加工，從而可以大大降低產(chǎn)品的物質(zhì)消耗，減少了人力和物力的浪費。

優(yōu)點；缺點；工藝；成型

1 引言

玻璃鋼是一種復(fù)合材料，樹脂基體、增強(qiáng)材料有機(jī)組合，使所制成的玻璃鋼復(fù)合材料具有單獨組分所不可能具備的優(yōu)異性能，玻璃鋼制品的制作成型方法有很多種，它們的技術(shù)水平要求相差很大，其對原材料、模具、設(shè)備投資等的要求，也各不相同。目前，國內(nèi)外常用的玻璃鋼制作成型方法，有手糊成型工藝、噴射成型工藝、模壓成型工藝、模壓料成型工藝、纖維纏繞成型工藝、袋壓成型工藝、RTM成型工藝、拉擠成型工藝等。

現(xiàn)把幾種常用的玻璃鋼的成型方法的特點介紹如下：

2 手糊成型

手糊制作方法，利用不飽和聚酯樹脂的特性，在常溫常壓下借助刷子或輥子，將樹脂浸在磨具上的玻璃纖維或織物中，經(jīng)脫泡、固化而得制品。手糊成型設(shè)備投資低，產(chǎn)品形狀的限制因素少，適合小批量生產(chǎn)。它的生產(chǎn)條件是需要制作產(chǎn)品的模具，并掌握手糊工藝的技術(shù)要領(lǐng)。但是，這種制作方法所制成的產(chǎn)品，質(zhì)量不夠穩(wěn)定，產(chǎn)品的質(zhì)量檔次不夠高，較難滿足某些產(chǎn)品的性能要求。

優(yōu)點：設(shè)計自由度高，可制造大型制品和型狀復(fù)雜產(chǎn)品、可室溫成型，設(shè)備投資少、可采用加強(qiáng)筋局部增強(qiáng)，可嵌入金屬件可用膠衣層獲得具有自由色彩和光澤的表面。

缺點：屬于勞動密集型生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量由工人訓(xùn)練程度決定，工人費用高。

2)玻纖含量不可能太高；樹脂需要粘度較低才易手工操作，溶劑/苯乙烯量高，力學(xué)與熱性能受限制。

3)手糊用樹脂分子量低，主要產(chǎn)品有艦艇、風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片、游樂設(shè)備、冷卻塔殼體、建筑模型，浴盆，衛(wèi)生間、地鐵客車部件。

3 RTM成型

RTM工藝是由樹脂和催化劑計量泵按配比輸出的帶壓液體在靜態(tài)混合容器中混合均勻，并注入已合理放好預(yù)成型增強(qiáng)體的閉合模中，模具需有周邊密封，并保證樹脂流動順暢和完全浸潤玻璃纖維，然后進(jìn)行固化。

由于RTM工藝是一種半機(jī)械化的團(tuán)模成型技術(shù)，可成倍提高玻璃鋼制品的生產(chǎn)效率，滿足批量化生產(chǎn)玻璃鋼制品的要求。同時該工藝可大大減少苯乙烯等有害氣體的逸出，滿足先進(jìn)工業(yè)國家對玻璃鋼工業(yè)苯乙烯揮發(fā)量的嚴(yán)格要求。大大減少目前我國城鄉(xiāng)玻璃鋼廠以手糊和噴射為主的生產(chǎn)工藝對環(huán)境的嚴(yán)重污染狀況。此外RTM工藝生產(chǎn)的玻璃鋼制品具有較高的表面及內(nèi)在質(zhì)量，可大大減少目前我國手糊玻璃鋼制品質(zhì)量低劣的情況。

優(yōu)點：閉模成型，生產(chǎn)環(huán)境好；對工人技術(shù)熟練程度的要求低；可獲得良好的制品表面，精度也比較高。缺點：模具復(fù)雜，價位也高一些邊部有未被浸漬的材料，導(dǎo)致浪費。主要產(chǎn)品：小型飛機(jī)與汽車零部件、客車座椅、儀表殼、衛(wèi)生潔具、體育用品、化工設(shè)備、醫(yī)療機(jī)械

4 纖維纏繞

纖維纏繞工藝方法，是將浸漬過樹脂的連續(xù)纖維，按一定的規(guī)律纏繞到芯模上，層疊至所需的厚度，固化后脫模，即成制品。該方法的特點，是可按產(chǎn)品承受應(yīng)力情況來設(shè)計纖維的纏繞規(guī)律，使之充分發(fā)揮纖維的抗拉強(qiáng)度，并且容易實現(xiàn)機(jī)械化和自動化，產(chǎn)品質(zhì)量較為穩(wěn)定，若配用不同的樹脂基體和纖維的有機(jī)復(fù)合，則可獲得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

優(yōu)點：可靠性高，質(zhì)量穩(wěn)定，尺寸精確；機(jī)械化生產(chǎn)，效率高。

缺點：只能生產(chǎn)回轉(zhuǎn)體；表面狀態(tài)不良；設(shè)備費用高。

主要產(chǎn)品：管道、貯罐、氣瓶、風(fēng)機(jī)葉片、撐高跳竿、羽毛球拍、電線竿、固體火箭發(fā)動機(jī)殼體。

5 拉擠成型

拉擠成型方法，是在牽引裝置牽引下，使浸漬樹脂的玻璃纖維增強(qiáng)材料，在模具中預(yù)成型后，加熱模具使之固化成型，制成玻璃鋼型材，最后切割成所需長度的玻璃鋼制品?，F(xiàn)在已有變截面的、長度方向呈弧型的拉擠制品成型技術(shù)。

優(yōu)點：制品質(zhì)量穩(wěn)定，外觀平滑；可制作復(fù)雜幾何形狀的制品；變形率低；低噪聲、高效率、耗電低、污染性小符合國家有關(guān)環(huán)境要求。缺點：模具復(fù)雜費用高。

主要產(chǎn)品：建筑屋頂橫梁、椽子、門窗框架型材、墻板、石油開采抽油桿、帳篷竿、梯子、橋梁、工具把、手機(jī)微波站罩殼、汽車板簧、傳動軸、電纜管、光纖光纜芯、釣魚竿、隔柵、汽車空調(diào)器罩、擴(kuò)軌罩。

6 真空袋法法成型

此法是手糊法與噴射法的延伸。將手糊或噴射好的積層在樹脂的A階段與模具在一起，在積層上覆以橡膠袋，周邊密封，在后用真空泵抽真空，積層從而受到不大于1個氣壓的壓力，而被壓實、成型。優(yōu)點產(chǎn)品兩面光，有利于操作人員健康和安全，真空袋減少了固化時逸出的揮發(fā)性物質(zhì)。容易脫泡。缺點：增加袋材成本，操作人員的技術(shù)很重要。主要產(chǎn)品艇、電氣部件、賽車、芯材粘結(jié)、飛機(jī)鼻錐雷達(dá)罩、機(jī)翼、方向舵。

7 噴射成型方法

是一種借助于噴射機(jī)器的手工積層的方法。利用噴槍將樹脂從噴槍的兩側(cè)以及在盆腔中的粗紗噴到模具上，噴到一定厚度后，在用輥子浸漬脫泡，固化。優(yōu)點：效率高、成本低的特點，有逐步取代傳統(tǒng)的手糊工藝的趨勢。其產(chǎn)品的整體性強(qiáng)，沒有搭接縫，且制品的幾何尺寸基本上沒有受到限制，成型工藝不復(fù)雜，材料配方能保持一定的準(zhǔn)確性。其不足之處，成型加工困難，厚度不均，在于制品的質(zhì)量在很大程度上，取決于操作工人的生產(chǎn)技能。另外，噴射所造成的污染，一般均大于其他的工藝方法。

用噴射成型的制品有游艇、船舶、槽、罐、汽車車輛、浴盆。

8 結(jié)語

在上述玻璃鋼的制作成型技術(shù)方法中，每一種技術(shù)均有其自身的特點。生產(chǎn)企業(yè)在選擇確定采用何種工藝方法時，需根據(jù)企業(yè)的基本情況及生產(chǎn)產(chǎn)品的情況，如生產(chǎn)產(chǎn)品的批量及其質(zhì)量要求，以及企業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)和生產(chǎn)資金情況等因素進(jìn)行綜合考慮。

[1]增強(qiáng)型玻璃纖維應(yīng)用指南；北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

[2]玻璃鋼技術(shù)培訓(xùn)教材；北京：中國玻璃鋼工業(yè)協(xié)會，1998.

[3]玻璃鋼產(chǎn)品制造技術(shù)；北京：中國硅酸鹽學(xué)會玻璃鋼學(xué)會，2000.