樹脂基復合材料成型工藝介紹（6）： 其它成型工藝

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聚合物基復合材料的其它成型工藝，主要指離心成型工藝、澆鑄成型工藝、彈性體貯存樹脂成型工藝（ERM）、增強反應注射成型工藝（RRIM）等。　　1、離心成型工藝
　　
離心成型工藝在復合材料制品生產中，主要是用于制造管材（地埋管），它是將樹脂、玻璃纖維和填料按一定比例和方法加入到旋轉的模腔內，依靠高速旋轉產生的離心力，使物料擠壓密實，固化成型。
　　
離心玻璃鋼管分為壓力管非壓力管兩類，其使用壓力為0～18MPa。這種管的管徑一般為φ400～φ2500mm，最大管徑或達5m，以φ1200mm以上管徑經濟效果最佳，離心管的長度2～12m，一般為6 m。
　　
離心玻璃鋼管的優點很多，與普通玻璃鋼管和混凝土管相比，它強度高、重量輕，防腐、耐磨（是石棉水泥管的5～10倍）、節能、耐久（50年以上）及綜合工程造價低，特別是大口徑管等；與纏繞加砂玻璃鋼管相比，其最大特點是剛度大，成本低，管壁可以按其功能設計成多層結構。離心法制管質量穩定，原材料損耗少，其綜合成本低于鋼管。離心玻璃鋼管可埋深15m，能隨真空及外壓。其缺點是內表面不夠光滑，水力學特性比較差。
離心玻璃鋼管的應用前景十分廣闊，其主要應用范圍包括：給水及排水工程干管，油田注水管、污水管、化工防腐管等。
　　
（1）原材料
　　
生產離心管的原材料有樹脂、玻璃纖維及填料（粉狀和粒狀填料）等。
　　
樹脂 應用最廣的是不飽和聚酯樹脂，可根據使用條件和工藝要求選擇樹脂牌號和固化劑。
　　
增強材料 主工是玻璃纖維及其制品。玻纖制品有連續纖維氈、網格布及單向布等，制造異形斷面制品時，可先將玻纖制成預制品，然后放入模內。
　　
填料 填料的作是用增加制品的剛度、厚度、降低成本，填料的種類要根據使用要求選擇，一般為石英砂、石英粉、輝綠巖粉等。
　　
（2）工藝流程
　　
離心制管工藝流程如下：
離心制管的加料方法與纏繞成型工藝不同，加料系統是把樹脂、纖維和填料的供料裝置，統一安裝在可往復運動的小車上。
　　
（3）模具
　　
離心法生產玻璃鋼管的模具，主要是鋼模，模具分整體式和拼裝式兩種：小于φ800mm管的模具，用整體式，大于φ800mm管的模具，可以用拼裝式。
　　
模具設計要保證有足夠的強度和剛度，防止旋轉、震動過程中變形。模具由管身、封頭、托輪箍組成。管身由鋼板卷焊而成，小直徑管身可用無縫鋼管。封頭的作用是增加管模端頭的強度和防止物料外流。托輪箍的作用是支撐模具，傳遞旋轉力，使模具在離心機上高速度旋轉，模具的管身內表面必須平整，光滑，一般都要精加工和拋光，保證順利脫模。
　　
2、澆注成型工藝
　　
澆注成型主要用于生產無纖維增強的復合材料制品，如人造大理石，鈕扣、包埋動、植物標本、工藝品、錨桿固定劑、裝飾板等。
　　
澆注成型比較簡單，但要生產出優質產品，則需要熟練的操作技術。
　　
（1）鈕扣生產工藝
　　
用聚酯樹脂澆注的鈕扣，具有硬度高，光澤好，耐磨、耐燙、耐干洗、花色品種多及價格低等優點，目前在國內外已基本取代了有機玻璃鈕扣，占鈕扣市場80%以上。
生產鈕扣的原料主要是不飽和聚酯樹脂、固化劑（引發劑采用過氧化甲乙酮）和輔助材料（包括色漿、珠光粉、觸變劑等）。
　　
聚酯鈕扣采用離心澆注式棒材澆注法生產，先制成板材或棒材，然后經切板、切棒制成鈕扣，再經熱處理、刮面、刮底、銑槽、打眼、拋光等工序制成鈕扣。
　　
（2）人造石材生產工藝
　　
人造石材是用不飽和聚酯樹脂和填料制成的。由于所選用的填料不同，制成的人造石材分為人造大理石、人造瑪瑙、人造花崗石和聚酯混凝土等。
　　
生產人造石材的原材料是不飽和聚酯樹脂，填料和顏料：①樹脂 生產人造石材的樹脂分面層和結構層兩各，表面裝飾層樹脂要求收縮性小，有韌性、硬度好，耐熱、耐磨、耐水等，同時要求易調色。辛戌二醇鄰苯型樹脂用于人造石材，辛戌二醇間苯型樹脂用于生產衛生潔具。固化體系，常用過氧化甲乙酮、萘酸鈷溶液。②填料 生產人造石材的填料有很多，生產人造大理石的填料是大理石粉，石英粉、白云石粉、碳酸鈣粉等，生產人造花崗石的填料是用粒料級配，不同品種花崗石用不同色彩的粒料，生產人瑪瑙的填料要有一定透明性，一般選用氫氧化鋁或三氧化二鋁等。③顏料 生產人造石材需要各色顏料，如制人造大理石或人造瑪瑙浴盆，應選擇耐熱、耐水的色漿，制造裝飾板及工藝品時，要選用耐光、耐水及耐久的顏料。
　　
生產人造大理石、花崗石板材用的模具材料有玻璃鋼、不銹鋼、塑料、玻璃等。生產人造石板材的模板，要求表面平整，光澤、有足夠的強度和剛度，能經受生產過程中的熱應力、搬運荷載及碰撞等。

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3、彈性體貯樹脂模塑成型技術
　　
彈性體貯樹脂模塑成型（Elastic Reservir Molding, ERM）是80年代在歐美出現的新工藝，它是用柔性材料（開孔聚氨酯泡沫塑料）作為芯材并滲入樹脂糊。這種滲有樹脂糊的泡沫體留在成型好的ERM材料中間，泡沫體使ERM制成的產品密度降低，沖擊強度和剛度提高，故可稱為壓制成型的夾層結構制品。
　　
ERM與SMC一樣，同屬于模壓成型的片狀模塑料，只是由于ERM具有夾層結構的構造，給它帶來優于SMC的特點：（1）重量輕：ERM比用氈和SMC制成的制品輕30%以上；（2）ERM制品的比剛度優于SMC、鋁和鋼制成的制品；（3）搞沖擊強度高：在增強材料含量相同的條件下，ERM比SMC的抗沖擊強度高很多；（4）物理力學性能高：在增強材料含量相同的條件下，ERM制品的物理力學性能優于SMC制品；（5）投資費用低：ERM成型機組比SMC機組簡單，ERM制品成型壓力比SMC制品低10倍左右，故生產ERM制品時可以采用低噸位壓機和低強度材料模具，從而減少建投資。
　　
ERM制品生產工藝分為ERM制造和ERM制品成型兩個過程：
　　
（1）ERM生產工藝 ERM生產原材料為開孔聚氨酯泡沫塑料，各種纖維制品（如玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維制成的短切氈、連續纖維氈、針織氈等）和各種熱固性樹脂。其生產過程如下：先在ERM機組上將調好的樹脂糊浸漬開孔聚氨酯泡沫塑料，通過涂刮器將樹脂糊涂到泡沫上，用壓輥將樹脂糊壓擠到泡沫體的孔內，然后將兩層泡沫復合到一起，最后在上下兩個面鋪放玻纖維氈或其它纖維制品，制成ERM夾層材料，切割成適宜的尺寸，用于壓制成型或貯存。
　　
（2）ERM制品生產工藝 ERM制品生產過程與其它熱固性模壓料（玻纖布或氈預浸料、SMC等）相比，需要在熱壓條件下固化成型，但成型壓力比SMC小很多，大約是SMC成型壓力的1/10，為0.5～0.7MPa。
　　
ERM技術目前主要用于汽車工業材料和輕質建筑復合材料工業。由于ERM具有夾層結構材料的特點，是適用于生產大型結構的組合部件，各種輕質板材，活動房屋、雷達罩，房門等。在汽車工業中的制品有行李車拖斗、蓋板、儀表盤、保險杠、車門、底板等。
　　
4、增強反應注射模塑技術
　　
增強反應注射模塑工藝（Reinforced Reaction Injection Molding, RRIM）是利用高壓沖擊來混合兩種單體物料及短纖維增強材料，并將其注射到模腔內，經快速固化反應形成制品的一種成型方法。如果不用增強材料，則稱為反應注射模塑（Reaction Injection Moling, RIM）。采用連續纖維增強時，稱為結構反應注射模塑（Structure Reaction Injection Molding, SRIM）。
　　
RRIM的原材料分樹脂體系和增強材料兩類
　　
（1）樹脂體系 生產RRIM的樹脂應滯如下要求：①必須由兩種以上的單體組成；②單體在室溫條件下能保持穩定；③粘度適當，容易用泵輸送；④單體混合后，能快速固化；⑤固化反應不產生副產物。應用最多的是聚氨酯樹脂、不飽和聚酯樹脂和環氧樹脂。
　　
（2）增強材料 常用的增強材料有玻璃纖維粉、玻璃纖維和玻璃微珠。為了增加增強材料與樹脂的粘接強度，上述增強材料都采用增強偶聯劑進行表面處理。
　　
RRIM的工藝特點：①產品設計自由度大，可以生產大尺寸部件；②成型壓力低（0.35～0.7MPa），反應成型時，無模壓應力，產品在模內發熱量小；③制品收縮率低，尺寸穩定性好，因加有大量填料和增強材料，減少了樹脂固化收縮；④制品鑲嵌件工藝簡便；⑤制品表面質量好，玻璃粉和玻璃微珠能提高制品耐磨性和耐熱性；⑥生產設備簡單，模具費用低，成型周期短，制品生產成本低。
　　
RRIM制品的最大用戶是汽車工為，可做汽車保險杠、儀表盤，高強度RRIM制品可以做汽車的結構材料、承載材料。由于其成型周期短，性能可設計，在電絕緣工程、防腐工程、機械儀表工業中代替工程塑料及高分子合金應用。