玻璃纤维纱工艺.docx
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玻璃纤维纱工艺
玻璃纤维纱工艺
一、媒介
比拟传统材料，复合伙料具有一系列弗成替代的特点，自二次大年夜占以来成长专门快。
尽管产量小（据法国Vetrotex公司统计，2003年全球复合伙料达700万吨），但复合伙料的程度已是衡量一个国度或地区科技、经济程度的标记之一。
美、日、西欧程度较高。
北美、欧洲的产量分别占全球产量的33%与32%，以中国（含台湾省）、日本为主的亚洲占30%。
中国大年夜陆2003年玻班纤维加强塑料（玻璃纤维与树脂复合的复合伙料、俗称“玻璃钢”）逾90万吨，已居世界第二位（美国2003年为169万吨，日本不足70万吨）。
复合伙料重要由加强材料与基体材料两大年夜部分构成：
加强材料：
在复合伙估中不构成连续相赋于复合伙料的重要力学机能，如玻璃钢中的玻璃纤维，CFRP（碳纤维加强塑料）中的碳纤维素确实是加强材料。
基体：
构成复合伙料连续相的单一材料如玻璃钢（GRP）中的树脂（本文谈到的环氧树脂）确实是基体。
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按基体材料不合，复合伙料可分为三大年夜类：
树脂复合伙料
金属基复合伙料
无机非金属基复合伙料，如陶瓷基复合伙料。
本文评论辩论环氧树脂基复合伙料。
1、什么缘故采取环氧树脂做基体？
固化紧缩率代低，仅1%-3%，而不饱和聚酯树脂却高达7%-8%；
粘结力强；
有B时期，有利于临盆工艺；
可低压固化，挥发份甚低；
固化后力学机能、耐化学性佳，电绝缘机能优胜。
值得指出的是环氧树脂耐有机溶剂、耐碱机能较常用的酚醛与不饱和聚酯权势脂为佳，然耐酸性差；固化后一样较脆，韧性较差。
2、环氧玻璃钢机能（按ASTM）
以FW（纤维围绕蛮缠）法制造的玻纤加强环氧树脂的产品为例，将其与钢比较。
表1GF/EPR与钢的机能比较
玻璃含量GF/EPR（玻纤含量80wt%）AISI1008冷轧钢
相对密度2.087.86V
拉伸强度551.6Mpa331.0MPa
拉伸模量27.58GPa206.7GPa
伸长率1.6%37.0%
曲折强度689.5MPa
曲折模量34.48GPa
紧缩强度310.3MPa331.0MPa
悬臂冲击强度2385J/m
燃烧性（UL-94）V-O
比热容535J/kg•k233J/kg•k
膨胀系数4.0×10-6k-16.7×10-6k-1
热变形温度204ºC（1.82MPa）
热导率1.85W/m•k33.7W/m•k
介电强度11.8×106V/m
吸水率0.5%（24h）
表2几种常用材料与复合伙料的比强度和比模量
材料名称密度g/cm3拉伸强度×104MPa弹性模量×106MPa比强度×106cm比模量×109cm
钢7.810.1020.590.130.27
铝2.84.617.350.170.26
钛4.59.4111.180.210.25
玻璃钢2.010.403.920.530.21
碳纤维/环氧树脂1.4514.7113.73
碳纤维/环氧树脂1.6104923.54
芳纶纤维/环氧树脂1.413.737.85
硼纤维/环氧树脂2.113.5320.59
硼纤维/铝2.659.8119.610.75c2
二、纤维加强环氧树脂复合伙料成型工艺简介
1、手糊成型（handlayup）
（1）概要依次在模具别处上施加
脱模剂
胶衣
一层粘度为0.3-0.4PaS的中等活性液体热固性树脂（须待胶衣凝集后）
一层纤维加强材料（玻纤、芳纶、碳纤维......），纤维加强材料有别处毡、无捻粗纱布（方格布）等几种。
以手持辊子或刷子使树脂浸渍纤维加强材料，并驱除气泡，压实基层。
铺层操作反复多次，直到达到成品的设计厚度。
树脂因聚合反响，常温固化。
可加热加快固化。
（2）原材料FgbNG^
树脂不饱和聚酯树脂、已烯基酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等。
纤维玻纤、碳纤、芳纶等。
因此厚的芳纶织物难于手工将树脂浸透，亦可用。
芯材随便率性。
（3）长处
1）合适少量临盆；
2）可室温成型，设备投资少，模具折旧费低；
3）可制造大年夜型成品和型状复杂产品；
4）树脂和加强材料可自由组合，易进行材料设计；
5）可采取加强筋局部加强，可嵌入金属件；
6）可用胶衣层获得具有自由色彩和光泽的别处（如开模成型则一面不腻滑）；
7）玻纤含量较喷射成型高。
无捻粗纱布50%阁下
织物35%-45%
短切原丝毡30%-40%
（4）缺点
1）属于劳动密集型临盆，产品德量由工人练习程度决定；;
2）玻纤含量弗成能太高；树脂须要粘度较低才易手工操作，溶剂/苯乙烯量高，力学与热机能受限制；
3）手糊用树脂分子量低；平日可能较分子量高的树脂有害于人的健康和安稳。
（5）典范产品
舰艇、风力发电机叶片、游乐设备、冷却塔壳体、建筑模型。
2、树脂传递成型（RTM）
（1）概要
RTM是一种闭模低压成型的方法。
将纤维加强材料置于高低模之间；合模并将模具夹紧；在压力下打针树脂；树脂固化后打开模具，取下产品。
树脂胶凝过程开端前，必须让树脂充斥模腔，压力促使树脂快速传递到模个内，浸渍纤维材料。
RTM是一低压体系，树脂打针压力范畴0.4-0.5MPa,当制造高纤维含量（体积比跨过50%）的成品，如航空航天用零部件时，压力甚至达0.7MPa。
纤维加强材料有时可预先在一个模具内预成型大年夜致外形（带粘结剂），再在第二个模具内打针成型。
为了进步树脂浸透纤维才能，可选择真空关心打针（VARI-vacuumsaaistedrsininjection）。
留意树脂一经将纤维材料浸透，树脂注口要封闭，以便树脂固化。
打针与固化可在室温或加热前提下进行。
模具能够复合伙料与钢材料制造。
若采取加热工艺。
宜用钢模。
（2）原材料
树脂：
一样多用环氧、不饱和聚酯、乙烯基脂及酚醛；当加温时，高温树脂台双马列来酰亚胺树脂亦可用。
法国Vetrotex公司开创了热塑性树脂RTM。
纤维：
随便率性。
常用玻纤连续毡、缝编材料（其纤维间的裂缝得于树脂传递）、无捻粗纱布；玻纤与热塑性塑料的复合纱及其织物与片材（法国Vetrotex商品名TWINTEX）。
芯材：
不消蜂窝，因蜂窝空格全被树脂填满，压力会导致其破坏。
可用耐溶剂发泡材料PU、PP、CL、VC等。
（3）长处
1）成品纤维含量可较高，未被树脂浸得部分专门少；
2）闭模成型，临盆情形好；
3）劳动强度低，对工人技巧闇练程度的要求也比手糊与喷射成型低；
4）成品两面光，可作有别处胶衣的成品，精度也比较高；
5）成型周期较短；
6）产品可大年夜型化；
7）强度可按设计要求具有偏向性；
8）可与芯村、嵌件一体成型；
9）相对打针设备与模具成本较低。
（4）缺点
1）不易制造较小产品；
2）因要承压，故模具较手糊与喷射工艺用模具要重和复杂，价位也高一些；
3）能有未被浸渍的材料，导致边角料白费。
（5）典范产品
小型飞机与汽车零部件、客车座椅、外表壳
3、纤维围绕蛮缠（FW）
（1）概要
平日采取直截了当无捻粗纱作为加强材料。
粗纱分列在纱架上。
粗纱自纱架上退绕，经由过程张力体系、树脂槽、绕丝嘴，由小车带动其来去移动并围绕蛮缠在反转展转的芯轴（模）上。
纤维围绕蛮缠角度与纤维分列密度依照强度设计，并由芯轴（模）转速与小车来去速度之比，精确地操纵。
固化后将围绕蛮缠的复合伙料成品脱模。
对某些两端密闭的产品不消脱模，芯模即包在复合伙料产品内，作为内衬。
（2）原材料
树脂：
随便率性。
环氧、不饱和聚酯、乙烯基脂及酚醛树脂。
纤维：
随便率性。
无捻粗纱、缝编和无纺织物。
临盆管罐时，常用别处毡、短切原丝作为内衬材料。
芯材：
可用。
因此复合伙料成品平日是单一壳体，一样不消。
（3）长处
1）因为纤维迳直以合理的线形铺设，承担当荷，故复合伙料成品的构造特点可专门高；
2）因为同内衬层组合，可制得耐腐化、耐压、耐热的成品；
3）可制造两端封闭的成品；
4）铺放材料快、经济、用无捻粗纱，材料费用低；
5）可采取树脂计量，然浸胶后的纤维经由过程挤胶或口模，操纵树脂含量；
6）可大年夜理临盆和主动化；
7）机械成型，复合伙料材质及偏向性平均，质量稳固。
（4）缺点
1）成品外形限于圆柱形或其它反转展转体；
2）纤维不易沿成品长度偏向精确分列；
3）关于大年夜型成品，芯模成本高；
4）成品外表不是“模制”的，不尽人意；
5）关于遭受压力的成品，如选择树脂不合适或无内衬，就易产生渗漏。
（5）典范产品'
管道、贮罐、气瓶（消防呼吸气瓶、紧缩天然气瓶等）、固体火箭发念头壳体。
4、RIM（ReactionInjectionMolding一反响打针成型）
（1）概要
将两种或两种以上的组分在混淆区低压（0.5MPa）混淆后，即在低压（0.5-1.5MPa）下打针到闭模中反响成型，此即为工艺过程。
若组分一为多元醇，一为异氰酸酯，则反响生成聚氨酯。
为增加强度，可直截了当在一种组分内行参加磨碎玻纤原丝和（或）填料。
弈可采取长纤维（如连续纤维毡、织物、复合毡、短切原丝等的预成型物等）加强，在打针前，将长纤维加强材料预先置模具内。
用此法可获得高力学机能的成品。
这种工艺称为SRIM（StructuralReactionInjectionMolding-构造反响打针成型）。
（2）原材料
树脂：
常用聚氨酯体系或聚氨酯/脲混淆体系；亦可采取环氧、尼龙、聚酯等全然；
纤维：
常用长0.2-0.4mm的磨碎玻璃纤维；
芯材：
不消。
（3）长处
1）制造成本比热塑性塑料打针工艺低；
2）可制造大年夜尺寸、开首复杂的产品；
3）固化快，适于快速临盆。
（4）缺点
采取磨碎玻璃纤维加强原料费用高，荐用矿物复合伙料代替之。
（5）重要产品
汽车外表盘、保险杠、建筑门、窗、桌、沙发、电绝缘件。
5、拉挤成型（Pultrusion）
（1）概要
重要采取玻璃纤维无捻粗纱（应用前预先放置在纱架上），它供给纵向（沿临盆线偏向）加强。
其它类型的加强有连续原丝毡、织物等，它们补偿横向加强，别处毡则用于进步成品别处质量。
树脂中可参加填料，改进型材料机能（如阻燃），并降低成本。
拉挤成型的法度榜样是
1）使玻璃纤维加强材料浸渍树脂；
2）玻璃纤维预成型落后入加热模具内，进一步浸渍（挤胶）、全然树脂固化、复合伙料定型；
3）将型材按要求长度割断。
现在已有变截面的、长度偏向呈弧型的拉挤成品成型技巧。
拉挤成型将加强材料浸渍树脂有两种方法：
胶槽浸渍法：
平日采取此法，立即加强材料经由过程树脂槽浸胶，然落后入模具。
此法设备廉价功课性好，适于不饱和聚酯树脂，乙烯基酯树脂。
注入浸渍法（图6）：
玻纤加强材料进入模具后，被注入模具内的树脂所浸渍。
此法适于凝胶时刻短、粘度高、临盆附产品的树脂基体，如酚醛、环氧、双马来酰亚胺树脂。
（2）原材料
树脂：
常用不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂；
纤维：
拉挤用玻璃纤维无捻粗纱、连续毡、缝编毡、缝编复合毡、织物、玻纤别处毡、聚酯纤维别处毡等；
芯材：
一样不消，现有以PU发泡材料为芯材，外为连续拉挤框型型材，作为保温墙板的。
（3）长处
1）典范拉挤速度0.5-2m/min，效力较高，适于大年夜批量临盆，制造长尺寸成品；
2）树脂含量可精确操纵；
3）因为纤维呈纵向，且体种比可较高（40%-80%），因而型材轴向构造特点可专门好；
4）重要用无捻粗纱加强，原材料成本低，多种加强材料组合应用，可调控成品力学机能；
5）成品德量稳固，外不雅腻滑。
（4）缺点
1）模具费用较高；
2）一样限于临盆恒定横截面的成品。
（5）典范产品
建筑屋顶横梁、椽子、门窗框架型材、墙板、石油开采抽油杆、帐篷竿、梯子、桥梁、对象把、手机微波站罩壳、汽车板簧、传动轴、电缆管、光纤光缆芯、垂纶竿、隔栅、汽车空调器罩、扩轨罩。
0}1xp*V
6、真空袋法法成型（Vacuumbagprocess）
（1）概要:
此法是手糊法与喷射法的延长。
将手糊或喷射好的积层在树脂的A时期与模具在一起，在积层上覆以橡胶袋，周边密封，在后用真空泵抽真空，积层从而受到不大年夜于1个气压的压力，而被压实、成型。
（2）原材料
树脂：
重要采取环氧树脂、酚醛树脂。
不饱和聚酯树脂与乙烯基酯树脂则因真空泵将树脂中的苯乙烯（交联剂）过度抽出，可能会造成问题，故一样不消；
纤维：
同手糊法；
芯材：
随便率性。
（3）长处
1）采取通俗的湿法铺层技巧，平日可获得高纤维含量的成品；
2）可制造大年夜尺寸产品；
3）产品两面光；
4）较湿法铺层浸胶孔隙率低；
5）因为压力，树脂流经构造纤维，纤维得以较好地浸渍树脂；
6）有利于操作人员健康和安稳；真空袋削减了固化时逸出的挥发性物质。
（4）缺点
1）额外的工艺过程增长了劳动力和袋材成本；
2）要求操作人员有较高的技巧闇练程度；
3）树脂混淆和含量操纵全然上仍旧取决于操作人员的技巧；
4）临盆效力不高。
（5）典范产品
艇、赛车、芯材粘结、飞机鼻锥雷达罩、机翼、偏向舵。
7、树脂膜熔浸成型（RFI-ResinFilmInfusion）
（1）概要
将干强物与树脂片（树脂片系放在一层脱模纸上供给）瓜代铺放在模具内。
铺层被真空袋包覆，藉真空泵抽真空，将干织物内空气抽出。
然后加热，令树脂熔化并流浸已抽出空气的织物，然后经由一事实上时刻即固化。
（2）原材料
树脂：
一样仅用环氧树脂；¬
纤维：
随便率性；
芯材：
专门多种芯材都能够应用，因为工艺过程中温度高，对PVC泡沫须要专门处理，以免泡沫破坏。
（3）长处
1）闲暇率低，可精确获得高的纤维含量；
2）铺层洁净，有利于健康和安稳（似预浸）；
3）可较预浸法成本低，此为重要的长处；
4）因为树脂仅能过织物厚度偏向传递，故树脂未浸到白斑区可较SCRIMP（西曼复合伙料公司树脂参入成型法—SeemanCompositeResinInfusionMoldingProcess）少。
（4）缺点
1）今朝仅用于宇航工业，还未推广；
2）因此宇航工业用高压釜体系产非老是须要，但加热室和真空袋体系关于复合伙料固化，老是弗成少的；
3）模具要求能经受树脂膜片的工艺温度（低温固化即需60-100ºC）；
4）要求所用芯材能经受工艺温度和压力；
（5）典范产品
飞机雷达罩、舰艇声纳整流罩。
8、预浸料（高压釜）成型
（1）概要
预先在加热、加压或应用溶剂的前提下，将织物和（或）纤维预先用预催化树脂预浸渍。
固化剂大年夜多能在情形温度下，让预浸材料贮存几周或几个月，仍能保质应用。
当要延长保持期，材料须在冷冻前提下贮存。
树脂平日在情形温度下呈临界固态。
故触摸预浸材料时有略微的黏附感，象胶带似的。
制造单向预浸渍材料的纤维直截了当由纱架下来，与树脂结合。
预浸渍材料用手或机械铺于模具别处，经由过程真空袋抽真空，并平日加热到120-180ºC。
使树脂从新流淌，并最终固化。
盛开附加压力平日藉助高压釜（实际上是一座压力加热罐）供给，它能对铺层施加达5个大年夜气压的压力。
（2）原材料
树脂：
平日用环氧树脂，不饱和聚酯树脂、酚醛树脂及高温树脂，如聚酰亚胺、氰酸酯、双马来酰亚胺树脂等；
纤维：
随便率性。
因此因为在工艺过程中，高温分对芯材有些阻碍，须要采取某些专门的泡沫芯材。
（3）长处
1）预浸材料制造人员可精确地调剂树脂/固化剂水平和树脂在纤维中的含量；能够靠得住地获得高纤维含量。
2）材料于操作人员十分安稳，无碍健康，操作洁净；
3）单向带纤维成本最低，因为毋须将纤维预先转为织物的二次加工过程；
4）因为制造过程采取可渗入渗出的高粘度树脂，树脂化学性才能学和热机能可因此最合适的；
5）材料有效时刻长（室温下可保质数月），这意味着可优化构造、复合伙料易铺层；
6）可能实现主动化和节俭劳动力。
（4）缺点
1）关于预浸织物，材料成本高；
2）平日要对高压釜固化复合伙料成品，消费大年夜、功课慢、成品尺寸受限制；
3）模具需能遭受功课温度；
4）芯材须要遭受功课温度和压力。
（5）典范产品
飞机构造复合伙料（如机翼和尾翼）、卫星与运载火箭构造件（太阳能电池基板、夹层构造板、卫星接口支架、火箭整流罩等）、赛车、活动器材（如网球拍、滑雪板等）。
9、低温固化预浸料成型
（1）概要
低温固化预浸料完全按平日的预浸料方法制备，但树脂的化学性质使其得以在60-100ºC温度下固化。
在60ºC时，材料可操作保持期可小到限于1个礼拜，但亦可延长到几个月。
树脂体系的流淌截面适于采取真空袋压力，幸免采取高压釜。
（2）材料|
树脂：
一样仅采取环氧树脂；
纤维：
随便率性，同平日的预浸料；
芯材：
随便率性，因此一样的PVC泡沫须要专门留意。
（3）长处
1）具有传统预浸料法所具备的
（1）-（6）条长处；
2）模具材料较廉价，如木材亦可用，因其固化温度较低故；
3）可轻易地制造大年夜型构造。
因为仅需真空袋压力；固化温度低，可采取简单的热空气轮回加热室（经常当场建筑大年夜于成品的加热室）
4）可采取通俗的PVC泡沫芯材，略作处理即可；
5）能耗低。
（4）缺点
1）材料成本仍高于预浸织物；
2）需加热室和真空袋体系，以固化成品；
3）模具需能经受高于情形温度的温度（常用60-100ºC）；
4）仍有能耗，因需高于情形温度固化。
（5）典范产品
高机能风力发电机叶片、赛艇、救生艇、火车用零部件。
10、SCRIMP,RIFT,VARTM
图11SCRIMP,RIFT,VARTM示意图
（1）概要
SCRIMP（SeemanCompositeInfusionMoldingProcess—西曼复合伙料公司树脂渗入渗出成型法）,RIFT（ResinInfusionumderFlexibeTooling—柔性模具树脂渗入渗出法）,VARTM（VscuumAssistedTransferMolding—真空关心树脂传递成型）这三种工艺道理类似。
将织物作为干铺层材料入模内，如同RTM。
然后覆以剥离爱护层和缝编非构造织物。
全部铺层用真空袋覆罩好。
袋无渗漏后，让树脂流到积层。
树脂专门轻易流经非构造织物而在全部铺层分布。
SCRIMP法在真空袋与铺层之间可置加压模块，利于进步制造表不雅与构造密实度。
（2）材料
树脂：
常和环氧树脂、不饱和聚酯和乙烯基酯树脂；
纤维：
随便率性种类通俗织物。
这些工艺方法缝编材料专门好用，因其间隙使得树脂快速流淌；
芯材：
除蜂窝外，各类芯材均可用。
（3）长处
1）同RTM，但成品仅一面光，不似RTM两面光；
2）因为模具一半是真空袋，主模具仅需较低强度，故模具成本甚低；
3）可制造大年夜尺寸产品；
4）平日的湿法铺层对象可改进以用于这些成型法；
5）一次功课即可临盆芯材构造。
（4）缺点
1）要完成好相对复杂的操作过程；
2）树脂粘度必须专门低，限制了成品的力学机能；
3）铺层未浸到树脂而造成的废品白费甚大年夜；
4）SCRIMP的一些工艺要素已被专利所限。
（5）典范产品
小艇半成品、列车和卡车车身面板。
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