CN106217904A - 一种挤压成型光面等厚玻璃钢测试平板的制备装置及方法 - Google Patents

一种挤压成型光面等厚玻璃钢测试平板的制备装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种挤压成型光面等厚玻璃钢测试平板的制备装置及方法，首先在纤维织物上浇注树脂，通过使用胶辊碾压和/或真空脱泡除去织物中的气泡，使树脂对纤维充分浸润，从而有效控制浸润效果，避免发白和气泡等质量缺陷，然后再在纤维织物表面压上上半模具，施加压力，并通过垫块来控制厚度，最终得到光面等厚的玻璃钢平板。操作过程中采用两种不同厚度的垫块，一种用来支撑上半模具完成抽真空脱泡，一种用来控制最终玻璃钢板的厚度。挤压成型阶段，采用两层真空袋膜，并使里层真空袋膜与外界大气连通，利于空气排出，同时避免抽真空在模具内造成负压，因为负压会使得溶解在树脂中的气体析出，产生气泡，最终导致发白和气泡等缺陷。

Description

一种挤压成型光面等厚玻璃钢测试平板的制备装置及方法
技术领域
本发明涉及一种玻璃钢测试平板的制备装置及方法，尤其涉及一种挤压成型光面等厚玻璃钢测试平板的制备装置及方法，所制备的玻璃钢测试平板不仅两面光滑且厚度可控，并且制备得到的测试平板中不容易出现气泡和发白等缺陷，同时在制备玻璃钢测试平板时，还可以加快树脂对纤维增强材料的浸润速度，即使对于较大的平板也可以完全浸透，从而有效提高玻璃钢测试平板的制备质量和效率。
背景技术
纤维增强复合材料以其突出的易成型加工特性而被广泛应用到工业领域。复合材料具有可设计性的特点，复合材料的性能是设计复合材料的前提和基础。因此测试和掌握复合材料的性能，对于复合材料构件和产品的开发至关重要。目前风力发电机转子叶片主要采用纤维增强热固性树脂复合材料结构，对于其性能的了解是叶片结构设计的基础。
考虑到叶片采用的主要生产工艺之一是真空辅助树脂传递模塑技术，叶片厂、原材料生产厂家及独立的第三方检测机构通常也采用这一工艺制备玻璃钢测试平板。采用这种方法制备的玻璃钢平板因使用导流网、脱模布等辅材，表面凹凸不平，且厚度分布不均匀，测得的玻璃钢性能离散性大，重现性不好。对于玻璃钢复合材料，其性能与纤维含量密切相关，不同的纤维含量，测得的性能差异较大，有时需要通过控制玻璃钢测试平板的厚度来控制其中的纤维含量，以得到与实际生产一致的性能用于设计评估。对于这一问题，前人已有不少研究。为了得到两面光滑的平板，有人提出取消导流网和脱模布的使用，在纤维增强材料表面盖上钢性平板后，直接打上真空袋膜进行吸注树脂成型。为了控制厚度，有人提出在制样平台与玻纤布上面的钢性平板之间放置厚度控制垫块来控制厚度。除采用真空辅助树脂传递模塑技术工艺之外，也有人采用树脂传递模塑技术成型，这种方法也不需要使用导流导气的辅材，厚度通过控制模腔的间隙进行调节。
前人提出的改进方法，因未使用导流导气的辅材，虽然可以得到两面光滑且厚度可控的平板，但也正因为没有使用导流导气的辅材，制备的测试平板中容易出现气泡和发白的缺陷。此外因为未使用导流导气的辅材，树脂在纤维增强材料中的流速受到限制，可成型的平板尺寸有限，对于较大的平板往往难以完全吸透，从而影响平板的制备效率。针对这些问题，本发明提出了一种新的玻璃钢平板制备方法，以有效提高制备平板的质量和效率。
发明内容
针对现有技术的缺点和不足，本发明旨在提供一种基于液态树脂成型玻璃钢测试平板的的制备装置及方法，使得所制备的玻璃钢测试平板不仅两面光滑且厚度可控，并且制备得到的测试平板中不容易出现气泡和发白等缺陷，同时在制备玻璃钢测试平板时，还可以加快树脂对纤维增强材料的浸润速度，即使对于较大的平板也可以完全浸透，从而有效提高玻璃钢测试平板的制备质量和效率。
本发明为实现上述技术目的所采用的技术方案如下：
一种挤压成型光面等厚玻璃钢测试平板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
SS1.模具准备
准备一上半模具、一下半模具和若干支撑垫块和厚度控制垫块，所述上半模具整体呈一凸台形结构，包括底板以及形成在所述底板上的凸台，所述底板未被凸台覆盖的四周边沿部分形成为搭接边缘；所述下半模具为一顶部开口的容器，包括底壁和四周侧壁；各所述同种垫块的厚度相同；其中，所述下半模具的容腔的形状与所述上半模具的凸台的形状相匹配，所述上半模具的凸台置于所述下半模具的容腔后，二者侧壁之间具有间隙；
SS2.放置纤维增强材料
在所述下半模具的整体表面上涂抹脱模剂，之后在所述下半模具的底壁上放置表面平整的纤维增强材料，所述纤维增强材料的边沿粘结固定在所述下半模具的底壁上；
SS3.浇入树脂
将按要求混配并脱除气泡后的树脂倒入所述下半模具的容腔中，使树脂液面高出所述纤维增强材料的表面；
SS4.浸润纤维
浇入树脂后，排除所述纤维增强材料中的气泡，最终实现树脂对纤维增强材料的完全浸润；
SS5.挤压成型
在所述上半模具、厚度控制垫块的整体表面上涂抹脱模剂，之后将所述上半模具的凸台压入所述下半模具的容腔中，所述上半模具通过其搭接边缘放置在所述下半模具的四周侧壁的顶部上，并且在所述上半模具的搭接边缘与所述下半模具的四周侧壁的顶部之间设置若干厚度控制垫块，所述若干厚度控制垫块用以控制所述上半模具的凸台顶部与所述下半模具的底壁之间的距离；盖上所述上半模具后，对上半模具施加压力，使其接触厚度控制垫块；
SS6.固化成型
让树脂在室温或高于室温环境下固化，在树脂固化过程中持续施加压力保压直至固化完成，从模具中脱出成型体，即可得到玻璃钢平板。
优选地，下半模具四周侧壁的顶部设有一台阶部，所述台阶部包括外侧凸台和内侧凸台，所述外侧凸台的上表面通过垫块支撑上半模具，所述内侧凸台用以容纳下半模具容腔底部挤出来的多余树脂，使树脂不至于流出下半模具。
优选地，所述上半模具凸台的顶面、下半模具底壁表面具有足够平面度。
优选地，所述上半模具、下半模具采用具有足够的刚性且不与树脂发生化学反应的材料制作。
优选地，所述上半模具、下半模具的各壁面具有足够的厚度和强度，能承受所需压力而不发生变形和破坏。
优选地，所述支撑垫块和厚度控制垫块选用强度和刚度足够的材料制作。
优选地，所述上半模具的搭接边缘与所述下半模具的四周侧壁的顶部之间设置足够数量的垫块，以增加接触面积，且同种垫块的厚度一致，并应保证足够的尺寸精度。
优选地，所选各厚度控制垫块的厚度与所需得到的最终玻璃钢板厚度相同。
优选地，步骤SS3中，注入下半模具容腔中的树脂量应当满足使得上半模具压入后树脂不会流出模具。
优选地，步骤SS4中，采用胶辊碾压和/或真空抽吸的方式除去纤维增强材料中的气体，使树脂对纤维充分浸润，从而有效控制浸润效果，避免发白和气泡等质量缺陷。
优选地，步骤SS4中，采用抽吸真空的方式排除所述纤维增强材料中的气泡时，操作方法如下：在下半模具外侧凸台上放置支撑垫块，然后在支撑垫块上放置上半模具，支撑垫块厚度应足够支撑上半模具，不使其内表面接触到树脂液体，然后在模具外侧布设导气辅材(如透气毡或导流网等)，周围布置密封胶条，设置抽气口，盖上真空袋膜，抽真空脱除织物中的气体，使树脂充分浸润纤维。
优选地，步骤SS5中，通过以下方式给上半模具施加压力：在整个模具外侧布设导气辅材，设置出气口与外界大气相连，周围布置密封胶条，盖上第一层真空袋膜，在第一层真空袋膜外侧辅设导气辅材，设置抽气口与真空系统相连，周围布置密封胶条，之后盖上第二层真空袋膜，铺设完两层真空袋膜后，需保证内层出气口与外界大气连通，以便受压时内层真空袋膜所包围的空气可以顺利排出，开启真空系统，从外层抽气口抽气给上半模具施加压力，使其接触厚度垫块。
优选地，在步骤SS4结束后，应检查树脂浸润效果，具体为：抽真空脱泡后，移除真空袋等辅材，取下上半模具，观察纤维织物的浸润效果，对于局部有气泡或浸润不良的位置使用胶辊碾压除去气泡，最终实现树脂对纤维的完全浸润。
根据本发明的另一方面，还提供了一种与上述方法相适配的挤压成型光面等厚玻璃钢测试平板的制备装置，其特征在于，所述制备装置包括：
一上半模具，所述上半模具整体呈一凸台形结构，包括底板以及形成在所述底板上的凸台，所述凸台的面积小于底板的面积，所述底板未被凸台覆盖的四周边沿部分形成为搭接边缘；
一下半模具，所述下半模具为一顶部开口的容器，包括底壁和四周侧壁，
若干支撑垫块和厚度控制垫块，同种垫块的厚度相同；
其中，
所述下半模具的容腔的形状与所述上半模具的凸台的形状相匹配，所述下半模具的容腔的尺寸大于所述凸台的尺寸；
所述上半模具、下半模具和若干支撑垫块和厚度控制垫块的整体表面均涂抹有脱模剂；
所述下半模具水平放置于一平台上，所述下半模具的底壁上放置表面平整的纤维增强材料，所述纤维增强材料的边沿粘结固定在所述下半模具的底壁上；
所述上半模具的凸台压入所述下半模具的容腔中，所述上半模具通过其搭接边缘放置在所述下半模具的四周侧壁的顶部上，并且所述上半模具的搭接边缘与所述下半模具的四周侧壁的顶部之间设置所述若干垫块，所述若干垫块用以控制所述上半模具的凸台顶部表面与所述下半模具的底壁之间的距离。
优选地，所述下半模具为一顶部开口的方形容器，所述上半模具的凸台为与所述方形容器的形状相适配的方形凸台。
优选地，下半模具四周侧壁的顶部设有一台阶部，所述台阶部包括外侧凸台和内侧凸台，所述外侧凸台的上表面通过垫块支撑上半模具。
优选地，所述上半模具的搭接边缘与所述下半模具的四周侧壁的顶部之间设置足够数量的垫块，以增加所述上半模具和下半模具之间的接触面积，且各垫块的厚度一致。
优选地，各厚度控制垫块的厚度与所需得到的最终玻璃钢板厚度相同。
优选地，操作过程中采用两种不同厚度的垫块，一种是支撑垫块，用来支撑上半模具完成抽真空脱泡；一种是厚度控制垫块，用来控制最终玻璃钢板的厚度。挤压成型阶段，采用两层真空袋膜，并使里层真空袋膜与外界大气连通，利于空气排出，同时避免抽真空在模具内造成负压，因为负压会使得溶解在树脂中的气体析出，产生气泡，最终导致发白和气泡等缺陷。
同现有技术相比，本发明的挤压成型光面等厚玻璃钢测试平板的制备装置及方法具有显著的技术效果：1)纤维浸润过程可制，并在保证充分浸润之后挤压成型，有效控制最终成型平板的质量，可靠性更好。2)树脂传递模塑成型工艺因未使用导流介质，真空吸注树脂速度慢，不利于成型面积大的玻璃钢板材，而此方法，因树脂是直接浇入，树脂对纤维的浸润与织物面积无必然关系，可用于成型面积更大的玻璃钢板材，成型效率更高。3)因有效控制树脂溢出的污染，抽气管和导气辅材可以重复利用，且不需要使用注胶管，减少了辅材的使用和浪费。
附图说明
图1(A)为本发明的制备光面等厚玻璃钢测试平板的下半模具的俯视图，图1(B)为本发明的制备光面等厚玻璃钢测试平板的下半模具的剖视图；
图2(A)为本发明的制备光面等厚玻璃钢测试平板的上半模具的俯视图，图2(B)为本发明的制备光面等厚玻璃钢测试平板的上半模具的剖视图；
图3(A)为本发明的制备光面等厚玻璃钢测试平板的上半模具和下半模具装配后的俯视图，图3(B)为本发明的制备光面等厚玻璃钢测试平板的上半模具和下半模具装配后的剖视图。
图4为本发明制备光面等厚玻璃钢测试平板过程中采用抽真空的方式脱除织物中气泡的示意图。
图5为本发明制备光面等厚玻璃钢测试平板过程中采用抽真空方式挤压成型的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。
需要说明的是，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”等，仅是参考附图的方向，以便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1(A)、(B)所示，下半模具10为一顶部开口的方形容器，包括底壁13和四周侧壁；下半模具10四周侧壁的顶部设有一台阶部，台阶部包括外侧凸台11和内侧凸台12。
如图2(A)、(B)所示，上半模具20整体呈一凸台形结构，包括底板以及形成在底板上的凸台，该凸台为与下半模具10的方形容器的形状相适配的方形凸台，下半模具10的容腔的尺寸大于凸台的尺寸，凸台的面积小于底板的面积，底板未被凸台覆盖的四周边沿部分形成为搭接边缘21。
如图3(A)、(B)所示，上半模具20和下半模具10装配时，下半模具10的底壁13上放置表面平整的纤维增强材料40，纤维增强材料40的边沿粘结固定在下半模具10的底壁上；上半模具20的凸台压入下半模具10的容腔中，上半模具20通过其搭接边缘21放置在下半模具10的四周侧壁的顶部上，并且上半模具20的搭接边缘21与下半模具10的四周侧壁的顶部之间设置若干垫块30，若干垫块30用以控制上半模具20的凸台顶部表面22与下半模具的底壁13之间的距离。垫块30包括两种，一种是支撑垫块，另一种是厚度控制垫块，同种垫块的厚度相同，厚度控制垫块的厚度与所需得到的最终玻璃钢板厚度相同。
下面结合图4、5说明制备挤压成型光面等厚玻璃钢测试平板的方法：
SS1.准备上半模具20、下半模具10和若干支撑垫块31和厚度控制垫32；
SS2.将下半模具10水平放置于一试验平台50上，并在下半模具10的整体表面上涂抹脱模剂，打好脱模剂后，在下半模具10的底壁13上放置表面平整的纤维增强材料40，纤维增强材料40的边沿粘结固定在下半模具10的底壁13上；
SS3.将按要求混配并脱除气泡后的树脂倒入下半模具10的容腔中，使树脂液面高出纤维增强材料40的表面；注入下半模具10容腔中的树脂量应当满足使得上半模具压入后树脂不会流出模具。
SS4.浇入树脂后，需要排除纤维增强材料40中的气泡，最终实现树脂对纤维增强材料40的完全浸润；可以采用胶辊碾压和/或真空抽吸的方式进行。在采用抽吸真空的方式排除纤维增强材料中的气泡时，操作方法如下：在下半模具10的外侧凸台11上放置支撑垫块31，然后在支撑垫块31上放置上半模具20，支撑垫块31的厚度应足够支撑上半模具20，不使其内表面接触到树脂液体，然后在模具外侧布设导气辅材70(如透气毡或导流网等)，周围布置密封胶条80，设置抽气口90，盖上真空袋膜60，抽真空脱除织物中的气体，使树脂充分浸润纤维。
完成树脂浇注后，应检查树脂浸润效果，具体为：抽真空脱泡后，移除真空袋等辅材，取下上半模具，观察纤维织物的浸润效果，对于局部有气泡或浸润不良的位置使用胶辊碾压除去气泡，最终实现树脂对纤维的完全浸润。
SS5.挤压成型，将上半模具20、若干厚度控制垫块32的整体表面上涂抹脱模剂，之后将上半模具20的凸台压入下半模具10的容腔中，上半模具20通过其搭接边缘21放置在下半模具10的四周侧壁的顶部上，并且上半模具20的搭接边缘21与下半模具10的四周侧壁的顶部之间设置若干厚度控制垫块32，若干厚度控制垫块32用以控制上半模具20的凸台顶部表面与下半模具10的底壁13之间的距离；盖上上半模具20后，给上半模具20施加压力，使其接触厚度垫块32。
在该步骤中，可以采用以下方式给上半模具施加压力：在整个模具外侧布设导气辅材71，设置出气口91与外界大气相连，周围布置密封胶条81，盖上第一层真空袋膜61，在第一层真空袋膜61外侧辅设导气辅材72，设置抽气口92与真空系统相连，周围布置密封胶条82，之后盖上第二层真空袋膜62，铺设完两层真空袋膜后，需保证内层出气口与外界大气连通，以便受压时内层真空袋膜所包围的空气可以顺利排出，开启真空系统，从外层抽气口抽气给上半模具施加压力，使其接触厚度垫块32。
SS6.之后进行固化成型，让树脂在室温或在高于室温环境下固化，在树脂固化过程中持续施加压力保压直至固化完成，固化完成后去除真空辅材，从模具中脱出成型体，即可得到玻璃钢平板。
在实施上述步骤时，可以将下半模具10四周侧壁的顶部设有一台阶部，台阶部包括外侧凸台11和内侧凸台12，外侧凸台11的上表面通过垫块30支撑上半模具20，内侧凸台12用以容纳下半模具10容腔底部挤出来的多余树脂，使树脂不至于流出下半模具。
为保证制备得到的玻璃钢测试平板制品具有足够的平面度，应保证上半模具20凸台的顶面、下半模具10底壁表面应具有足够的平面度。此外，上半模具20、下半模具10应采用具有足够的刚性且不与树脂发生化学反应的材料制作。上半模具20、下半模具10的各壁面具有足够的厚度和强度，能承受所需压力而不发生变形和破坏。垫块30应选用强度和刚度足够的材料制作。上半模具20的搭接边缘与下半模具10的四周侧壁的顶部之间设置足够数量的垫块30，以增加接触面积。垫块30包括两种，一种是支撑垫块31，在抽真空脱泡过程中使用；另一种是厚度控制垫块32，在挤压成型过程中使用，同种垫块的厚度相同，各厚度控制垫块32的厚度与所需得到的最终玻璃钢板厚度相同，并应保证足够的尺寸精度。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种挤压成型光面等厚玻璃钢测试平板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
SS1.模具准备
准备一上半模具、一下半模具和若干支撑垫块和厚度控制垫块，所述上半模具整体呈一凸台形结构，包括底板以及形成在所述底板上的凸台，所述底板未被凸台覆盖的四周边沿部分形成为搭接边缘；所述下半模具为一顶部开口的容器，包括底壁和四周侧壁；各所述同种垫块的厚度相同；其中，所述下半模具的容腔的形状与所述上半模具的凸台的形状相匹配，所述上半模具的凸台置于所述下半模具的容腔后，二者侧壁之间具有间隙；
SS2.放置纤维增强材料
在所述下半模具的整体表面上涂抹脱模剂，之后在所述下半模具的底壁上放置表面平整的纤维增强材料，所述纤维增强材料的边沿粘结固定在所述下半模具的底壁上；
SS3.浇入树脂
将按要求混配并脱除气泡后的树脂倒入所述下半模具的容腔中，使树脂液面高出所述纤维增强材料的表面；
SS4.浸润纤维
浇入树脂后，排除所述纤维增强材料中的气泡，最终实现树脂对纤维增强材料的完全浸润；
SS5.挤压成型
在所述上半模具、厚度控制垫块的整体表面上涂抹脱模剂，之后将所述上半模具的凸台压入所述下半模具的容腔中，所述上半模具通过其搭接边缘放置在所述下半模具的四周侧壁的顶部上，并且在所述上半模具的搭接边缘与所述下半模具的四周侧壁的顶部之间设置若干厚度控制垫块，所述若干厚度控制垫块用以控制所述上半模具的凸台顶部与所述下半模具的底壁之间的距离；盖上所述上半模具后，对上半模具施加压力，使其接触厚度垫块；
SS6.固化成型
让树脂在室温或高于室温环境下固化，在树脂固化过程中持续施加压力保压直至固化完成，从模具中脱出成型体，即可得到玻璃钢平板。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述下半模具四周侧壁的顶部设有一台阶部，所述台阶部包括外侧凸台和内侧凸台，所述外侧凸台的上表面通过垫块支撑上半模具，所述内侧凸台用以容纳下半模具容腔底部挤出来的多余树脂，使树脂不至于流出下半模具。
3.根据上述权利要求所述的制备方法，其特征在于，所述上半模具凸台的顶面、下半模具底壁表面具有足够的平面度。
4.根据上述权利要求所述的制备方法，其特征在于，所述上半模具、下半模具采用具有足够的刚性且不与树脂发生化学反应的材料制作。
5.根据上述权利要求所述的制备方法，其特征在于，所述上半模具、下半模具的各壁面具有足够的厚度和强度，能承受所需压力而不发生变形和破坏。
6.根据上述权利要求所述的制备方法，其特征在于，所述支撑垫块和厚度控制垫块选用强度和刚度足够的材料制作。
7.根据上述权利要求所述的制备方法，其特征在于，所述上半模具的搭接边缘与所述下半模具的四周侧壁的顶部之间设置足够数量的垫块，以增加接触面积，且各垫块的厚度一致，并应保证足够的尺寸精度。
8.根据上述权利要求所述的制备方法，其特征在于，所选各厚度控制垫块的厚度与所需得到的最终玻璃钢板厚度相同。
9.根据上述权利要求所述的制备方法，其特征在于，步骤SS3中，注入下半模具容腔中的树脂量应当满足使得上半模具压入后树脂不会流出模具。
10.根据上述权利要求所述的制备方法，其特征在于，步骤SS4中，采用胶辊碾压或/和真空抽吸的方式除去纤维增强材料中的气泡。
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