(一)壓制成型原理
熱固性碳纖維和玻璃纖維復(fù)合材料的壓制是指模壓料在熱壓作用下塑化,并填滿(mǎn)模腔固化成型的過(guò)程。當(dāng)模壓料加入壓模受熱后,樹(shù)脂變軟熔融,使模壓料具有流動(dòng)性,在壓機(jī)壓力作用下開(kāi)始流動(dòng)并填滿(mǎn)模腔。此時(shí)模壓料中的樹(shù)脂發(fā)生化學(xué)反應(yīng),逐漸變成不溶不熔的堅(jiān)硬固體。熱固性模壓料受熱后表現(xiàn)出低分子的粘流態(tài),流動(dòng)性好,同時(shí)發(fā)生官能團(tuán)交聯(lián)反應(yīng),分子量增大,呈現(xiàn)部分網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),這時(shí)流動(dòng)性變小,開(kāi)始表現(xiàn)出一定的彈性,實(shí)際上是處于所謂凝膠狀態(tài)。進(jìn)一步加熱,交聯(lián)反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行,交聯(lián)密度增加,樹(shù)脂轉(zhuǎn)變?yōu)閳?jiān)硬的體型結(jié)構(gòu)。如果在這以前模壓料已充滿(mǎn)模腔,則可制成合格的制品。
從工藝角度來(lái)看,上述過(guò)程可分為三個(gè)階段:流動(dòng)階段、膠凝和硬化階段。前兩個(gè)階段決定模壓料的流動(dòng)性及流動(dòng)時(shí)間,是保證模壓制品質(zhì)量的先決條件。
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在流動(dòng)階段樹(shù)脂是無(wú)定型的線(xiàn)型分子或帶支鏈的分子結(jié)構(gòu),其流動(dòng)主要表現(xiàn)為整個(gè)分子的位移,流動(dòng)性的好壞與分子的鏈長(zhǎng)及支鏈的數(shù)量有關(guān)??刂颇毫狭鲃?dòng)性的本質(zhì)就是控制樹(shù)脂的分子量及其結(jié)構(gòu)。膠凝階段的分子結(jié)構(gòu)是支鏈密度增大或部分交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),因而流動(dòng)困難,但還保持一定的流動(dòng)性。其直觀(guān)上,表現(xiàn)粘度增大。硬化階段肘樹(shù)脂就變成不溶不熔,完全失去流動(dòng)性的體型結(jié)構(gòu)。
上述成型過(guò)程必須在一定的溫度、壓力和時(shí)間下才能實(shí)現(xiàn),對(duì)熱固性玻璃鋼來(lái)說(shuō),溫度的作用尤為重要。當(dāng)然成型壓力也不可忽視。
(二)模壓溫度控制
模壓時(shí)溫度的控制主要是指裝模溫度、升溫速度、成型固化溫度和保溫時(shí)間的選擇。裝模溫度:是指將物料放入模腔時(shí),模具的溫度。它主要取決于物料的品種及模壓料的質(zhì)量指標(biāo)。通常當(dāng)模壓料揮發(fā)物含量高,不溶性樹(shù)脂含量低時(shí),裝模溫度低些。結(jié)構(gòu)復(fù)雜或較大的模壓制品,難于裝模時(shí),裝模溫度應(yīng)低些為好,可控制在室溫下裝模。提高裝模溫度,可縮短生產(chǎn)周期,提高生產(chǎn)效率。裝模溫度視物料的品種而定,如鎂酚醛預(yù)混模壓料其裝模溫度即為成型固化溫度,而不是在室溫下進(jìn)行。
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升溫速度:同樣取決于物料品種,如616#酚醛預(yù)混模壓料其升溫速度為1-20℃/分鐘。升溫速度的快慢與樹(shù)脂固化反應(yīng)速度密切相關(guān),升溫過(guò)快,易造成樹(shù)脂固化不均衡,影響制品質(zhì)量。成型固化溫度和保溫時(shí)間的控制同樣取決于物料的品種,適當(dāng)提高成型溫度可縮短生產(chǎn)周期,有利于穩(wěn)定制品質(zhì)量。但溫度過(guò)高,影響物料的流動(dòng)性,使物料充模困難,造成廢品。若溫度過(guò)低,制品保溫時(shí)間不足,則會(huì)出現(xiàn)固化不完全的缺陷。為使制品充分固化及消除固化內(nèi)
應(yīng)力需要保溫一段時(shí)間。
幾種典型模壓料的成型固化溫度和保溫時(shí)間如下:
(三)成型壓力控制
如前所述,成型壓力是指制品水平投影面,單位面積上所承受的壓力。成型壓力的大小同樣取決于物料的品種,而且與制品的結(jié)構(gòu)形狀和模具的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。如酚醛模壓料其成型壓力一般為30-50兆帕(300-500公斤/平方厘米);環(huán)氧酚醛模壓料其成型壓力為5-30兆帕(50-300公斤/平方厘米)。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜,壁厚較厚的制品,其成型壓力要適當(dāng)增加。
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而成型壓力的作用是克服物料中揮發(fā)物所產(chǎn)生的蒸汽壓,避免制品產(chǎn)生氣飽、分層、結(jié)構(gòu)松散等缺陷,同時(shí)也可增加物料的流動(dòng)性,便于物料充滿(mǎn)模具型腔的各個(gè)角落,使制品結(jié)構(gòu)密實(shí),機(jī)械強(qiáng)度提高。
然而,何時(shí)施加壓力,在模壓工藝中,是比較重要的問(wèn)題。加壓時(shí)機(jī)選擇是否得當(dāng),將直接影響制品的質(zhì)量。加壓過(guò)早,樹(shù)脂固化交聯(lián)反應(yīng)程度低,物料流動(dòng)性大,在壓力的作用下,物料流失嚴(yán)重,模壓制品中易產(chǎn)生樹(shù)脂集聚,或局部缺膠,纖維外露;而加壓過(guò)遲,樹(shù)脂固化交聯(lián)程度大,物料流動(dòng)性差,不易充模,同樣得不到理想的制品。因此,要合理選擇加壓時(shí)機(jī)。加壓時(shí)機(jī)的選擇取決于所用模壓料的類(lèi)型、模壓料的質(zhì)量指標(biāo)、裝模溫度和升溫度速度等因素。為了獲得理想的模壓制品,通常要通過(guò)幾次試壓確定出較為適當(dāng)?shù)募訅簳r(shí)機(jī).