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          纏繞復合材料制品的質量檢驗及控制

          放大字體  縮小字體 發布日期:2020-03-19  來源:復材應用技術網  瀏覽次數:834
          核心提示:一、纏繞復合材料用樹脂、纖維的規格要求1. 樹脂目前我國復合材料的常用樹脂以聚酯、環氧和酚醛三大樹脂為主: (1)不飽和聚酯
           一、纏繞復合材料用樹脂、纖維的規格要求
          1. 樹脂
              目前我國復合材料的常用樹脂以聚酯、環氧和酚醛三大樹脂為主:
             (1)不飽和聚酯樹脂:二元醇和二元酸(或酸酐)經過縮合反應而成的聚合物稱為聚酯樹脂,當用的二元酸中含有不飽和酸時,就叫做不飽和聚酯樹脂。常用不飽和聚酯樹脂按其適應性的不同可分為通用型、耐腐型、耐熱型、阻燃型以及低收縮型等。表7-3為不飽和聚酯的部分質量指標。

          73  不飽和聚酯質量指標

            
            
          雙酚A
          鄰苯型
          外觀
          淺黃色透明液
          淺黃色透明液
          酸值/KOH,mg/g
          1223
          1727
          粘度/25℃,Pa·s
          2.88.5
          2.57.5
          固體含量/
          5065
          6070
          膠凝時間(125℃)/min
          830
          1030

            (2)環氧樹脂:環氧樹脂是指分子中含有兩個或多個環氧基團的樹脂的總稱,用于復合材料的品種大致有以下4類:二酚基丙烷型環氧樹脂,即E型,或稱雙酚A型;酚醛多環氧樹脂,即F型;脂環族環氧樹脂;其他工業環氧樹脂。
              環氧樹脂的優點包括:粘接力強、機械強度高;因固化時無小分子生成,因而密度大,固化時收縮率低,約2%;耐腐蝕良好;耐熱性較好;良好的電絕緣性;耐火性好,固化成型方便;能耐大多數霉菌。
              環氧樹脂的缺點包括:價格較貴;樹脂粘度大(雙酚A型),室溫下多為高粘度液體或半固體,使用時要加稀釋劑,一般不能用于噴射成型;某些固化劑有毒(如脂肪胺類);脆性較大,常需加入增塑劑。表7-4為E型環氧樹脂的質量指標。

          74 E型環氧樹脂的質量指標

          項目

          E-44

          E-42

          外觀

          淡黃至棕黃色粘厚透明液體

          環氧值/(當量/100g

          0.410.47

          0.380.453

          軟化點,℃

          1220

          2127

            (3)酚醛樹脂:酚醛樹脂是最早的人工合成樹脂,是由苯酚加甲醛在催化劑存在下經過縮合而成。酚醛樹脂原料豐富、工藝簡單、價格便宜,按基本類型可分為熱塑性和熱固性兩種。
              熱固性酚醛樹脂的特點為:加熱可以固化,酸或堿對固化反應有促進作用,如加入烏洛托品可增加交聯密度;固化時有小分子放出,因此,為防止產生氣泡,其玻璃鋼一般需要加壓成型。固化時體積收縮率大約為3%~5%,對玻璃纖維粘結力差,固化后的樹脂有良好的抗壓強度及介電性能,有良好的耐水性;有良好的耐化學性;耐燒蝕性能好。表7-5為酚醛樹脂質量指標。
           

          75  酚醛樹脂質量指標

            
            
          外觀
          棕紅色粘稠液體
          游離酚含量/
          <10
          游離醛含量/
          <2
          含水率/
          <10
          粘度(落球粘度計25℃)/s
          45~65
             (4)呋喃樹脂:呋喃樹脂是以糠醇或糠醛作為主要原料在酸性催化劑存在下經過縮聚得到的含有呋喃環的一種樹脂。常見的有5個品種:糠醇樹脂、糠醛樹脂、糠酮樹脂、醇-糠醛樹脂、糠醛-苯酚樹脂。
              呋喃樹脂雖有數種類型,但是都有共同性能:耐腐蝕,耐溫,與環氧樹脂或酚醛樹脂混合改性具有很好的特色。表7-6為呋喃樹脂部分質量指標。

          76  呋喃樹脂質量指標

          項目
              
          糠醇型
          糠酮型
          糠醇糠醛型
          外觀
          紅棕色粘稠液
          黑棕色粘稠液
          棕褐色液
          樹脂含量/
          >95
          >94
           
          水分/
          <1
          <1
           
          pH
          7
          7
           
          粘度(25℃)/s
             
          20~30
          2. 纖維
              連續玻璃纖維紗是纏繞制品的主要承載材料,其制品的強度,主要取決于纖維的強度。纏繞制品對纖維的選用原則:具有較高的強度和彈性模量;對粘接劑有較好的浸潤性;有良好的工藝性,在纏繞成型中不起毛、不斷頭,同一束玻璃纖維中各股之間的張緊程度要求均勻,具有良好的貯存穩定性能。
              在纏繞過程中,按其狀態可分為有捻纖維和無捻纖維。加捻的纖維對制品的性能都有一定影響,實驗證明,加捻后的纏繞制品比無捻的纏繞制品其拉伸、彎曲強度均有所下降。因此無捻優于有捻紗。所以纏繞玻璃鋼多用無捻紗。但從工藝性能來說,無捻紗較差,使用中易發生松散、起毛,張力控制困難,不利于成型。目前,國內生產的無捻粗紗單絲直徑一般為11~13μm,是由多膠原絲絡紗而成。每個紗筒直徑和高度一般為Φ250mm7250mm,卷袋質量16~17kg或Φ300mm7250mm,20kg左右。
          二、復合材料的質量檢驗及控制
             對于纏繞成型復合材料制品,一般要注意以下幾方面的檢驗。
          1. 外觀檢查
           (1)氣泡。耐蝕層表面允許最大氣泡直徑應為5mm,每平方米直徑不大于5mm的氣泡少于3個時,可不予修補,否則,應將氣泡劃破修補。
           (2)裂紋。耐蝕層表面不得有深度0.5mm以上的裂紋。增強層表面不得有深度為2mm以上的裂紋。
           (3)凹凸(或皺紋)。耐蝕層表面應光滑平整,增強層的凹凸部分厚度應不大于厚度的20%。
           (4)泛白。耐蝕層不應有泛白處,增強層泛白區最大直徑應為50mm。
          2. 固化度和襯里微孔的檢查
           (1)現場檢查
             ①手觸復合材料制品表面無粘手感。
             ②用干凈棉紗蘸取丙酮放于制品表面觀察,棉紗是否出現顏色。
             ③用手或硬幣敲擊制品發出的聲音是模糊還是清脆。
              若手感發粘、棉紗變色、聲音模糊,即認為制品表面固化不合格。
           (2)呋喃復合材料制品固化度簡易檢驗。取一試樣浸入盛有少量丙酮的燒杯中,封口,浸泡24h,以試樣表面光滑完整,丙酮不變色作為固化的標志。
           (3)巴氏硬度計檢驗。通過測試巴氏硬度來間接地考核復合材料的固化程度,采用巴氏硬度計,其型號可以為HBa-1型或GYZJ934-1型,用測得的巴氏硬度換算出近似固化度。固化比較理想的纏繞復合材料制品的巴氏硬度一般為40~55,測定方法應符合《纖維增強塑料巴氏硬度試驗方法》(GB3587-87)的規定。
           (4)襯里微孔檢查。必要時,復合材料襯里設備可采用電火花檢測器或微孔測試儀進行抽樣檢查。
          3. 缺陷及修復
           (1)制品表面發粘,其主要原因如下。
             ①空氣中濕度太大。由于水蒸氣對聚酯、環氧樹脂均有延緩并阻礙固化的作用,甚至能造成表面永久發粘、制品長期固化不完全等缺陷。因此,要保證在相對濕度低于80%的情況下進行玻璃鋼制品的制作。
             ②聚酯樹脂中石蠟加得太少或石蠟不合要求而導致空氣中氧的阻聚作用。除加適量的石蠟外,還可以用其他方法(如加玻璃紙或聚酯薄膜)將制品表面與空氣隔絕。
             ③固化劑、促進劑用量不符合要求,因此在配制膠液時應嚴格按小樣試驗確定的配方控制用量。
             ④對于聚酯樹脂而言,苯乙烯揮發太多造成樹脂中的苯乙烯單體不足。這一方面要求樹脂膠凝前不能加熱,另一方面環境溫度不宜太高(常為30℃左右為宜),且風量不宜太大。
           (2)制品氣泡太多,其原因如下。
             ①趕壓氣泡不徹底,每一層鋪敷、纏繞都要用輥子反復滾壓,輥子應做成環向鋸齒型或縱向槽型。
             ②樹脂粘度太大,在攪拌或涂刷時,帶入樹脂中的空氣泡不能被趕出。需要適當加入稀釋劑。聚酯樹脂的稀釋劑為苯乙烯;環氧樹脂的稀釋劑可選用乙醇、丙酮、甲苯、二甲苯中的任何一種。呋喃樹脂和酚醛樹脂的稀釋劑為乙醇。
             ③增強材料選擇不當,應重新考慮所用增強材料的種類。
             ④操作工藝不當,應根據樹脂及增強材料種類的不同,選擇適當的浸膠、涂刷、滾壓角度等工藝方法。
           (3)制品的分層現象,原因如下。
             ①纖維織物未做前處理,或處理不夠。
             ②織物在纏制過程中張力不夠,或氣泡過多。
             ③樹脂用量不夠,或粘度太大,纖維沒有被浸透。
             ④配方不合適,導致粘接性能差,或固化速度過快、過慢造成。
             ⑤后固化時,工藝條件不合適(一般是過早熱固化或溫度過高)。
             無論何種原因造成的分層現象,都必須徹底鏟除分層部分,并用角向磨光機或拋光機打磨掉缺陷區以外周邊的石蠟樹脂層,寬度不小于5cm,然后再按工藝要求重新進行鋪層。
             對于以上各種缺陷,不管何種原因,都應采取適當的辦法徹底消除,以達到質量要求。

           
          關鍵詞: 復合材料 纏繞
           
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