谁知道玻璃钢的生产技术和工艺？请给我一些建议。谢谢大家！

一.前言

与传统材料相比，复合材料具有一系列不可替代的特点，自第二次占领以来发展迅速。虽然产量不大(据法国Vetrotex公司统计，2003年全球复合材料达到700万吨)，但复合材料水平是衡量一个国家或地区科技和经济水平的标志之一。美国、日本、西欧水平较高。北美和欧洲分别占全球产量的33%和32%，亚洲，主要是中国(包括台湾省)和日本，占30%。2003年，中国大陆的玻璃钢(玻璃纤维和树脂复合材料，俗称“玻璃钢”)产量超过90万吨，居世界第二位(美国2003年为654.38+0.69万吨，日本不到70万吨)。

复合材料主要由增强材料和基体材料组成:

增强材料:通过在复合材料中不形成连续相而赋予复合材料的主要机械性能，例如FRP中的玻璃纤维和CFRP中的碳纤维(碳纤维增强塑料)是增强材料。

基体:构成复合材料连续相的单一材料，如玻璃钢(GRP)中的树脂(本文提到的环氧树脂)就是基体。y

根据基体材料的不同，复合材料可分为三类:

树脂复合材料

金属基复合材料

无机非金属基复合材料，例如陶瓷基复合材料。

本文讨论了环氧树脂基复合材料。

1，为什么用环氧树脂做基体？

固化收缩率低，只有1%-3%，而不饱和聚酯树脂高达7%-8%；

附着力强；

b阶段，有利于生产过程；

可在低压下固化，具有非常低的挥发性；

固化后具有良好的机械性能、耐化学性和电绝缘性。

值得指出的是，环氧树脂比酚醛树脂和不饱和聚酯树脂具有更好的耐有机溶剂和耐碱性，但耐酸性较差。固化后一般比较脆，韧性差。

2.环氧玻璃钢的性能(根据ASTM)

以FW(纤维缠绕)法制造的玻璃纤维增强环氧树脂产品为例，与钢进行对比。

表1 GF/EPR与钢性能的比较

玻璃含量GF/EPR(玻璃纤维含量80wt%) AISI1008冷轧钢。

相对密度2.08-7.86伏

抗拉强度551.6Mpa 331.0MPa

拉伸模量为27.58GPa 206.7GPa。

伸长率1.6% 37.0%

抗弯强度为689.5MPa

弯曲模量为34.48GPa

抗压强度31.3 MPa 331.0 MPa

悬臂冲击强度2385J/m

可燃性(UL-94) V-O

比热容535J/kg？k 233J/kg？k

膨胀系数为4.0×10-6k-1 6.7×10-6k-1。

热变形温度204？c(1.82兆帕)

导热系数1.85W/m？k 33.7W/m？k

介电强度为11.8× 106V/m

吸水率0.5%(24小时)

表2几种常见材料和复合材料的比强度和比模量

材料名称密度g/cm3抗拉强度×104MPa弹性模量×106MPa比强度×106cm比模量×109cm。

钢7.8 10.10 20.59 0.13 0.27

铝2.8 4.61 7.35 0.1 7 0.26

钛4.5 9.41.1.1.1.80.21.25

玻璃钢2.0 10.40 3.92 0.53 0.5438+0

碳纤维/环氧树脂1.45 14.71 13.73

碳纤维/环氧树脂1.6 1049 23.54

芳纶纤维/环氧树脂1.4 13.73 7.85

硼纤维/环氧树脂2.1.13.53 20.59

硼纤维/铝2.65 9.81.1.9 4438+0.75 C2

二、纤维增强环氧树脂复合材料成型工艺。

1，手上篮。

(1)汇总依次应用于模具表面。

脱模

凝胶涂层

一层中等活性的液体热固性树脂，粘度为0.3-0.4PaS(胶衣固化后)。

一层纤维增强材料(玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维...)，其中包括面毡、无捻粗纱布(格子布)等。用手持滚筒或刷子用树脂浸渍纤维增强材料，并驱除气泡以压实基层。分层操作重复多次，直至达到产品的设计厚度。

由于聚合作用，树脂在室温下固化。可以加热以加速固化。

(2)原材料f gb ng

树脂不饱和聚酯树脂、己烯酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等。

玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等。虽然厚的芳纶织物很难手工浸渍树脂，但也可以使用。

核心材料是任意的。

(3)优势

1)适合小规模生产；

2)可在室温下成型，设备投资少，模具折旧费用低；

3)可以制造大型产品和复杂产品；

4)树脂和增强材料可以自由组合，材料设计容易；

5)可采用局部加固，可预埋金属件；

6)使用胶衣层可以获得自由色泽的表面(开模的话，一面不光滑)；

7)玻璃纤维含量高于喷射成型。

无捻粗纱布约占50%

35%-45%的面料

30-40%短切原丝毡

(4)缺点

1)属于劳动密集型生产，产品质量由工人的培训水平决定；；

2)玻璃纤维含量不能太高；树脂需要低粘度以便于手动处理，并且溶剂/苯乙烯的量高，这限制了其机械和热性能。

3)手糊用树脂分子量低；一般分子量较大的树脂可能对人的健康和安全有害。

(5)典型产品

船舶、风力发电机叶片、游乐设备、冷却塔外壳、建筑模型。

2.树脂传递模塑(RTM)

(1)汇总

RTM是一种闭模低压成型方法。

将纤维增强材料放置在上模和下模之间；合模并夹紧模具；在压力下注射树脂；树脂固化后，打开模具，取出产品。

在树脂的凝胶化过程开始之前，树脂必须被填充到模腔中，并且压力促使树脂快速转移到模具中以浸渍纤维材料。

RTM是低压系统，树脂的注射压力在0.4-0.5MPa到0.5MPa之间。制造高纤维含量(体积比超过50%)的产品时，如航空航天零件，压力甚至达到0.7MPa。

纤维增强材料有时可以预先在一个模具中(用粘合剂)预成型，然后注射到第二个模具中。可以选择可变真空树脂注射来提高树脂浸渍纤维的能力。

注意，一旦纤维材料被树脂饱和，树脂注射口应该关闭，以便树脂可以固化。注射和固化可以在室温或加热条件下进行。模具可以由复合材料和钢铁材料制成。如果使用加热过程。应该使用钢模。

(2)原材料

树脂:一般采用环氧、不饱和聚酯、乙烯基酯、酚醛树脂；加热时，高温树脂也可用作双马来酰亚胺树脂。

法国Vetrotex公司开发了热塑性树脂RTM。

纤维:任何。常用的玻璃纤维连续毡、缝合材料(纤维之间的空隙是由树脂转移得到的)和无捻粗纱布；玻璃纤维和热塑性塑料的复合纱线及其织物和片材(Vetrotex商标名TWINTEX，法国)。

芯材:不需要蜂窝，因为蜂窝空间都被树脂填充，压力会导致其破坏。可以使用PU、PP、CL、VC等耐溶剂发泡材料。

(3)优势

1)产品的纤维含量可以很高，不被树脂浸透的部分很小；

2)闭模成型，生产环境好；

3)劳动强度低，对工人技术熟练程度的要求低于手糊和喷射成型；

4)产品双面抛光，可以作为表面有胶衣的产品，精度也比较高；

5)成型周期短；

6)产品可以放大；

7)强度可根据设计要求定向；

8)它可以与芯部和插入件一体形成；

9)与注塑设备和模具相比，成本更低。

(4)缺点

1)不容易做更小的产品；

2)因为压力的原因，模具比手糊和喷涂工艺用的模具更重更复杂，价格也更高；

3)可能存在未浸渍的材料，导致废料的浪费。

(5)典型产品

小型飞机和汽车零件、公共汽车座椅、仪器外壳。

3.纤维缠绕

(1)汇总

直接无捻粗纱通常用作增强材料。粗纱设置在筒子架上。粗纱从筒子架上退绕下来，经过张力系统、树脂罐和卷绕喷嘴，由小车驱动往复运动，卷绕在旋转的心轴(模具)上。纤维缠绕角度和纤维排列密度根据强度设计，由锭子(模具)速度与台车往复速度的比值精确控制。固化后将缠绕好的复合产品脱模。

对于一些端部封闭的产品，不需要脱模，芯模包裹在复合材料产品中作为内衬。

(2)原材料

树脂:任何。环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂和酚醛树脂。

纤维:任何。无捻粗纱、缝线和无纺布。当生产管和罐时，表面毡和短切原丝经常用作衬里材料。

核心材料:可用。复合材料产品虽然通常是单壳，但一般不使用。

(3)优势

1)由于纤维以合理的线形铺设并承受载荷，复合材料制品的结构特性可以很高；

2)由于与内衬结合，可以制成耐腐蚀、耐压、耐热的产品；

3)可以制造端部封闭的产品；

4)铺料快速经济，无捻粗纱，材料成本低；

5)树脂可用于计量，然后通过挤出或模具控制浸渍纤维的树脂含量；

6)可在大理生产和自动化；

7)机械成型，复合材料材质和方向性均匀，质量稳定。

(4)缺点

1)产品的形状限于圆柱形或其他回转体；

2)纤维不易沿产品长度方向准确排列；

3)对于大型产品，芯棒成本高；

4)成品外观没有“成型”，不尽如人意；

5)对于受压的产品，如果树脂不合适或者没有内衬，很容易漏气。

(5)典型产品

管道、储罐、气瓶(消防呼吸气瓶、压缩天然气气瓶等)。)，固体火箭发动机外壳。

4.反应注射成型

(1)汇总

将两种或两种以上的组分在混合区低压(0.5MPa)混合，然后在低压(0.5-1.5MPa)下注射到封闭的模具中反应成型，即工艺过程。如果第一组分是多元醇，第二组分是异氰酸酯，反应将产生聚氨酯。为了增加强度，可以将磨碎的玻璃纤维前体和/或填料直接添加到一个部件中。该机器可以通过长纤维(例如连续纤维毡、织物、复合毡、短切原丝的预制品等)来增强。)，并且在注射前将长纤维增强材料预先放置在模具中。通过这种方法可以获得具有高机械性能的产品。这个过程被称为SRIM(结构反应注射成型)。

(2)原材料

树脂:常用聚氨酯体系或聚氨酯/尿素混合体系；也可以用环氧、尼龙、聚酯等基本的；

纤维:常用的毛玻璃纤维，长度为0.2-0.4mm；

核心材料:没有。

(3)优势

1)制造成本低于热塑性注塑工艺；

2)可以制造具有复杂开端的大型产品；

3)固化快，适合快速生产。

(4)缺点

使用磨玻璃纤维增强原料价格昂贵，建议用矿物复合材料代替。

(5)主要产品

汽车仪表板、保险杠、建筑门、窗、桌子、沙发、电绝缘。

5.拉挤成型

(1)汇总

主要使用玻璃纤维粗纱(使用前提前放在筒子架上)，提供纵向增强(沿生产线方向)。

其他类型的增强材料包括连续的前体毡、织物等。，即补充横向钢筋，而表面毡是用来提高成品的表面质量。可以向树脂中添加填料，以改善材料性能(如阻燃性)并降低成本。

拉挤成型的过程如下

1)用树脂浸渍玻璃纤维增强材料；

2)玻璃纤维预成型后进入加热模具进行进一步浸渍(挤胶)、基础树脂固化和复合材料定型；

3)根据需要的长度裁剪型材。目前已经开发出变截面弧形长度方向的拉挤制品成型技术。在拉挤成型中，用树脂浸渍增强材料有两种方法:

胶槽浸渍法:通常采用这种方法，即将增强材料浸渍在树脂槽中，然后进入模具。该方法设备便宜，可操作性好，适用于不饱和聚酯树脂和乙烯基酯树脂。

注射浸渍法(图6):玻璃纤维增强材料进入模具后，被注入模具的树脂浸渍。该方法适用于生产凝胶时间短、粘度高的树脂基体，如酚醛树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂等。

(2)原材料

树脂:常用的不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂；

纤维:玻璃纤维无捻粗纱、连续毡、缝合毡、缝合复合毡、织物、玻璃纤维表面毡、聚酯纤维表面毡等。

芯材:一般不用。目前，聚氨酯泡沫材料用作芯材，连续拉挤框架型材用作保温墙板。

(3)优势

1)典型的拉挤速度为0.5-2m/min，效率高，适合大批量生产制造长尺寸产品；

2)树脂含量可以精确控制；

3)由于纤维是纵向的，体种比可以很高(40%-80%)，所以型材的轴向结构特性可以很好；

4)以粗纱增强为主，原料成本低，可通过多种增强材料组合调整产品的力学性能；

5)产品质量稳定，外观光滑。

(4)缺点

1)模具成本高；

2)一般限于生产等截面的产品。

(5)典型产品

建筑屋面梁、椽子、门窗框型材、墙板、采油抽油杆、帐篷杆、梯子、桥梁、工具手柄、手机微波站罩、汽车板簧、传动轴、电缆管、光纤缆芯、鱼竿、格栅、汽车空调罩、铁轨伸缩罩。0}1x p* V

6.真空袋工艺

(1)汇总:

这种方法是手糊法和喷雾法的延伸。将手糊或喷涂的叠层连同模具一起放入A级树脂中，用胶袋覆盖叠层，密封四周，然后用真空泵抽真空，使叠层在不超过1气压的压力下压实成型。

(2)原材料

树脂:主要使用环氧树脂和酚醛树脂。不饱和聚酯树脂和乙烯基酯树脂一般不使用，因为树脂中的苯乙烯(交联剂)被真空泵过度抽出，可能会产生问题；

纤维:同样的手糊法；

核心材料:任何。

(3)优势

1)高纤维含量的产品通常可以通过普通的湿法层压技术获得；

2)可以制造大尺寸产品；

3)产品是双面的；

4)与湿法层压相比，孔隙率较低；

5)由于压力，树脂流过结构纤维，纤维可以很好地被树脂浸渍；

6)有利于操作人员的健康和安全；真空袋减少了固化过程中逸出的挥发性物质。

(4)缺点

1)多出来的工序增加了人工和包材成本；

2)要求操作人员具有较高的技术熟练程度；

3)树脂混合和含量控制基本上仍然依赖于操作者的技能；

4)生产效率不高。

(5)典型产品

船、赛车、芯材粘接、飞机头锥天线罩、机翼、方向舵。

7、树脂膜灌注(RFI-树脂膜灌注)

(1)汇总

干强度物体和树脂片(提供在一层隔离纸上)交替放置在模具中。该层被真空袋覆盖，干燥织物中空气被真空泵抽空。然后加热，使树脂熔化并流入已抽出空气的织物中，然后在一段时间后固化。

(2)原材料

树脂:一般只用环氧树脂；？

纤维:任意；

芯材:可以使用多种芯材。由于加工过程中的高温，PVC泡沫需要特殊处理以避免泡沫损坏。

(3)优势

1)孔隙率低，能准确获得高纤维含量；

2)层干净，有利于健康安全(像预浸)；

3)成本可以低于预浸法，这是主要优势；

4)由于树脂只能通过织物的厚度方向，所以树脂不会浸透到白斑区域，可以小于思曼复合树脂浸渗成型工艺。

(4)缺点

1)目前只在航空航天行业使用，尚未普及；

2)虽然航天工业用的蒸压釜系统总是必不可少的，但复合材料的固化，加热室和真空袋系统总是必不可少的；

3)模具要能承受树脂膜片的工艺温度(低温固化60-100？c)；

4)要求使用的芯材能承受工艺温度和压力；

(5)典型产品

飞机天线罩、军舰声纳整流罩。

8、预浸料(热压罐)成型

(1)汇总

在加热、加压或使用溶剂的条件下，预先用预催化树脂预浸渍织物和/或纤维。大多数固化剂可以在环境温度下储存几周或几个月，并且仍然可以以良好的质量使用。当保存期延长时，材料必须储存在冷冻条件下。树脂在环境温度下通常处于临界固态。所以接触预浸料时会有轻微的粘连感，像胶带一样。用于制造单向预浸料的纤维直接从筒子架上取下并与树脂结合。用手工或机械将预浸料铺在模具表面，通过真空袋抽真空，通常加热到120-180？丙.允许树脂回流并最终固化。喷霜的额外压力通常通过高压釜(实际上是压力加热罐)提供，该高压釜可以在层上施加高达5个大气压的压力。

(2)原材料

树脂:通常是环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂和耐高温树脂，如聚酰亚胺、氰酸酯、双马来酰亚胺树脂等。；

纤维:任何。虽然在工艺中高温对芯材有一定影响，但还是要使用一些特殊的泡沫芯材。

(3)优势

1)预浸料制造商可以精确调整树脂/固化剂的水平以及树脂在纤维中的含量；可以可靠地获得高纤维含量。

2)物料对操作者非常安全，对健康没有任何危害，操作清洁；

3)单向带纤维成本最低，因为不需要提前将纤维转化为面料的二次加工；

4)由于制造工艺采用可渗透的高粘度树脂，树脂的化学性能、机械性能和热性能可以是最合适的；

5)材料有效时间长(常温下可保证几个月)，意味着结构可以优化，复合材料易于铺设；

6)可以实现自动化，节省劳动力。

(4)缺点

1)对于预浸布，材料成本高；

2)通常需要在高压釜中固化复合材料产品，这成本高、操作慢且产品尺寸有限；

3)模具应能承受工作温度；

4)核心材料需要承受工作温度和压力。

(5)典型产品

飞机结构复合材料(如机翼和尾翼)、卫星和运载火箭结构件(太阳能电池基板、夹层结构板、卫星接口支架、火箭整流罩等。)、赛车、运动器材(如网球拍、滑雪板等。).

9、低温固化预浸料成型

(1)汇总

低温固化预浸料完全按照通常的预浸料方法制备，但树脂的化学性质使其能够在60-100？在c温度下固化。60岁？c、物料可操作的保存期可以小到1周，但也可以延长到几个月。树脂系统的流动段适合真空袋压力，避免高压釜。

(2)材料|

树脂:一般只用环氧树脂；

纤维:任意，与通常的预浸料相同；

核心材料:任何，虽然一般聚氯乙烯泡沫需要特别注意。

(3)优势

1)具有(1)-(6)传统预浸料方法的优点；

2)模具材料更便宜，如木材，因为其固化温度低；

3)可以容易地制造大型结构。因为只需要真空袋压力；固化温度低，可以使用简单的热风循环加热室(现场往往搭建比产品大的加热室)。

4)普通PVC发泡芯材即可，稍加处理即可；

5)低能耗。

(4)缺点

1)材料成本仍然高于预浸布；

2)需要加热室和真空袋系统来固化产品；

3)模具应能承受高于环境温度的温度(通常为60-100？c)；

4)还是有能耗的，因为需要在高于环境温度的温度下固化。

(5)典型产品

高性能风力涡轮机叶片、划艇、救生艇和火车零件。

10，斯克林普，裂谷，VARTM

图11草图、Rift和Vartm。

(1)汇总

Scrimp(西曼复合材料渗透成型工艺-西曼复合材料公司的树脂渗透成型方法)、Rift(树脂渗透umder flexibe tooling)和Vartm (VSCUUM辅助传递成型-真空辅助树脂传递成型)原理相似。

将织物放入模具中作为干铺材料，就像RTM一样。然后用剥离保护层和缝合的非结构织物覆盖。整层用真空袋覆盖。袋子无渗漏后，让树脂流向层压层。树脂可以容易地流过未结构化的织物，并分布在整个层中。SCRIMP方法可以在真空袋和层之间放置压力模块，这有利于改善产品的外观和结构密度。

(2)材料

树脂:环氧树脂、不饱和聚酯、乙烯基酯树脂；

纤维:任何一种普通的织物。这些工艺方法非常好用，因为缝隙使树脂流动很快；

芯材:除蜂窝外，各种芯材均可。

(3)优势

1)和RTM一样，但是产品只有一面灯，不像RTM有两面灯；

2)由于模具一半是真空袋，主模只需要低强度，所以模具成本很低；

3)可以制造大尺寸产品；

4)对于这些成型方法，可以改进普通的湿铺层工具；

5)可以在一次操作中生产芯材料结构。

(4)缺点

1)来完成相对复杂的操作过程；

2)树脂的粘度必须很低，限制了产品的机械性能；

3)层内树脂未浸透造成的废品非常浪费；

SCRIMP的一些工艺要素受到了专利的限制。

(5)典型产品

半成品船，火车和卡车车身板。