第七节　玻璃钢的几种主要工业成型工艺过程

一、拉挤成型玻璃钢工艺

热塑性复合材料的拉挤成型工艺与热固性玻璃钢的基本相似。只要把进入模具前的浸胶方法加以改造，生产热固性玻璃钢的设备便可使用。生产热塑性复合材料拉挤产品的增强材料有两种：一种是经过浸胶的预浸纱或预浸带，另一种是未浸胶的纤维或纤维带。

1.拉挤成型工艺法的原理

拉挤工艺有一个固定的横截面形状的模具，在模具加热后，固化成型，可实现模具连续生产过程自动化。对于一个固定大小的玻璃钢产品，拉挤工艺具有明显的优越性。首先，拉挤成型工艺是一种自动连续生产技术，对比其他玻璃钢生产过程，拉挤生产效率最高；其次，拉挤产品原材料的利用率最高，一般在95%以上。此外，产品成本低，性能优良，质量稳定，外观漂亮。拉挤成型具有这些优势，其产品可以替代金属、塑料、木材、陶瓷等产品，广泛应用于化工、石油、建筑、电力、交通、市政工程等领域。

2.制作工艺过程

工艺增强材料（玻璃纤维粗纱，玻璃纤维连续毡和玻璃纤维表面毡等）在拉挤设备牵引下，在完全浸渍胶液过程中，由一系列的预制模板的合理定位，获得初始设置，最后放入加热的金属模具热固化，从而可以连续的生产表面光滑、尺寸稳定、强度高的玻璃钢型材。

3.工艺成型的设备

拉挤设备主要是拉挤成型机，成型机大致可分为水平和垂直两类。一般来说，水平拉挤机具有结构简单，操作方便，生产车间结构无特殊要求，因此它被广泛应用于拉挤工业。垂直拉挤机拉挤过程沿垂直方向，主要用于制造空心型材，由于生产的中空芯模易造成拉挤成型壁厚不均匀且局限性较大，生产产品单一，故不再使用。无论是水平或垂直的拉挤成型机，主要由进料装置、浸渍装置、成型和固化装置、牵引装置、切割装置五部分组成，对应的进程是排纱、浸渍、到模具和固化、牵引、切割。

二、卷管玻璃钢成型工艺

1.层压成型工艺

层压成型是将预浸胶布按照产品形状和尺寸进行剪裁、叠加后，放入两个抛光的金属模具之间，加温加压成型复合材料制品的生产工艺。它是复合材料成型工艺中发展较早、也较成熟的一种成型方法。该工艺主要用于生产电绝缘板和印制电路板材。现在，印制电路板材已广泛应用于各类收音机、电视机、电话机和移动电话机、电脑产品、各类控制电路等所有需要平面集成电路的产品中。

层压工艺主要用于生产各种规格的复合材料板材，具有机械化、自动化程度高、产品质量稳定等特点，但一次性投资较大，适用于批量生产，并且只能生产板材，且规格受到设备的限制。

层压工艺过程大致包括：预浸胶布制备、胶布裁剪叠合、热压、冷却、脱模、加工、后处理等工序。

2.卷管成型工艺

卷管成型工艺是用预浸胶布在卷管机上热卷成型的一种复合材料制品成型方法，其原理是借助卷管机上的热辊，将胶布软化，使胶布上的树脂熔融。在一定的张力作用下，辊筒在运转过程中，借助辊筒与芯模之间的摩擦力，将胶布连续卷到芯管上，直到达到要求的厚度，然后经冷辊冷却定型，从卷管机上取下，送入固化炉中固化。管材固化后，脱去芯模，即得复合材料卷管。

卷管成型按其上布方法的不同而可分为手工上布法和连续机械法两种。其基本过程是：首先清理各辊筒，然后将热辊加热到设定温度，调整好胶布张力。在压辊不施加压力的情况下，将引头布先在涂有脱模剂的管芯模上缠上约1圈，然后放下压辊，将引头布贴在热辊上，同时将胶布拉上，盖贴在引头布的加热部分，与引头布相搭接。引头布的长度为800～1200mm，视管径而定，引头布与胶布的搭接长度，一般为150～250mm。在卷制厚壁管材时，可在卷制正常运行后，将芯模的旋转速度适当加快，在接近设计壁厚时再减慢转速，达到设计厚度时，切断胶布。然后在保持压辊压力的情况下，继续使芯模旋转1～2圈。最后提升压辊，测量管坯外径，合格后，从卷管机上取出，送入固化炉中固化成型。

3.预浸胶布制备工艺

预浸胶布是生产复合材料层压板材、卷管和布带缠绕制品的半成品。

（1）原材料　预浸胶布生产所需的主要原材料有增强材料（如玻璃布、石棉布、合成纤维布、玻璃纤维毡、石棉毡、碳纤维、芳纶纤维、石棉纸、牛皮等）和合成树脂（如酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、有机硅树脂等）。

（2）预浸胶布的制备工艺　预浸胶布的制备是使用经热处理或化学处理的玻璃布，经浸胶槽浸渍树脂胶液，通过刮胶装置和牵引装置控制胶布的树脂含量，在一定的温度下，经过一定时间的洪烤，使树脂由A阶转至B阶，从而得到所需的预浸胶布。通常将此过程称之为玻璃的浸胶。

三、缠绕玻璃钢成型工艺

玻璃钢缠绕成型工艺是将浸过树脂胶液的连续纤维（或布带、预浸纱）按照一定规律缠绕到芯模上，然后经固化、脱模，获得制品。

根据纤维缠绕成型时树脂基体的物理化学状态不同，分为干法缠绕、湿法缠绕和半干法缠绕三种。三种缠绕方法中，以湿法缠绕应用最为普遍；干法缠绕仅用于高性能、高精度的尖端技术领域。

1.原材料

缠绕成型的原材料主要是纤维增强材料、树脂和填料。

（1）增强材料　缠绕成型用的增强材料，主要是各种纤维纱，如无碱玻璃纤维纱，中碱玻璃纤维纱，碳纤维纱，高强玻璃纤维纱，芳纶纤维纱及表面毡等。

（2）树脂基体　树脂基体是指树脂和固化剂组成的胶液体系。缠绕制品的耐热性，耐化学腐蚀性及耐自然老化性主要取决于树脂性能，同时对工艺性能、力学性能也有很大影响。缠绕成型常用树脂主要是不饱和聚酯树脂，有时也用环氧树脂和双马来酰亚胺树脂等。对于一般民用制品如管、罐等，多采用不饱和聚酯树脂。对力学性能的压缩强度和层间剪切强度要求高的缠绕制品，则可选用环氧树脂。航天航空制品多采用具有高断裂韧性与耐湿性能好的双马来酰亚胺树脂。

（3）填料　填料种类很多，加入后能改善树脂基体的某些功能，如提高耐磨性、增加阻燃性和降低收缩率等。在胶液中加入空心玻璃微珠，可提高制品的刚性，减小密度，降低成本等。在生产大口径地埋管道时，常加入30%石英砂，借以提高产品的刚性和降低成本。为了提高填料和树脂之间的粘接强度，填料要保证清洁和表面活性处理。

2.芯模

成型中空制品的内模称芯模。一般情况下，缠绕制品固化后，芯模要从制品内脱出。

芯模设计的基本要求：①要有足够的强度和刚度，能够承受制品成型加工过程中施加于芯模的各种载荷，如自重、制品重、缠绕张力、固化应力、二次加工时的切削力等；②能满足制品形状和尺寸精度要求，如形状尺寸、同心度、椭圆度、锥度（脱模）、表面光洁度和平整度等；③保证产品固化后，能顺利从制品中脱出；④制造简单，造价便宜，取材方便。

缠绕成型芯模材料分两类：①熔、溶性材料和组装式材料。熔、溶性材料是指石蜡，水溶性聚乙烯醇型砂，低熔点金属等，这类材料可用浇铸法制成空心或实心芯模，制品缠绕成型后，从开口处通入热水或高压蒸汽，使其溶、熔，从制品中流出的溶体，冷却后重复使用。②组装式芯模材料常用的有铝、钢、夹层结构、木材及石膏等。另外还有内衬材料，内衬材料是制品的组成部分，固化后不从制品中取出，内衬材料的作用主要是防腐和密封，当然也可以起到芯模作用，属于这类材料的有橡胶、塑料、不锈钢和铝合金等。

3.缠绕机

缠绕机是实现缠绕成型工艺的主要设备，对缠绕机的要求是：①能够实现制品设计的缠绕规律和排纱准确；②操作简便；③生产效率高；④设备成本低。

缠绕机主要由芯模驱动和绕丝嘴驱动两大部分组成。为了消除绕丝嘴反向运动时纤维松线，保持张力稳定及在封头或锥形缠绕制品纱带布置精确，实现小缠绕角（0°～15°）缠绕，在缠绕机上设计有垂直芯轴方向的横向进给（伸臂）机构。为防止绕丝嘴反向运动时纱带转拧，伸臂上设有能使绕丝嘴翻滚的机构。

我国20世纪60年代研制成功链条式缠绕机，70年代引进德国WE-250数控缠绕机，改进后实现国产化生产，80年代后我国引进了各种型式缠绕机40多台，经过改进后，成功自主设计制造微机控制缠绕机，并进入国际市场。

机械式缠绕机类型

（1）绕臂式平面缠绕机　其特点是绕臂（装有绕丝嘴）围绕芯模做均匀旋转运动，芯模绕自身轴线作均匀慢速转动，绕臂（即绕丝嘴）每转一周，芯模转过一个小角度。此小角度对应缠绕容器上一个纱片宽度，保证纱片在芯模上一个紧挨一个地布满容器表面。芯模快速旋转时，绕丝嘴沿垂直地面方向缓慢地上下移动，此时可实现环向缠绕，使用这种缠绕机的优点是，芯模受力均匀，机构运行平稳，排线均匀，适用于干法缠绕中小型短粗筒形容器。

（2）滚翻式缠绕机　这种缠绕机的芯模有两个摇支承，缠绕时芯模自身轴旋转，两臂同步旋转使芯模翻滚一周，芯模自转一个与纱片宽相适应的角度，而纤维纱由固定的伸臂供给，实现平面缠绕，环向缠绕由附加装置来实现。由于滚翻动作机构不宜过大，故此类缠绕机只适用于小型制品，且使用不广泛。

（3）卧式缠绕机　这种缠绕机是由链条带动小车（绕丝嘴）作往复运动，并在封头端有瞬时停歇，芯模绕自身轴作等速旋转，调整两者速度可以实现平面缠绕、环向缠绕和螺旋缠绕，这种缠绕机构造简单，用途广泛，适宜于缠绕细长的管和容器。

（4）轨道式缠绕机　轨道式缠绕机分立式和卧式两种。纱团、胶槽和绕丝嘴均装在小车上，当小车沿环形轨道绕芯模一周时，芯模自身转动一个纱片宽度，芯模轴线和水平面的夹角为平面缠绕角α。从而形成平面缠绕型，调整芯模和小车的速度可以实现环向缠绕和螺旋缠绕。轨道式缠绕机适合于生产大型制品。

（5）行星式缠绕机　芯轴和水平面倾斜成α角（即缠绕角）。缠绕成型时，芯模作自转和公转两个运动，绕丝嘴固定不动。调整芯模自转和公转速度可以完成平面缠绕、环向缠绕和螺旋缠绕。芯模公转是主运动，自转为进给运动。这种缠绕机适合于生产小型制品。

（6）球形缠绕机　球形缠绕机有4个运动轴，球形缠绕机的绕丝嘴转动，芯模旋转和芯模偏摆，基本上和绕臂式缠绕机相同，第四个轴运动是利用绕丝嘴步进实现纱片缠绕，减少极孔外纤维堆积，提高容器臂厚的均匀性。芯模和绕丝嘴转动，使纤维布满球体表面。芯模轴偏转运动，可以改变缠绕极孔尺寸和调节缠绕角，满足制品受力要求。

（7）电缆式纵环向缠绕机　纵环向电缆式缠绕机适用于生产无封头的筒形容器和各种管道。装有纵向纱团的转环与芯模同步旋转，并可沿芯模轴向往复运动，完成纵向纱铺放，环向纱装在转环两边的小车上，当芯模转动，小车沿芯模轴向作往复运动时，完成环向纱缠绕。根据管道受力情况，可以任意调整纵环向纱数量比例。

（8）新型缠管机　新型缠管机与现行缠绕机的区别在于，它是靠管芯自转，并同时能沿管长方向作往复运动，完成缠绕过程。这种新型缠绕机的优点是，绕丝嘴固定，为工人处理断头、毛丝以及看管带来很大方便；多路进纱可实现大容量进丝缠绕，缠绕速度快，布丝均匀，有利于提高产品重量和产量。玻璃钢缠绕成型的优点：①能够按产品的受力状况设计缠绕规律，使能充分发挥纤维的强度。②比强度高。一般来讲，纤维缠绕压力容器与同体积、同压力的钢质容器相比，重量可减轻40%～60%。③可靠性高。纤维缠绕制品易实现机械化和自动化生产，工艺条件确定后，缠出来的产品质量稳定、精确。④生产效率高。采用机械化或自动化生产，需要操作工人少，缠绕速度快（240m/min），故劳动生产率高。⑤成本低。在同一产品上，可合理配选若干种材料（包括树脂、纤维和内衬），使其再复合，达到最佳的技术经济效果。

玻璃钢缠绕成型的缺点：①缠绕成型适应性小，不能缠任意结构形式的制品，特别是表面有凹的制品，因为缠绕时，纤维不能紧贴芯模表面而架空；②缠绕成型需要有缠绕机，芯模，固化加热炉，脱模机及熟练的技术工人，需要的投资大，技术要求高，因此，只有大批量生产时才能降低成本，才能获得较好的技术经济效益。

四、模压玻璃钢成型工艺

模压成型工艺和模塑料成型工艺，其压制工艺和设备条件基本相同，前者采用浸胶布作为模压料，而后者采用片状、团状、散状的模压料，首先将一定量的模压料置于金属对模中，而后在一定温度和压力下成型制得所需的玻璃钢制品。这种生产成型方法，所制得的产品尺寸精确，表面光洁，可一次成型，生产效率较高，且产品质量较为稳定，适合于大批量制作各种小型玻璃钢制品。其不足之处是模具的设计和制造较为复杂，生产初期的投资较高，且制件受设备的限制较为突出。

模压成型工艺是复合材料生产中最古老而又富有无限活力的一种成型方法。它是将一定量的预混料或预浸料加入金属对模内，经加热、加压固化成型的方法。

模压成型工艺的主要优点：①生产效率高，便于实现专业化和自动化生产；②产品尺寸精度高，重复性好；③表面光洁，无须二次修饰；④能一次成型结构复杂的制品；⑤因为批量生产，价格相对低廉。

模压成型的不足之处在于模具制造复杂，投资较大，加上受压机限制，最适合于批量生产中小型复合材料制品。随着金属加工技术、压机制造水平及合成树脂工艺性能的不断改进和发展，压机吨位和台面尺寸不断增大，模压料的成型温度和压力也相对降低，使得模压成型制品的尺寸逐步向大型化发展，目前已能生产大型汽车部件、浴盆、整体卫生间组件等。

模压成型工艺按增强材料物态和模压料品种可分为如下几种：

①纤维料模压法　是将经预混或预浸的纤维状模压料，投入到金属模具内，在一定的温度和压力下成型复合材料制品的方法。该方法简便易行，用途广泛。根据具体操作上的不同，有预混料模压和预浸料模压法。

②碎布料模压法　将浸过树脂胶液的玻璃纤维布或其他织物，如麻布、有机纤维布、石棉布或棉布等的边角料切成碎块，然后在金属模具中加温加压成型复合材料制品。

③织物模压法　将预先织成所需形状的两维或三维织物浸渍树脂胶液，然后放入金属模具中加热加压成型为复合材料制品。

④层压模压法　将预浸过树脂胶液的玻璃纤维布或其他织物，裁剪成所需的形状，然后在金属模具中经加温或加压成型复合材料制品。

⑤缠绕模压法　将预浸过树脂胶液的连续纤维或布（带），通过专用缠绕机提供一定的张力和温度，缠在芯模上，再放入模具中进行加温加压成型复合材料制品。

⑥片状塑料（SMC）模压法　将SMC片材按制品尺寸、形状、厚度等要求裁剪下料，然后将多层片材叠合后放入金属模具中加热加压成型制品。

⑦预成型坯料模压法　先将短切纤维制成与成品形状和尺寸相似的预成型坯料，将其放入金属模具中，然后向模具中注入配制好的黏结剂（树脂混合物），在一定的温度和压力下成型。

模压料的品种有很多，可以是预浸物料、预混物料，也可以是坯料。当前所用的模压料品种主要有预浸胶布、纤维预混料、BMC、DMC、HMC、SMC、XMC、TMC及ZMC等品种。

1.原材料

（1）合成树脂复合材料模压制品所用的模压料要求合成树脂具有：

①对增强材料有良好的浸润性能，以便在合成树脂和增强材料界面上形成良好的黏结；

②有适当的黏度和良好的流动性，在压制条件下能够和增强材料一道均匀地充满整个模腔；

③在压制条件下具有适宜的固化速率，并且固化过程中不产生副产物或副产物少，体积收缩率小；

④能够满足模压制品特定的性能要求。

按以上的选材要求，常用的合成树脂有：不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、呋喃树脂、有机硅树脂、聚丁二烯树脂、烯丙基酯、三聚氰胺树脂、聚酰亚胺树脂等。为使模压制品达到特定的性能指标，在选定树脂品种和牌号后，还应选择相应的辅助材料、填料和颜料。

（2）增强材料　模压料中常用的增强材料主要有玻璃纤维开刀丝、无捻粗纱、有捻粗纱、连续玻璃纤维束、玻璃纤维布、玻璃纤维毡等，也有少量特种制品选用石棉毡、石棉织物（布）和石棉纸以及高硅氧纤维、碳纤维、有机纤维（如芳纶纤维、尼龙纤维等）和天然纤维（如亚麻布、棉布、煮炼布、不煮炼布等）等品种。有时也采用两种或两种以上纤维混杂料作增强材料。

（3）辅助材料　一般包括固化剂（引发剂）、促进剂、稀释剂、表面处理剂、低收缩添加剂、脱模剂、着色剂（颜料）和填料等辅助材料。　

2.模压料的制备

以玻璃纤维（或玻璃布）浸渍树脂制成的模压料为例，其生产工艺可分为预混法和预浸法两种。

（1）预混法　先将玻璃纤维切割成30～50mm的短切纤维，经蓬松后在捏合机中与树脂胶液充分捏合至树脂完全浸润玻璃纤维，再经烘干（晾干）至适当黏度即可。其特点是纤维松散无定向，生产量大，用此法生产的模压料比容大，流动性好，但在制备过程中纤维强度损失较大。　

（2）预浸法　纤维预浸法是将整束连续玻璃纤维（或布）经过浸胶、烘干、切短而成。其特点是纤维成束状，比较紧密，制备模压料的过程中纤维强度损失较小，但模压料的流动性及料束之间的相容性稍差。

SMC、BMC、HMC、XMC、TMC及ZMC生产技术

片状模压料（sheet molding compound， SMC）是由树脂糊浸渍纤维或短切纤维毡，两边覆盖聚乙烯薄膜而制成的一类片状模压料，属于预浸毡料范围。是目前国际上应用最广泛的成型材料之一。

SMC是用不饱和聚酯树脂、增稠剂、引发剂、交联剂、低收缩添加剂、填料、内脱模剂和着色剂等混合成树脂糊浸渍短切纤维粗纱或玻璃纤维毡，并在两面用聚乙烯或聚丙烯薄膜包覆起来形成的片状模压料。SMC作为一种发展迅猛的新型模压料，具有许多特点：①重现性好，不受操作者和外界条件的影响；②操作处理方便；③操作环境清洁、卫生，改善了劳动条件；④流动性好，可成型异形制品；⑤模压工艺对温度和压力要求不高，可变范围大，可大幅度降低设备和模具费用；⑥纤维长度40～50mm，质量均匀性好，适宜于压制截面变化不大的大型薄壁制品；⑦所得制品表面光洁度高，采用低收缩添加剂后，表面质量更为理想；⑧生产效率高，成型周期短，易于实现全自动机械化操作，生产成本相对较低。

SMC作为一种新型材料，根据具体用途和要求的不同又发展出一系列新品种，如BMC、TMC、HNC、XMC等。

①团状模压料（bulk molding compound，BMC）　其组成与SMC极为相似，是一种改进型的预混团状模压料，可用于模压和挤出成型。两者的区别仅在于材料形态和制作工艺上。BMC中纤维含量较低，纤维长度较短，约6～18mm，填料含料较大，因而BMC制品的强度比SMC制品的强度低，BMC比较适合于压制小型制品，而SMC适合于大型薄壁制品。

②厚片状模压料（thick molding compound， TMC）　其组成和制作与SMC相似，厚达50mm。由于TMC厚度大，玻璃纤维能随机分布，改善了树脂对玻璃纤维的浸润性。此外，该材料还可以采用注射和传递成型。

③高强度模压料（hight molding compound，HMC）　和高强度片状模压料XMC主要用于制造汽车部件。HMC中不加或少加填料，采用短切玻璃纤维，纤维含量为65%左右，玻璃纤维定向分布，具有极好的流动性和成型表面，其制品强度约是SMC制品强度的3倍。XMC用定向连续纤维，纤维含量达70%～80%，不含填料。

④ZMC　ZMC是一种模塑成型技术，ZMC三个字母并无实际含义，而是包含模塑料、注射模塑机械和模具三种含义。ZMC制品既保持了较高的强度指标，又具有优良的外观和很高的生产效率，综合了SMC和BMC的优点，获得了较快的发展。

3. SMC的原材料

SMC的原材料由合成树脂、增强材料和辅助材料三大类组成。

（1）合成树脂　合成树脂为不饱和聚酯树脂，不同的不饱和树脂对树脂糊的增稠效果、工艺特性以及制品性能、收缩率、表面状态均有直接的影响。SMC对不饱和聚酯树脂有以下要求：①黏度低，对玻璃纤维浸润性能好；②同增稠剂具有足够的反应性，满足增稠要求；③固化迅速，生产周期短，效率高；④固化物有足够的热态强度，便于制品的热脱模；⑤固化物有足够的韧性，制品发生某些变形时不开裂；⑥较低的收缩率。

（2）增强材料　增强材料为短切玻璃纤维粗纱或原丝。在不饱和聚酯树脂模塑料中，用于SMC的增强材料目前只有短切玻璃纤维毡，而用于预混料的增强材料比较多，有短切玻璃纤维、石棉纤维、麻和其他各种有机纤维。在SMC中，玻璃纤维含量可在5%～50%之间调节。

（3）辅助材料　辅助材料包括固化剂（引发剂）、表面处理剂、增稠剂、低收缩添加剂、脱模剂、着色剂、填料和交联剂。

4. SMC的制备工艺

SMC生产的工艺流程主要包括树脂糊制备、上糊操作、纤维切割沉降及浸渍、树脂稠化等过程。

（1）树脂糊的制备及上糊操作　树脂糊的制备有两种方法——间歇法和连续法。间歇法程序如下：①将不饱和聚酯树脂和苯乙烯倒入配料釜中，搅拌均匀；②将引发剂倒入配料釜中，与树脂和苯乙烯混匀；③在搅拌作用下加入增稠剂和脱模剂；④在低速搅拌下加入填料和低收缩添加剂；⑤搅拌至配方所列各组分分散为止，停止搅拌，静置待用。连续法是将SMC配方中的树脂糊分为两部分，即增稠剂、脱模剂、部分填料和苯乙烯为一部分，其余组分为另一部分，分别计量、混匀后，送入SMC机组上设置的相应贮料容器内，在需要时由管路计量泵计量后进入静态混合器，混合均匀后输送到SMC机组的上糊区，再涂布到聚乙烯薄膜上。

（2）浸渍和压实　经过涂布树脂糊的下承载薄膜在机组的牵引下进入短切玻璃纤维沉降室，切割好的短切玻璃纤维均匀沉降在树脂糊上，达到要求的沉降量后，随传动装置离开沉降室，并和涂布有树脂糊的上承载薄膜相叠合，然后进入一系列错落排列的辊阵中，在张力和辊的作用下，下、上承载薄膜将树脂糊和短切玻璃纤维紧紧压在一起，经过多次反复，使短切玻璃纤维浸渍树脂并赶走其中的气泡，形成密实而均匀的连续SMC片料。

五、喷射成型工艺

喷射成型工艺是手糊成型的改进，半机械化程度。喷射成型技术在复合材料成型工艺中所占比例较大，如美国占9.1%，西欧占11.3%，日本占21%。目前国内用的喷射成型机主要是从美国进口。

（1）喷射成型工艺原理及优缺点

喷射成型工艺是将混有引发剂和促进剂的两种聚酯分别从喷枪两侧喷出，同时将切断的玻纤粗纱，由喷枪中心喷出，使其与树脂均匀混合，沉积到模具上，当沉积到一定厚度时，用辊轮压实，使纤维浸透树脂，排除气泡，固化后成制品。

喷射成型的优点：①用玻纤粗纱代替织物，可降低材料成本；②生产效率比手糊高2～4倍；③产品整体性好，无接缝，层间剪切强度高，树脂含量高，抗腐蚀、耐渗漏性好；④可减少飞边，裁布屑及剩余胶液的消耗；⑤产品尺寸、形状不受限制。

其缺点为：①树脂含量高，制品强度低；②产品只能做到单面光滑；③污染环境，有害工人健康。

喷射成型效率达15kg/min，故适合于大型船体制造。已广泛用于加工浴盆、机器外罩、整体卫生间、汽车车身构件及大型浮雕制品等。

（2）生产准备

场地　喷射成型场地除满足手糊工艺要求外，要特别注意环境排风。根据产品尺寸大小，操作间可建成密闭式，以节省能源。

材料准备　原材料主要是树脂（主要用不饱和聚酯树脂）和无捻玻纤粗纱。

模具准备　准备工作包括清理、组装及涂脱模剂等。

喷射成型设备　喷射成型机分压力罐式和泵供式两种：

①泵式供胶喷射成型机，是将树脂引发剂和促进剂分别由泵输送到静态混合器中，充分混合后再由喷枪喷出，称为枪内混合型。其组成部分为气动控制系统、树脂泵、助剂泵、混合器、喷枪、纤维切割喷射器等。树脂泵和助剂泵由摇臂刚性连接，调节助剂泵在摇臂上的位置，可保证配料比例。在空压机作用下，树脂和助剂在混合器内均匀混合，经喷枪形成雾滴，与切断的纤维连续地喷射到模具表面。这种喷射机只有一个胶液喷枪，结构简单，重量轻，引发剂浪费少，但因系内混合，使完后要立即清洗，以防止喷射堵塞。

②压力罐式供胶喷射机是由两个树脂罐、管道、阀门、喷枪、纤维切割喷射器、小车及支架组成。工作时，接通压缩空气气源，使压缩空气经过气水分离器进入树脂罐、玻纤切割器和喷枪，使树脂和玻璃纤维连续不断地由喷枪喷出，树脂雾化，玻纤分散，混合均匀后沉落到模具上。这种喷射机是树脂在喷枪外混合，故不易堵塞喷枪嘴。

（3）喷射成型工艺控制

喷射工艺参数选择：

①树脂含量　喷射成型的制品中，树脂含量控制在60%左右。

②喷雾压力　当树脂黏度为0.2Pa·s，树脂罐压力为0.05～0.15MPa时，雾化压力为0.3～0.55MPa，方能保证组分混合均匀。

③喷枪夹角　不同夹角喷出来的树脂混合交距不同，一般选用20°夹角，喷嘴的距离为350～400mm。改变距离，要调整高速喷枪夹角，保证各组分在靠近模具表面处交集混合，防止胶液飞失。

喷射成型应注意事项：

①环境温度应控制在（25±5）℃，过高，易引起喷枪堵塞；过低，混合不均匀，固化慢。

②喷射机系统内不允许有水分存在，否则会影响产品质量。

③成型前，模具上先喷一层树脂，然后再喷树脂纤维混合层。

④喷射成型前，先调整气压，控制树脂和玻纤含量。

⑤喷枪要均匀移动，防止漏喷，不能走弧线，两行之间的重叠小于1/3，要保证覆盖均匀和厚度均匀。

⑥喷完一层后，立即用辊轮压实，要注意棱角和凹凸表面，保证每层压平，排出气泡，防止带起纤维造成毛刺。

⑦每层喷完后，要进行检查，合格后再喷下一层。

⑧最后一层要喷薄些，使表面光滑。

⑨喷射机用完后要立即清洗，防止树脂固化，损坏设备。

六、挤出成型玻璃钢工艺

挤出成型是热塑性复合材料制品生产中应用较广的工艺之一。其主要特点是生产过程连续，生产效率高，设备简单，技术容易掌握等。挤出成型工艺主要用于生产管、棒、板及异型断面型等产品。增强塑料管玻纤增强门窗异型断面型材，在我国有很大市场。这里不作详细介绍 。

七、注射成型玻璃钢

注射技术是针对我国玻璃钢行业现状研制而成的一种新型成型工艺技术。真空-压力注射工艺，是一种闭模模塑工艺。它是在阳模和阴模间铺放好玻纤增强材料，闭模后抽真空，并在压力下将液态树脂注入模腔，使其浸透玻璃纤维，然后固化成型。由于这种工艺可直接密闭模塑，因而制品内外表面光洁，壁厚公差小，并且能减少有害物质对操作者的接触，改善劳动条件。

国外自20世纪60年代开始，对真空-压力注射工艺进行了深入的研究，并取得了较快的进展。尤其在客机和战斗机机头雷达罩等方面，获得了很好的效果。我国一些材料研究所，也早在70年代开始，结合国情，研究开发真空-压力注射工艺，并在民用品开发方面，收到了良好的效果。

1.真空-压力注射工艺的特点

首先，该工艺成型制品的空隙率较小，一般在0.2%以下，并且由于不须进行机加工，减少了玻璃钢表面的吸水途径，因此制品的吸水率较低。据层压板水泡试验结果，真空-压力注射制品的吸水率为0.04%，而手糊制品的吸水率为0.12%～0.50%，模压制品的吸水率为0.38%～0.39%，酚醛压制工艺制品的吸水率为0.45%～1.70%。

该成型工艺由于闭模后模腔空间一定，因而可严格控制树脂含量，实践证明，层合板及其制品树脂含量的精度在±1.5%以内。

其制品的表面质量好，光洁度高，尺寸稳定性和重复性好，根据对层压板厚度实测平均误差，均小于0.1mm。

2.真空-压力注射成型工艺过程

该工艺过程，包括检查模具、涂胶模剂、玻璃布套缝合、合模、检查模具气密性、抽真空、配胶、压注、固化、脱模等工序。由于模腔要抽真空，因此模具在铸造时必须保证无砂眼，加工好的模具应仔细检查，对漏气的地方要进行局部修理，成型前需清理模具，除去油污和尘土，然后才喷涂脱模剂，合模后，还须认真检查气密情况。玻璃纤维布或编织套，套在阴模上后，为防止松动，尚须扎紧，合模后需要升温至70℃，在减压下进行干燥，而后降温至50℃保持一定的时间。

该工艺所用的树脂，除要求有合适的黏度外，尚须要求树脂的凝胶时间要比压注时间至少多5h以上。配胶时，将树脂、固化剂及其他助剂，按一定比例先后加入到树脂混合釜内，经充分搅拌均匀后，接通真空系统，抽去树脂内的气泡，加热到注入温度50℃左右。然后，利用压力或泵，将树脂混合物从模具下部压入模腔，当模具上部流出胶液时，表明树脂已充满模腔，可停止压注，封住出胶口。

按固化制度进行固化及后处理，冷却至室温后脱模。

3.真空-压力注射成型工艺影响因素

该工艺成型方法所用树脂的黏度，直接影响注射压力和生产周期。当树脂黏度较高时，要求注射压力相应增加。树脂黏度太高时，必然要求提高树脂输送管道和模具的耐压程度，从而增加了系统和模具的设计和加工的难度。另外，黏度增加后，注满模腔的时间加长，生产效率相应地也会有所降低。

真空-压力注射成型工艺对模具的要求也十分严格。模具的刚性和内腔偏差太小，均对制品的质量有较大的影响。模具刚性小，在压注过程中会引起模具尺寸的变化，从而导致产品中树脂和纤维的含量不均匀，使制品变形。另外，增强材料的铺层密度均匀与否，对制品的质量也会有很大的影响。

4.真空-压力注射工艺的开发应用

由于该工艺制品性能较为优异，与手糊、压制工艺相比，其拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量、层间剪切强度、挤压强度等性能指标，均有所提高，因此具有很大的开发前景。

该工艺与国外RTM工艺相比，具有独到之处。例如，美国维纳斯设备采用液压注射工艺，利用泵输送胶液，要求树脂黏度在0.5Pa·s（500厘泊）以下，超过时成型很困难。而真空-注射工艺对树脂黏度要求不严，在30Pa·s以下都可以，最宜范围为0.2～5Pa·s，国产的不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基酯树脂均可适用。

又如，国外RTM工艺所用的增强材料，是连续纤维毡、短切纤维毡、无捻粗纱布、预成型坯或表面毡等，尤以连续纤维毡应用最广。短切纤维毡和无捻粗纱布，由于变形及仿形能力差，通常只能用于制备平板以及形状简单的制品。我国连续纤维毡、短切纤维毡的产量、质量、品种等，目前均存在一些问题，为此近些年来引进的维纳斯液压注射成型机，多数未能发挥设备的作用。而这种真空-压力注射成型工艺所用的增强材料，是国内产量较高的平纹、斜纹玻纤布、无捻粗纱布以及玻纤编织套等，完全适合我国国情，宜于推广使用。

再如，在产品性能方面，国外RTM工艺制品的含胶量在60%以上，其力学性能与手糊相仿，但真空-压力注射工艺的树脂含胶量在30%～42%，故其力学性能较为优异。

这种真空-压力注射工艺已成功地开发了多种制品，例如，雷达罩、天线、风扇叶片、管道、农用喷雾器等。另外，在发动机叶片、头盔、建筑壁板、贮油罐、汽车部件、座椅、浴盆，以及冲浪板、舢板、滑雪板等方面，也有很大的开发应用前景。

八、注射模塑玻璃钢工艺

注射模塑成型是热塑性塑料成型的一种重要方法。除少数几种以外，几乎所有热塑性塑料都可以用此法成型，某些热固性塑料也可用注射模塑成型。

注射模塑成型方法的特点是能够一次成型形状复杂和尺寸要求精确并带有金属或非金属嵌件的塑料制品，能适应品种繁多的塑料材料，成型周期短，生产效率高，容易实现全过程的微电脑控制。

1.注射成型工艺过程

注射成型过程可分为加料、塑化、注射入模、保压、冷却和脱模6个步骤，注射成型过程实质上是塑料材料的塑化、流动和冷却过程。

塑化是指塑料进入料筒内经加热软化到流动状态并具有良好可塑性的过程。

流动与冷却是指柱塞或螺杆推动具有流动性的塑料熔体注入模腔开始，经熔体在模腔内流动注满型腔，在保持一段压力后，再经冷却固化定型，直到制品从模腔内脱出为止的全过程。

塑料熔体在模腔内的流动情况可分为四个阶段：充模、压实、倒流和浇口冻结后的冷却。模腔内压力高于流道内压，从而造成了模腔中心尚未熔化的塑料熔体倒流。

2.注射成型的前后处理

为了使注射过程顺利进行，并保证产品质量，除了对模具和设备做好准备外，还须对制品的原料和嵌件进行前处理，对成型后的制品进行后处理。

（1）原料的预处理　成型前，为使注射过程顺利进行和保证产品质量，须对原料（粒料）进行干燥处理。例如利用热风循环烘箱或红外线加热烘箱干燥。

（2）嵌件的预热　塑料制品内常有金属嵌件，为了保证塑料与嵌件结合牢固，防止嵌件周围塑料出现裂纹，须预先对嵌件进行加热，以减少金属嵌件和塑料热收缩率差别的影响。预热温度以不损伤金属表面的镀层为限，常为110～140℃，对表面无涂层的铝或铜合金件，可预热到150℃左右。

（3）料筒的清洗　当变换塑料种类和颜色以及发现塑料中有分解现象时，都需要对注射机的料筒进行清洗或拆换。

（4）脱模剂的选用　除聚酰胺塑料外的一般塑料均可用硬脂酸锌，而聚酰胺类塑料可用液体石蜡。对于硅油，各种塑料均可选用。无论用哪一种脱模剂都应适量，过少效果差，过多则影响外观和强度，透明件上会出现毛斑或混浊现象。

九、连续波板玻璃钢工艺

玻璃钢波形板是建筑工业中用量最大的一种产品。常见的生产技术有手糊和喷射成型，但是存在诸多问题。始于法国的波形瓦连续生产技术陆续在欧美、日本工业化。本文对玻璃钢波形板（波形瓦）连续制板生产工艺的工艺过程及相关的原材料进行了简要介绍。

玻璃钢波形板是建筑工业中用量最大的一种产品。主要用于临时建筑工程、工业建筑的屋顶采光及农业温室。与传统的石棉瓦相比，具有重量轻、强度高、耐腐、抗冲击、透光及美观耐久等特点。

玻璃钢波形板分为纵波板和横波板两类，纵波板的波纹方向平行于板的长边，横波板的波纹方向垂直于板的长边。就波纹形状而言，有标准型连续圆弧波，连续异形波纹和不连续异形波纹。

1.波形板连续制板工艺

玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂波形板（波形瓦）和平板，常见的生产技术有手糊和喷射成型，但是存在厚度不均匀、气泡、生产效率低等问题。

连续制板成型技术是由制毡、树脂浸渍、凝胶成型、固化、切割、水洗、烘干等环节组成。这些环节都是由生产线连续完成的，从生产线的一端连续加入玻璃纤维、树脂、催化剂、促进剂；从生产线的另一端切割得到所需要的产品。

玻璃钢波形板（波形瓦）连续生产工艺技术采用的玻璃纤维制品分为两种：一种以无捻粗纱为原料在生产线上直接制毡；另一种是采用玻璃纤维毡为原料进行生产。以无捻粗纱为原料的生产技术复杂，但由于采用专用玻璃纤维纱特殊的分散技术，所以比采用玻璃纤维毡的产品透光率（采光板）、外观好，而且生产成本低。美国Filon技术就是这种工艺技术的代表。目前世界上已有十几条采用Filon技术的生产线。

目前世界各国的连续生产机组都大同小异，其主要发展趋势是提高生产效率，发展多品种、多规格的大宽幅产品。美国菲隆玻璃钢波形板机组，可在同一条生产线上生产几十种不同断面形状的板材。日本则有生产2米以上板材的连续机组。

2.连续制板成型工艺过程

（1）下薄膜开卷　在牵引作用下移动，树脂从高位槽中流入配科桶。当与其他组分均匀混合后，经滤网过滤流至下薄膜。树脂胶液在刮刀的作用下，在薄膜上形成一层均匀的胶液层。涂好胶液的薄膜继续移动，进入沉降室。无捻粗纱，通过四辊切割机切成定长纤维后，通过吹风口变为松散状自由落撒在胶液层上，形成均匀的短切纤维毡。为了增加毡的强度和防止短切纤维牵动，在毡上应铺置数条纵向连续纤维。

（2）覆盖上薄膜　在数排钢丝刷的作用下，经过几道压辊和刮板，纤维毡被树脂浸渍并排除其中的气泡而形成夹层玻璃毡预浸带——“夹芯带”。“夹芯带”移动经过成型模板，逐渐形成所要求的波纹。在波纹预成型后，经装有红外灯辐射加热的预热炉，使其预热后进入稳型固化区。稳型固化区设有三段加热炉。经稳型固化后，由卷取机构将上、下覆盖的薄膜收回，供下次重复使用。制品的水平运动是由牵引来完成的。最后由横向切割装置和纵向切割装置将连续的波板割成一定长度和宽度的制品。

3.连续制板成型工艺原材料及参数

（1）原材料的选择　原材料选择主要根据产品的使用要求而定，根据国内情况，通用型波形板多采用191#不饱和聚酯和中碱玻璃纤维；透明波板多采用195#不饱和聚酯树脂及无碱玻璃纤维。玻璃纤维浸润剂多采用增强型浸润剂。

（2）胶液的参考配方　生产玻璃钢波形板的参考配方如下（质量比）：

191#不饱和聚酯树脂　　　　　　　100份

50%过氧化环己酮的二丁酯糊　　　1～2份

50%过氧化二苯甲酰的二丁酯糊　　1～2份

1%萘酸钴的苯乙烯溶液　　　　　　0.3～1份

颜料糊　　　　　　　　　　　　　0.2份

为改善产品表面的耐磨损性能和抗老化性能，在制品的表面附上一层0.20mm左右的胶衣树脂。

（3）固化温度的确定　对不饱和聚酯树脂而言，不同的配方，应采用不同的固化制度。在生产之前要做出不同树脂的放热固化曲线，供确定固化温度时参考，就191#不饱和聚酯树脂的配方而言，采用80～90℃为宜。一般分三段温度区加以控制。

（4）固化炉的加热方式　在第一段炉中，由于树脂受热后有大量的可燃气体逸出，为避免火灾，一般不采用电阻丝加热，而采用电热管或蒸汽加热比较安全。炉体上部应有排风除尘设备。后两段可采用强制循环热空气加热，以保证炉内温度场均匀。