第三章FRP手糊成型工艺及设备教学参考资料武汉理工大学精品课程
第三章 FRP 手糊成型工艺及设备 教学参考资料 武汉理工大学精品课程
1.引言手糊成型工艺是FRP生产中最古老的一种成型方法，虽然成型技术比较简单，设备也不复杂，但请同学们在学习中一定注意下面几个问题：1、复合材料工艺原理，聚合物基体的固化反应原理；2、手糊成型工艺的特点及适合产品的类型；3、手糊成型中原材料的种类（品种）、特点、性质及选择标准及要求：4、手糊成型工艺中模具设计及制造；5、手糊成型工艺中工艺参数的控制；6、产品质量控制及常见问题的防治措施。2.1概述2.1.1手糊成型工艺的基本概念手糊成型又称接触成型。是用纤维增强材料和树脂胶液在模具上铺覆成型，室温（或加热）、无压（或低压）条件下固化，脱模成制品的工艺方法。关键词：室温、无压（成低压），接触成型。2.1.2手糊成型工艺的分类（按成型压力可分）接触压成型：简单手糊法、喷射成型低压成型：真空法、袋压法及RTM等2.1.3手糊成型工艺的主要特点①室温、常压成型；②制品尺寸及形状不受限制，适宜尺寸大，批量小，形状复杂产品的生产；③工艺简便：④设备简单、投资少；③易于满足产品设计要求，可以在产品不同部位任意增补增强材料：③制品树脂含量较高，耐腐蚀性能好。存在的主要缺点：①生产效率较低、劳动强度大、环境差；
1.引言 手糊成型工艺是 FRP 生产中最古老的一种成型方法，虽然成型技术比较简 单，设备也不复杂，但请同学们在学习中一定注意下面几个问题： 1、复合材料工艺原理，聚合物基体的固化反应原理； 2、手糊成型工艺的特点及适合产品的类型； 3、手糊成型中原材料的种类（品种）、特点、性质及选择标准及要求； 4、手糊成型工艺中模具设计及制造； 5、手糊成型工艺中工艺参数的控制； 6、产品质量控制及常见问题的防治措施。 2.1 概述 2.1.1 手糊成型工艺的基本概念 手糊成型又称接触成型。是用纤维增强材料和树脂胶液在模具上铺覆成型， 室温（或加热）、无压（或低压）条件下固化，脱模成制品的工艺方法。 关键词：室温、无压（成低压），接触成型。 2.1.2 手糊成型工艺的分类（按成型压力可分） 接触压成型：简单手糊法、喷射成型 低压成型：真空法、袋压法及 RTM 等 2.1.3 手糊成型工艺的主要特点 ①室温、常压成型； ②制品尺寸及形状不受限制，适宜尺寸大，批量小，形状复杂产品的生产； ③工艺简便； ④设备简单、投资少； ⑤易于满足产品设计要求，可以在产品不同部位任意增补增强材料； ⑥制品树脂含量较高，耐腐蚀性能好。 存在的主要缺点： ①生产效率较低、劳动强度大、环境差；
②产品质量不易控制，稳定性差；③产品力学性能较低。2.1.4手糊成型工艺的工艺流程图3-1树脂胶液配制增强材料准备Y?涂脱模剂手糊成型个+模具准备固化Y脱模LM修整检验成品图3-1手糊成型工艺的工艺流程2.2原材料的选择原材料的选择必须全面满足：①产品设计的性能要求；②手粗成型工艺要求；③价格便宜。材料易得（经济性要求）但这里我们主要讨论手糊成型工艺方面对原材料的基本要求（即工艺要求）。2.2.1聚合物基体基体树脂应该满足手糊成型工艺的无压，室温成型特点。①能在室温下凝胶，固化速度能够调节，固化过程中无低分子物产生。②适合手糊工艺低粘度的要求（0.02Pa?s～0.05Pas），树脂粘度低、流动性好，并且容易调节粘度。③浸渍性好，易脱泡。④价廉、无毒（低毒）目前，在手糊工艺中，用量较大的树脂种类：不饱和聚酯树脂（约占总量
②产品质量不易控制，稳定性差； ③产品力学性能较低。 2.1.4 手糊成型工艺的工艺流程图 3-1 图 3-1 手糊成型工艺的工艺流程 2.2 原材料的选择 原材料的选择必须全面满足： ①产品设计的性能要求； ②手粗成型工艺要求； ③价格便宜。材料易得（经济性要求） 但这里我们主要讨论手糊成型工艺方面对原材料的基本要求（即工艺要求）。 2.2.1 聚合物基体 基体树脂应该满足手糊成型工艺的无压，室温成型特点。 ①能在室温下凝胶，固化速度能够调节，固化过程中无低分子物产生。 ②适合手糊工艺低粘度的要求（0.02Pa·s～0.05Pa·s），树脂粘度低、流动性 好，并且容易调节粘度。 ③浸渍性好，易脱泡。 ④价廉、无毒（低毒） 目前，在手糊工艺中，用量较大的树脂种类：不饱和聚酯树脂（约占总量 树脂胶液配制 增强材料准备 涂脱模剂 手糊成型 固化 脱模 修整 检验 模 具 准 备 成品
80%)，不饱和聚酯树脂的特点如下表3-1：表 3-1不饱和聚酯树脂特点优点缺点固化迅速，且能常温固化，无挥发性副产物空气中氧的存在会阻碍固化1.1.22粘度低，浸渍性好固化收缩大3.可用多种手段实现固化，如引发剂、紫外线射线等3固化不当时，由于固化放热收缩会产生裂纹4.4.可低压成型，接触压也可固化易受温度、湿度影响5.机械性能与电性能优良5.通用聚酯有可燃性6.耐药品性好6.硫磺、酚类化合物、碳等混入时，固化困难7.能赋予耐候性、耐热性、阻燃、触变性等特性7.特殊金属或化合物对固化影响较大可着色，获得透明美观的涂膜9.能实现兼具保护与装饰的涂装通用型（适合一般使用）专用型（阻燃型耐磨型、低收缩型等）二、环氧树脂环氧树脂是仅次于UP树脂的第二大类手糊用树脂、环氧树脂的性能特点下表3-2。表3-2环氧树脂的性能特点优点缺点1粘结力强1.价格较高2.固化收缩小，固化体积收缩率为1%-4%，制品尺2.粘度大（双酚A型），不适合喷射成型3.寸稳定性好固化时间比聚酯长，达到完全固化必须热处理4.3.电绝缘性、耐化学腐蚀性（耐酸碱性）好固化剂毒性大4.固化接卸强度高5.树脂保存期长，可制成B阶树脂，有良好制造预浸渍制品的特性
80%），不饱和聚酯树脂的特点如下表 3-1： 表 3-1 不饱和聚酯树脂特点 优 点 缺 点 1. 固化迅速，且能常温固化，无挥发性副产物 2. 粘度低，浸渍性好 3. 可用多种手段实现固化，如引发剂、紫外线射线等 4. 可低压成型，接触压也可 5. 机械性能与电性能优良 6. 耐药品性好 7. 能赋予耐候性、耐热性、阻燃、触变性等特性 8. 可着色，获得透明美观的涂膜 9. 能实现兼具保护与装饰的涂装 1. 空气中氧的存在会阻碍固化 2. 固化收缩大 3. 固化不当时，由于固化放热收缩会产生裂纹 4. 固化易受温度、湿度影响 5. 通用聚酯有可燃性 6. 硫磺、酚类化合物、碳等混入时，固化困难 7. 特殊金属或化合物对固化影响较大 通用型（适合一般使用） 专用型（阻燃型耐磨型、低收缩型等.） 二、环氧树脂 环氧树脂是仅次于 UP 树脂的第二大类手糊用树脂、环氧树脂的性能特点下 表 3-2。 表 3-2 环氧树脂的性能特点 优 点 缺 点 1. 粘结力强 2. 固化收缩小，固化体积收缩率为 1%-4%，制品尺 寸稳定性好 3. 电绝缘性、耐化学腐蚀性（耐酸碱性）好 4. 固化接卸强度高 5. 树脂保存期长，可制成 B 阶树脂，有良好制造预 浸渍制品的特性 1. 价格较高 2. 粘度大（双酚 A 型），不适合喷射成型 3. 固化时间比聚酯长，达到完全固化必须热处理 4. 固化剂毒性大
手糊用环氧树脂的品种：双酚A型E-51（618），E-44（6101），E-42（634），分子量低，流动性较好脂环族：R-122（6207）及300、400环氧、结构紧密、耐热性、耐紫外线性能较好。自熄性：Ex-25，粘度较大，可加稀释剂501或与618#、300环氧树脂混用，降低粘度。除此之外，一些新型的、高性能树脂也出现在手糊工艺中。三、双马来酰亚胺树脂湿热性能、断裂韧性好。四、聚酰亚胺耐高温、耐辐射、电性能但它们往往需要高温成型。2.2.2辅助材料交联剂（交联单体）手糊工艺采用UP树脂，必须选用交联剂（若为液体树脂，则交联剂作为溶剂于树脂体系中）UP树脂对交联剂的要求。·高沸点·低粘度·能溶解树脂及引发剂、促进料等辅助材料·反应活性大，与树脂形成均匀的共聚物·无毒UP树脂常用的高联剂有：·苯乙烯（一般情况）·甲基丙烯酸甲醋（透明性好）·邻苯二甲酸二丙烯酯（DAP）（固化后，热变形温度较高，收缩率较低）·乙烯基甲苯（低收缩率）
手糊用环氧树脂的品种： 双酚 A 型 E-51（618），E-44（6101），E-42（634），分子量低，流动性较 好 脂环族：R-122（6207）及 300#、400#环氧、结构紧密、耐热性、耐紫外线 性能较好。 自熄性：Ex-25，粘度较大，可加稀释剂 501 或与 618#、300#环氧树脂混用， 降低粘度。 除此之外，一些新型的、高性能树脂也出现在手糊工艺中。 三、双马来酰亚胺树脂 湿热性能、断裂韧性好。 四、聚酰亚胺 耐高温、耐辐射、电性能 但它们往往需要高温成型。 2.2.2 辅助材料 交联剂（交联单体） 手糊工艺采用 UP 树脂，必须选用交联剂（若为液体树脂，则交联剂作为溶 剂于树脂体系中）UP 树脂对交联剂的要求。 ·高沸点 ·低粘度 ·能溶解树脂及引发剂、促进料等辅助材料 ·反应活性大，与树脂形成均匀的共聚物 ·无毒 UP 树脂常用的高联剂有： ·苯乙烯（一般情况） ·甲基丙烯酸甲醋（透明性好） ·邻苯二甲酸二丙烯酯（DAP）（固化后，热变形温度较高，收缩率较低） ·乙烯基甲苯（低收缩率）