當(dāng)前,許多國(guó)家都對(duì)生產(chǎn)環(huán)境苯乙烯含量的法定標(biāo)準(zhǔn),作了嚴(yán)格的規(guī)定,例如,英國(guó)100ppm;法國(guó)50ppm;德國(guó)20ppm;瑞典20ppm;挪威 25ppm;荷蘭50ppm。為此,積極尋找降低苯乙烯揮發(fā)量的方法,已成為玻璃鋼業(yè)界的一個(gè)重要課題。閉模工藝技術(shù),是降低苯乙烯揮發(fā)量的一種有效手段。 本文將專(zhuān)門(mén)評(píng)述幾種閉模工藝技術(shù)的有關(guān)方面。
玻璃鋼閉模工藝技術(shù),是指將樹(shù)脂注射至閉合模內(nèi),在不暴露于外界空氣情況下,完成固化過(guò)程的工藝方法。閉模工藝技術(shù)有以下幾種:真空注射,樹(shù)脂傳遞模塑 (RTM),結(jié)構(gòu)反應(yīng)注射模塑(SRIM),注射工藝,增強(qiáng)反應(yīng)注射模塑(RRIM)等。
對(duì)于真空注射、RTM、SRIM等三種閉模工藝而言,設(shè)備投資以SRIM最高,其次RTM,真空注射最低。這些工藝方法,在加工周期、自動(dòng)化水平、批量大小等方面,也有一定規(guī)律性。
例如,加工周期以SRIM為最短(約8分鐘左右),RTM次之(10~80分鐘左右),真空注射成型最長(zhǎng)(1個(gè)多小時(shí)至10多個(gè)小時(shí))。自動(dòng)化水平,以SRIM為最高,它的年生產(chǎn)能力也最高,生產(chǎn)成本中所含勞動(dòng)力費(fèi)用最低。
上述這些工藝均采用樹(shù)脂注射的方法,一個(gè)重要的區(qū)別,在于增強(qiáng)材料,是在閉合模具以前,還是在樹(shù)脂浸漬以前,放進(jìn)模具之中。這對(duì)于控制增強(qiáng)材料的含量和定向排列,無(wú)疑是一個(gè)十分重要的因素RTM、SRIM 工藝,由于采用對(duì)模技術(shù),因而對(duì)玻璃纖維含量的控制較為有利。必須指出,當(dāng)采用閉模工藝技術(shù)時(shí),所用的樹(shù)脂也是至關(guān)重要的。通常采用真空注射專(zhuān)用樹(shù)脂,低收縮 RTM 樹(shù)脂,以及混合型樹(shù)脂等。
(1)真空注射模塑工藝
該工藝采用樹(shù)脂注射技術(shù),并輔以真空,以有助于注射過(guò)程。通常,有一個(gè)可變形的膜,以作為模具的另一面。模具的一半,一般可利用手糊模具或噴射成型模具,只需稍加修改即可使用。這種工藝不需要大量的模具或設(shè)備投資,生產(chǎn)批量較大產(chǎn)品質(zhì)量較高。
真空注射模塑工藝所用的增強(qiáng)材料,可以是短切玻纖氈,也可以是芳綸纖維或碳纖維織物。該工藝的優(yōu)點(diǎn)歸納如下:沒(méi)有苯乙烯揮發(fā)物;工作場(chǎng)地清潔;芯材與插入部件容易粘結(jié);設(shè)備投資較低,可以利用手糊或噴射模具。但這種真空注射模塑工藝也有不足之處,例如真空注射工藝必須使用氈材作為增強(qiáng)材料,價(jià)格稍貴于無(wú)捻粗紗;又如,氈材和薄膜的定位較為困難,與噴射成型相比,更費(fèi)工時(shí)等。
真空注射成型工藝制成的產(chǎn)品,主要應(yīng)用于船艇、運(yùn)輸、建筑業(yè)等方面。例如,可制造各種玻璃鋼卡車(chē)車(chē)身夾層板和公共汽車(chē)整體夾層板,風(fēng)車(chē)的帆蓬(11m長(zhǎng),玻纖含量為68%),近海石油平臺(tái)夾層板,建筑物房頂?shù)取U婵兆⑸涑尚凸に?,適合于制造批量中等的,機(jī)械性能要求中等或較高的,2米以上的大型部件。
(2)樹(shù)脂傳遞模塑工藝 (RTM)
該工藝可以看成是低壓下的樹(shù)脂注射工藝,壓力約為0.3~0.6MPa。近年來(lái)國(guó)外開(kāi)發(fā)了許多RTM專(zhuān)用樹(shù)脂,并能獲得高質(zhì)量的A級(jí)表面。這些樹(shù)脂系統(tǒng),加入低收縮添加劑,最佳的固化溫度約為70℃,遠(yuǎn)低于通常SMC低收縮系統(tǒng)140~160℃的固化溫度。
當(dāng)前,絕大多數(shù)RTM工藝都使用膠衣樹(shù)脂,以獲得較好的表面質(zhì)量。但是在使用低收縮RTM系統(tǒng)時(shí),不需要使用膠衣樹(shù)脂,從而也不會(huì)產(chǎn)生苯乙烯揮發(fā)物。
RTM制品的開(kāi)發(fā)市場(chǎng),主要是汽車(chē)業(yè)和建筑業(yè),以及要求表面質(zhì)量較高的其他領(lǐng)域。目前國(guó)外主要研制開(kāi)發(fā)和建立RTM的整機(jī)系統(tǒng),包括:A級(jí)表面質(zhì)量 RTM專(zhuān)用樹(shù)脂;較高溫度RTM工藝參數(shù);注射設(shè)備的評(píng)估等。比利時(shí)最大的玻璃鋼生產(chǎn)企業(yè)Indupol公司,成功地開(kāi)發(fā)了RTM樹(shù)脂及其相應(yīng)的工藝技術(shù),不但能保證制品生產(chǎn)的重現(xiàn)性,還可減少工時(shí)。DSM樹(shù)脂公司開(kāi)發(fā)不飽和聚酯和聚氨酯的混合型樹(shù)脂,其性能可達(dá)到:粘度低于 200~400MPa.s(室溫下);低溫下固化速度快(70℃下膠凝時(shí)間為1分鐘);
(3)結(jié)構(gòu)反應(yīng)注射模塑工藝(SRIM)
該工藝成型設(shè)備應(yīng)包括以下幾個(gè)部分:增強(qiáng)材料預(yù)成型機(jī),生產(chǎn)模具,工夾具和注射機(jī)等。工業(yè)化生產(chǎn)時(shí),SRIM往往需要配套有增強(qiáng)材料預(yù)成型機(jī),預(yù)成型周期約為幾分鐘。通常有兩種預(yù)成型方法,一種是連續(xù)短切氈熱成型方法,用紅外線加熱氈片,加上粘結(jié)劑熱壓固化預(yù)成型;另一種是直接噴射玻璃纖維方法,采用短切纖維和混有少量粉狀粘結(jié)劑一起噴射,并吸咐到篩子屏上,而后熔融、預(yù)成型固化冷卻。當(dāng)今的遙控技術(shù),可使纖維準(zhǔn)確地鋪放在所需的地方。對(duì)于某些產(chǎn)品,例如平板,可以不需要預(yù)成型工藝,也經(jīng)常可以不在線預(yù)成型,由合作伙伴按制品的形狀,完成預(yù)成型工藝。
SRIM模具,可用不同的材質(zhì)制成。通常 SRIM工藝的年批量,可達(dá)數(shù)千件以上,因而往往采用鎳質(zhì)模具,也可使用鋁質(zhì)模具或合金模具。這些非鋼質(zhì)模具,不但所施壓力和溫度可以降低,而且可節(jié)省較多的模具費(fèi)用。一般講,SRIM 的閉模效果較為嚴(yán)密,所施的壓力范圍較寬,注射壓力較低,平均值約為1MPa。注射機(jī)通常有兩個(gè)預(yù)混合器,一般均在非臨界狀態(tài)下混合樹(shù)脂,混勻比例較寬。混勻樹(shù)脂經(jīng)過(guò)預(yù)混合器后,注射至加熱的模具內(nèi)。注射機(jī)價(jià)格,介于噴射成型機(jī)和PU混合機(jī)之間。
SRIM工藝的特點(diǎn)如下:無(wú)苯乙烯揮發(fā)量;產(chǎn)品質(zhì)量較好,兩面光亮,無(wú)纖維外露;制品內(nèi)增強(qiáng)材料的含量和定位較為準(zhǔn)確,因而其強(qiáng)度較高;設(shè)備投資較為低廉。其制品開(kāi)發(fā)的主要市場(chǎng),是運(yùn)輸、建筑電工電子等行業(yè)。
玻璃鋼閉模工藝技術(shù),是指將樹(shù)脂注射至閉合模內(nèi),在不暴露于外界空氣情況下,完成固化過(guò)程的工藝方法。閉模工藝技術(shù)有以下幾種:真空注射,樹(shù)脂傳遞模塑 (RTM),結(jié)構(gòu)反應(yīng)注射模塑(SRIM),注射工藝,增強(qiáng)反應(yīng)注射模塑(RRIM)等。
對(duì)于真空注射、RTM、SRIM等三種閉模工藝而言,設(shè)備投資以SRIM最高,其次RTM,真空注射最低。這些工藝方法,在加工周期、自動(dòng)化水平、批量大小等方面,也有一定規(guī)律性。
例如,加工周期以SRIM為最短(約8分鐘左右),RTM次之(10~80分鐘左右),真空注射成型最長(zhǎng)(1個(gè)多小時(shí)至10多個(gè)小時(shí))。自動(dòng)化水平,以SRIM為最高,它的年生產(chǎn)能力也最高,生產(chǎn)成本中所含勞動(dòng)力費(fèi)用最低。
上述這些工藝均采用樹(shù)脂注射的方法,一個(gè)重要的區(qū)別,在于增強(qiáng)材料,是在閉合模具以前,還是在樹(shù)脂浸漬以前,放進(jìn)模具之中。這對(duì)于控制增強(qiáng)材料的含量和定向排列,無(wú)疑是一個(gè)十分重要的因素RTM、SRIM 工藝,由于采用對(duì)模技術(shù),因而對(duì)玻璃纖維含量的控制較為有利。必須指出,當(dāng)采用閉模工藝技術(shù)時(shí),所用的樹(shù)脂也是至關(guān)重要的。通常采用真空注射專(zhuān)用樹(shù)脂,低收縮 RTM 樹(shù)脂,以及混合型樹(shù)脂等。
(1)真空注射模塑工藝
該工藝采用樹(shù)脂注射技術(shù),并輔以真空,以有助于注射過(guò)程。通常,有一個(gè)可變形的膜,以作為模具的另一面。模具的一半,一般可利用手糊模具或噴射成型模具,只需稍加修改即可使用。這種工藝不需要大量的模具或設(shè)備投資,生產(chǎn)批量較大產(chǎn)品質(zhì)量較高。
真空注射模塑工藝所用的增強(qiáng)材料,可以是短切玻纖氈,也可以是芳綸纖維或碳纖維織物。該工藝的優(yōu)點(diǎn)歸納如下:沒(méi)有苯乙烯揮發(fā)物;工作場(chǎng)地清潔;芯材與插入部件容易粘結(jié);設(shè)備投資較低,可以利用手糊或噴射模具。但這種真空注射模塑工藝也有不足之處,例如真空注射工藝必須使用氈材作為增強(qiáng)材料,價(jià)格稍貴于無(wú)捻粗紗;又如,氈材和薄膜的定位較為困難,與噴射成型相比,更費(fèi)工時(shí)等。
真空注射成型工藝制成的產(chǎn)品,主要應(yīng)用于船艇、運(yùn)輸、建筑業(yè)等方面。例如,可制造各種玻璃鋼卡車(chē)車(chē)身夾層板和公共汽車(chē)整體夾層板,風(fēng)車(chē)的帆蓬(11m長(zhǎng),玻纖含量為68%),近海石油平臺(tái)夾層板,建筑物房頂?shù)取U婵兆⑸涑尚凸に?,適合于制造批量中等的,機(jī)械性能要求中等或較高的,2米以上的大型部件。
(2)樹(shù)脂傳遞模塑工藝 (RTM)
該工藝可以看成是低壓下的樹(shù)脂注射工藝,壓力約為0.3~0.6MPa。近年來(lái)國(guó)外開(kāi)發(fā)了許多RTM專(zhuān)用樹(shù)脂,并能獲得高質(zhì)量的A級(jí)表面。這些樹(shù)脂系統(tǒng),加入低收縮添加劑,最佳的固化溫度約為70℃,遠(yuǎn)低于通常SMC低收縮系統(tǒng)140~160℃的固化溫度。
當(dāng)前,絕大多數(shù)RTM工藝都使用膠衣樹(shù)脂,以獲得較好的表面質(zhì)量。但是在使用低收縮RTM系統(tǒng)時(shí),不需要使用膠衣樹(shù)脂,從而也不會(huì)產(chǎn)生苯乙烯揮發(fā)物。
RTM制品的開(kāi)發(fā)市場(chǎng),主要是汽車(chē)業(yè)和建筑業(yè),以及要求表面質(zhì)量較高的其他領(lǐng)域。目前國(guó)外主要研制開(kāi)發(fā)和建立RTM的整機(jī)系統(tǒng),包括:A級(jí)表面質(zhì)量 RTM專(zhuān)用樹(shù)脂;較高溫度RTM工藝參數(shù);注射設(shè)備的評(píng)估等。比利時(shí)最大的玻璃鋼生產(chǎn)企業(yè)Indupol公司,成功地開(kāi)發(fā)了RTM樹(shù)脂及其相應(yīng)的工藝技術(shù),不但能保證制品生產(chǎn)的重現(xiàn)性,還可減少工時(shí)。DSM樹(shù)脂公司開(kāi)發(fā)不飽和聚酯和聚氨酯的混合型樹(shù)脂,其性能可達(dá)到:粘度低于 200~400MPa.s(室溫下);低溫下固化速度快(70℃下膠凝時(shí)間為1分鐘);
(3)結(jié)構(gòu)反應(yīng)注射模塑工藝(SRIM)
該工藝成型設(shè)備應(yīng)包括以下幾個(gè)部分:增強(qiáng)材料預(yù)成型機(jī),生產(chǎn)模具,工夾具和注射機(jī)等。工業(yè)化生產(chǎn)時(shí),SRIM往往需要配套有增強(qiáng)材料預(yù)成型機(jī),預(yù)成型周期約為幾分鐘。通常有兩種預(yù)成型方法,一種是連續(xù)短切氈熱成型方法,用紅外線加熱氈片,加上粘結(jié)劑熱壓固化預(yù)成型;另一種是直接噴射玻璃纖維方法,采用短切纖維和混有少量粉狀粘結(jié)劑一起噴射,并吸咐到篩子屏上,而后熔融、預(yù)成型固化冷卻。當(dāng)今的遙控技術(shù),可使纖維準(zhǔn)確地鋪放在所需的地方。對(duì)于某些產(chǎn)品,例如平板,可以不需要預(yù)成型工藝,也經(jīng)常可以不在線預(yù)成型,由合作伙伴按制品的形狀,完成預(yù)成型工藝。
SRIM模具,可用不同的材質(zhì)制成。通常 SRIM工藝的年批量,可達(dá)數(shù)千件以上,因而往往采用鎳質(zhì)模具,也可使用鋁質(zhì)模具或合金模具。這些非鋼質(zhì)模具,不但所施壓力和溫度可以降低,而且可節(jié)省較多的模具費(fèi)用。一般講,SRIM 的閉模效果較為嚴(yán)密,所施的壓力范圍較寬,注射壓力較低,平均值約為1MPa。注射機(jī)通常有兩個(gè)預(yù)混合器,一般均在非臨界狀態(tài)下混合樹(shù)脂,混勻比例較寬。混勻樹(shù)脂經(jīng)過(guò)預(yù)混合器后,注射至加熱的模具內(nèi)。注射機(jī)價(jià)格,介于噴射成型機(jī)和PU混合機(jī)之間。
SRIM工藝的特點(diǎn)如下:無(wú)苯乙烯揮發(fā)量;產(chǎn)品質(zhì)量較好,兩面光亮,無(wú)纖維外露;制品內(nèi)增強(qiáng)材料的含量和定位較為準(zhǔn)確,因而其強(qiáng)度較高;設(shè)備投資較為低廉。其制品開(kāi)發(fā)的主要市場(chǎng),是運(yùn)輸、建筑電工電子等行業(yè)。