CN104191629A - 玻璃纤维增强快速树脂的成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玻璃纤维增强快速树脂的成型方法，包括以下步骤：准备工装模具以及相应尺寸和层数玻璃纤维编织布；快速树脂的制备；对工装模具表面进行预处理；将每层玻璃纤维编织布使用快速树脂进行润湿处理；将每层润湿处理的玻璃纤维编织布铺放在预先处理过的工装模具内；在玻璃纤维编织布上面依次铺设相应的真空辅助材料制成预制件；将真空泵与真空辅助材料相连，启动真空泵；保持真空系统，直至玻璃纤维增强树脂层合板固化成型，固化后，撕下真空辅助材料。本发明相对于传统手工操作工艺进行制板来说，可明显降低因手工操作带来的产品不稳定现象；相对于真空灌注来说，扩大了树脂使用的范围，尤其适用于可操作时间较短的树脂固化体系。

Description

玻璃纤维增强快速树脂的成型方法

技术领域

本发明涉及玻璃纤维增强树脂领域，特别是涉及一种玻璃纤维增强快速树脂的成型方法。

背景技术

纤维增强树脂复合材料因兼具金属材料和玻璃的一些性能，广泛应用于各个行业。例如建筑行业中冷却塔、围护结构、储仓结构，化学化工行业耐腐蚀管道、栅栏等，汽车及铁路交通运输行业中汽车壳体、火车窗框、车门等，船艇及水上运输行业，电气工业及通讯工程中绝缘设施和线路板等，新能源行业中风机部件等。随着科学技术发展推进，人们意识提高，生活水平的提高，许多民用产品也大量被开发，例如城市雕塑，工艺造型，餐桌，配件，园艺，高档娱乐设施，家电外壳等。

纤维增强树脂成型，针对制品特征和树脂特性，成型方法主要分手糊糊成型工艺、真空灌注成型工艺、湿法模压成型工艺。

手糊成型工艺，顾名思义，主要采用手工操作，相对生产操作简单，尤其应用于一些形状复杂，较难加工的制品。但主要依靠手工，生产效率低，难以批量生产，另外制品性能因人而异，相对制品稳定性较差。对一些高质量高要求的产品，对操作者的要求度相对也很高。针对应用的树脂体系，目前几乎所有树脂体系，均可以采用手工操作成型，但考虑到树脂体系的毒性问题，对操作者身心毒害以及环境的影响，手糊成型略受限制。目前主要用于可操作时间较短的树脂体系（可操作时间在15 min -60min），另外，表观复杂的制品成型。

真空灌注成型工艺，通过抽真空产生的内外压差原理，将常压状态下存在的树脂灌入负压预制件纤维铺层中，制品相对简单，表面比较规整，尺寸较大。该方法做出的玻璃纤维增强树脂制品，含胶量稳定，制品稳定性很高，尤其应用于大规模生产的情况。针对应用的树脂体系来说，一般要求混合粘度在200-300mPa·s之间，可操作时间至少为120min。可操作时间减短时，在导流过程中存在暴聚的风险。由于可操作时间要求较长，相对树脂反应速度较慢，针对常规使用的树脂灌注体系，在灌注结束后，需要使用逐步加热高温处理后方能固化成型（35℃*4h+65℃*8h）。另外，一旦在灌注过程中出现局部漏气现象，很可能出现纤维没有浸透，制板局部发白的现象。

湿法模压成型工艺：将干态纤维通过一定的方式做成湿态预制件，转入特制的工装模具中，通过对两瓣模具施加一定的温度和压力，完成制品成型。该成型方法制品稳定性强，适用于小型制品生产，但需要相应的模具工装，对一些要求复杂的制品，对模具制造要求也很高。针对所用树脂，从可操作时间考虑，范围略小于手糊成型工艺所用，但比真空灌注工艺广泛。

纤维增强树脂用于风电行业中，主要使用真空灌注成型工艺和手糊成型工艺。相应使用的树脂有真空灌注用树脂和手糊树脂。随着季节温度变化，真空灌注用树脂体系随着改变，但整体要求不变。手糊树脂体系，一般混合粘度要求不高，要求可以浸润玻璃纤维布即可。手糊成型工艺制品作为真空灌注成型工艺的一个补充。手糊树脂作为真空灌注树脂的一个补充。常温固化，主要用于局部补强，非承载部位，例如翻边内部强和外补强，加强筋角板后与PS补强板连接等。比其真空灌注用树脂，因其用量小，作用一般被忽视。施工操作工艺也不被重视。操作工艺中容易出现浸胶不均匀，玻璃纤维难以浸透现象，所得玻璃钢制品稳定性差，出现局部发白，半透明，含胶量高，力学性能低等问题。作为真空灌注树脂的补充材料，并没有发挥应有的效果。另外，因为市场需求量相对偏低，对手糊树脂的开发和施工工艺的改善并没有引起业界足够的重视。

专利“201110184361.2-一种玻璃纤维增强塑料的成型方法”主要采用真空灌注工艺，专利200910076307.9-兆瓦级复合材料风电叶片真空导入成型工艺，题目已经点明采用真空灌注工艺实现叶片制作。专利201310231763.2-一种利用手糊成型工艺制备车顶篷的方法，是使用喷射成型，胶体喷射间苯树脂复合材料和无碱乳剂毡实现成型。对手糊成型工艺的改进却没有论述，尤其对采用快速树脂情况下，如何完成制板更没有提及。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种玻璃纤维增强快速树脂的成型方法，消除传统手糊成型工艺的不足，同时在短时间内完成制板操作，并且所制成品表观和性能等同于真空灌注工艺所得层合板。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种玻璃纤维增强快速树脂的成型方法，包括以下步骤：

（1）根据层合板制品要求，准备工装模具以及相应尺寸和层数玻璃纤维编织布；

（2）快速树脂的制备，按照树脂主剂和固化剂的重量配比，称取树脂主剂和固化剂，搅拌混匀，备用；

（3）对工装模具表面进行预处理；

（4）将每层玻璃纤维编织布使用快速树脂进行润湿处理；

（5）将每层润湿处理的玻璃纤维编织布铺放在预先处理过的工装模具内；

（6）在玻璃纤维编织布上面依次铺设相应的真空辅助材料制成预制件；

（7）将真空泵与真空辅助材料相连，启动真空泵，排除预制件内的气体并促进树脂在编织布均匀流动，保证层合板各处含胶量均匀；

（8）保持真空系统，直至玻璃纤维增强树脂层合板固化成型，固化后，撕下真空辅助材料即可。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（1）中的玻璃纤维编织布和步骤（2）中的快速树脂的重量配比为100：40-80。

在本发明一个较佳实施例中，所述的玻璃纤维编织布和快速树脂在使用前要进行预处理，其中玻璃纤维编织布在50℃-80℃下放置4h，快速树脂在25℃-35℃下放置24h。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（3）中工装模具的预处理：对工装模具的表面进行光洁度清理，然后喷涂脱模介质。

在本发明一个较佳实施例中，所述的脱模介质为脱模水和脱模蜡中的一种或者两种。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（2）中，所述的树脂主剂和固化剂的重量配比为100: 30-50。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（2）中，所述的树脂主剂为环氧树脂，所述的固化剂为胺类固化剂。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（4）中的润湿处理：对初步浸胶的编织布进行胶均衡化处理，然后再进行刮胶。

在本发明一个较佳实施例中，步骤（6）中的真空辅助材料为脱模布、隔离膜、引流网、吸脂毡、抽气管、VAP和真空密封材料中的一种或者几种。

本发明的有益效果是：

1、本发明相对于传统手工操作工艺进行制板来说，可明显降低因手工操作带来的产品不稳定现象；

2、本发明相对于真空灌注来说，扩大了树脂使用的范围，尤其适用于可操作时间较短的树脂固化体系；针对制品来说，可在短时间内做成等同真空灌注的玻璃纤维增强树脂层合板材料；

3、本发明在有限的时间内，延长可操作时间，有相对多的时间进行操作，增加工艺的适用范围，有利于保证产品质量，不造成生产中由于施工风险带来的浪费。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例包括：

一种玻璃纤维增强快速树脂的成型方法，包括以下步骤：

（1）根据层合板制品要求，准备工装模具以及相应尺寸和层数玻璃纤维编织布；

（2）快速树脂的制备，按照树脂主剂和固化剂的重量配比，称取树脂主剂和固化剂，搅拌混匀，备用；

（3）对工装模具表面进行预处理；

（4）将每层玻璃纤维编织布使用快速树脂进行润湿处理；

（5）将每层润湿处理的玻璃纤维编织布铺放在预先处理过的工装模具内；

（6）在玻璃纤维编织布上面依次铺设相应的真空辅助材料制成预制件；

（7）将真空泵与真空辅助材料相连，启动真空泵，排除预制件内的气体并促进树脂在编织布均匀流动，保证层合板各处含胶量均匀；

（8）保持真空系统，直至玻璃纤维增强树脂层合板固化成型，固化后，撕下真空辅助材料即可。

优选的，步骤（1）中的玻璃纤维编织布和步骤（2）中的快速树脂的重量配比为100：40-80。

优选的，所述的玻璃纤维编织布和快速树脂在使用前要进行预处理，其中玻璃纤维编织布在50℃-80℃下放置4h，快速树脂在25℃-35℃下放置24h。

优选的，步骤（3）中工装模具的预处理：对工装模具的表面进行光洁度清理，然后喷涂脱模介质。

优选的，所述的脱模介质为脱模水和脱模蜡中的一种或者两种。

优选的，步骤（2）中，所述的树脂主剂和固化剂的重量配比为100: 30-50，所述的树脂主剂为环氧树脂，所述的固化剂为胺类固化剂。

优选的，步骤（4）中的润湿处理：对初步浸胶的编织布进行胶均衡化处理，然后再进行刮胶，依据编织布规格，刮胶采用不同的刮胶工装。

刮胶工装主要由两个部分组成，手持的金属构架和嵌在上面的套筒，套筒通过金属构架伸出的金属杆与其连接，杆的尾部加工有螺纹，通过固定螺栓将两者锁紧固定。本发明所用的刮胶工装之一，金属套筒，套筒外围加工有均匀排布的曲线形状的沟槽或者沟壑，通过对工装均匀施力，保证编织布展开，胶在编织布内均匀分布；刮胶工装之二，金属套筒，套筒预先加工无数个槽孔，槽孔内排满纤维长丝，长丝具有一定的强度，也有一定的硬度。使用过程中，长丝插入编织布内部，刺破气泡，进而达到消泡效果。

优选的，步骤（6）中的真空辅助材料为脱模布、隔离膜、引流网、吸脂毡、抽气管、VAP和真空密封材料中的一种或者几种。

优选的，步骤（7）中真空泵通过真空管与真空辅助材料相连，在真空泵与真空管连接处，设置真空表和调压装置，通过调整真空度大小，确保制板中含胶量在一定范围内变化（含胶量在25%-35%之间），真空管与真空辅助材料相连，依据制品大小，选择单点抽真空或者多点抽真空，针对多点抽真空情况，在抽真空一段时间内，关闭多点，保留一到两个点处于真空保压状态。

本发明的工作原理：就是通过一定的方法先将干态玻璃纤维利用快速树脂润湿，再将湿法处理的玻璃纤维借助真空导致压差进行施胶均匀化处理，固化成型，最终得到相应要求的复合材料层合板，由于树脂和玻璃纤维属于完全不同相态体系的材料，纤维尽管经过表面处理，单纯靠树脂本身的流动性和浸润性，浸透玻纤，需要一定的时间，因此借助特殊的手段，将树脂润湿玻璃纤维，再使用抽真空，真空一直维持，直到树脂固化，树脂和玻璃纤维成为一体。

实施例1

制作一块静态测试用玻璃纤维增强快速树脂层合板材料， 包括以下步骤：

（1）根据FRP层合板制品要求，准备工装模具，准备的玻璃纤维编织布的尺寸为500*500mm，层数为4层； 

（2）快速树脂的制备，按照环氧树脂和胺类固化剂的重量配比为100：40，称取环氧树脂和胺类固化剂，其中胺类固化剂为重量配比为1:1 的聚醚胺和酚醛胺类固化剂的混合物，使用搅拌机进行机械混合，搅拌过程中保持液体的紊流状态，减少气体的产生，3-5min后，观察整体状态均匀时，无色差结束，停止搅拌，备用；步骤（1）中的玻璃纤维编织布与制备的快速树脂的重量配比为100：60，所述的玻璃纤维编织布和快速树脂在使用前要进行预处理，其中玻璃纤维编织布在65℃下放置4h，快速树脂在25℃下放置24h；

（3）对工装模具表面进行预处理，对工装模具的表面进行光洁度清理，用美工刀片进行除渣处理，达到表面平整光滑，喷涂两遍脱模水，处理结束后，铺设脱模布，外围铺设密封胶带；

（4）将每层玻璃纤维编织布使用快速树脂进行润湿处理：对初步浸胶的编织布进行胶均衡化处理，然后用刮胶工装施力均匀刮涂玻璃纤维编织布正反两面，使之渗透；

（5）将每层润湿处理的玻璃纤维编织布整齐对称铺放在预先处理过的工装模具内；

（6）在玻璃纤维编织布上面依次铺设相应的脱模布、隔离膜、导流网、吸胶毡、抽气管，真空密封材料，制成预制件；

（7）将真空泵通过真空管与真空辅助材料相连，在真空泵与真空管连接处，并连真空表，启动真空泵，使真空表示数接近-0.1MPa，借助抽真空装置，排除预制件内的气体并促进树脂在编织布均匀流动，保证层合板各处含胶量均匀；

（8）保持真空系统，直至玻璃纤维增强树脂层合板固化成型，固化后，撕下真空辅助材料即可。

实施例2

制作具有一定弧度面板产品，制作前沿翻边，包括以下步骤：

（1）根据层合板制品要求，准备相应尺寸和四层玻璃纤维编织布，根据翻边弧度特征，预制好相应的翻边工装模具； 

（2）快速树脂的制备，制备方法同实施例1；步骤（1）中的玻璃纤维编织布与制备的快速树脂的重量配比为100：80，所述的玻璃纤维编织布和快速树脂在使用前要进行预处理，其中玻璃纤维编织布在65℃下放置4h，快速树脂在25℃下放置24h；

（3）对工装模具表面进行预处理，对工装模具的表面进行光洁度清理，铲除残留的树脂残渣，保证无灰尘、无水分，在模具边缘贴上一圈密封胶条，喷涂一遍脱模水；

（4）将每层玻璃纤维编织布使用快速树脂进行润湿处理：对初步浸胶的编织布进行胶均衡化处理，然后用刮胶工装施力均匀刮涂玻璃纤维编织布正反两面，使之渗透；

（5）将每层润湿处理的玻璃纤维编织布整齐对称铺放在预先处理过的工装模具内；

（6）在玻璃纤维编织布上面依次铺设相应的脱模布、隔离膜、导流网、吸胶毡、抽气管，真空密封材料，制成预制件；

（7）将真空泵通过真空管与真空辅助材料相连，在真空泵与真空管连接处，并连真空表，启动真空泵，使真空表示数接近-0.1MPa，借助抽真空装置，排除预制件内的气体并促进树脂在编织布均匀流动，保证层合板各处含胶量均匀；

（8）保持真空系统，直至玻璃纤维增强树脂层合板固化成型，固化后，撕下真空辅助材料即可。

实施例1-实施例2树脂的可操作时间按照DIN 16945-1989规定，可操作时间分别在25℃，35℃，45℃和湿度均为50%情况下测试如表1所示；按照GB/T 2577-2005，测试制板含胶量如表2所示，其中，对比例中采用的树脂为圣杰树脂 HTC-S711A/411B。

表1

	25℃/min	35℃/min	45℃/min
				实施例1	16	14	13
实施例2	16	14	13
				对比例	13	13	12

表2

	实施例1	实施例2	对比例	常规手糊工艺	常规真空灌注工艺
						含胶量/%	28.39	26.84	31.85	35-50	24-30

实施例1-实施例2按照玻璃纤维增强树脂层合板力学性能，拉伸按照国标GB/T 1447-2005，弯曲按照国标GB/T 1449-2005，纵剪按照国标GB/T 3355-2005进行，性能测试结果如表3所示。

表3

样板	拉伸强度/MPa	拉伸模量/GPa	弯曲强度/MPa	弯曲模量/GPa	纵剪强度/MPa	纵剪模量/GPa
							实施例1	421.16	19.94	241.6	9.63	85.49	1.71
实施例2	420.53	19.98	243.7	9.51	85.32	1.78

本发明相对于传统手工操作工艺进行制板来说，可明显降低因手工操作带来的产品不稳定现象， 降低含胶量，提高制品的力学强度；本发明相对于真空灌注来说，扩大了树脂使用的范围，尤其适用于可操作时间较短的树脂固化体系；针对制品来说，可在短时间内做成等同真空灌注的玻璃纤维增强树脂层合板材料；本发明在有限的时间内，延长可操作时间，有相对多的时间进行操作，增加工艺的适用范围，有利于保证产品质量，不造成生产中由于施工风险带来的浪费。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种玻璃纤维增强快速树脂的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）根据层合板制品要求，准备工装模具以及相应尺寸和层数玻璃纤维编织布；

（2）快速树脂的制备，按照树脂主剂和固化剂的重量配比，称取树脂主剂和固化剂，搅拌混匀，备用；

（3）对工装模具表面进行预处理；

（4）将每层玻璃纤维编织布使用快速树脂进行润湿处理；

（5）将每层润湿处理的玻璃纤维编织布铺放在预先处理过的工装模具内；

（6）在玻璃纤维编织布上面依次铺设相应的真空辅助材料制成预制件；

（7）将真空泵与真空辅助材料相连，启动真空泵，排除预制件内的气体并促进树脂在编织布均匀流动，保证层合板各处含胶量均匀；

（8）保持真空系统，直至玻璃纤维增强树脂层合板固化成型，固化后，撕下真空辅助材料即可。

2.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强快速树脂的成型方法，其特征在于，步骤（1）中的玻璃纤维编织布和步骤（2）中的快速树脂的重量配比为100：40-80。

3.根据权利要求2所述的玻璃纤维增强快速树脂的成型方法，其特征在于，所述的玻璃纤维编织布和快速树脂在使用前要进行预处理，其中玻璃纤维编织布在50℃-80℃下放置4h，快速树脂在25℃-35℃下放置24h。

4.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强快速树脂的成型方法，其特征在于，步骤（3）中工装模具的预处理：对工装模具的表面进行光洁度清理，然后喷涂脱模介质。

5.根据权利要求4所述的玻璃纤维增强快速树脂的成型方法，其特征在于，所述的脱模介质为脱模水和脱模蜡中的一种或者两种。

6.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强快速树脂的成型方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的树脂主剂和固化剂的重量配比为100: 30-50。

7.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强快速树脂的成型方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的树脂主剂为环氧树脂，所述的固化剂为胺类固化剂。

8.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强快速树脂的成型方法，其特征在于，步骤（4）中的润湿处理：对初步浸胶的编织布进行胶均衡化处理，然后再进行刮胶。

9.根据权利要求1所述的玻璃纤维增强快速树脂的成型方法，其特征在于，步骤（6）中的真空辅助材料为脱模布、隔离膜、引流网、吸脂毡、抽气管、VAP和真空密封材料中的一种或者几种。