玻璃钢模压工艺ＣＡＤ辅助设计

玻璃钢模压工艺ＣＡＤ辅助设计

一、模压工艺设计的重要性
　　模压工艺是玻璃钢制品批量生产时，最常用的一种工艺方法。 天和树脂 不饱和聚酯树脂专家 点击查看DS-802N模压专用树脂 将半成品原料置于压力模具中，加上压力后，原材料便会在整个模腔内流动。原材料的流动，主要取决于所施的压力及其控制方式，因而有效的压力控制，是加工模压制品工艺中的一个主要问题，甚至与最终产品的性能特性有密切的关系。
　　通常，产品设计时需了解的一个重要因素，是生产过程如何影响产品的性能。其中，以基体材料和增强材料所处的部位，对材料的特性，例如弹性模量的影响，显得更为重要。由检测一个样品所得的实测值，往往不能期望体现在其他制品上。对于各向异性制品，要做到定量化，显得更为困难。因此，设计工作经常根据各向同性材料，以及模压料没有流动性的情况而进行，并按经验数据对性能指标作出适当的调整。
　　这种设计方法，在很大程度上会导致局部区域内纤维含量的减少，以及在垂直方向上强度和刚度的降低。并且往往在制品的次要方向上，出现应力，这时设计者只能采取提高设计性能指标的办法，才能确保具有一定的安全系数。
　　综上所述，为能提高制品尺寸的精确度，在工艺设计时非常需要采用模拟生产编程，并定量地利用生产工艺对制品特性影响的有关数据。对于模压制品，精确的成型设计，不但可以得到尺寸较为精确的制品，而且能使制品成本降低。

二、ＣＡＤ辅助设计技术
　　一般讲，模压制品的生产成本，主要是原材料成本，大约占８０％～９０％。这种现代设计方法，只有通过计算机辅助设计（ＣＡＤ）来完成。由于玻璃钢成型工艺非常复杂，这一进展目前尚处于研究阶段。
　　本文简述采用ＣＡＤ方法，进行模压制品的模拟程序设计。
　　首先，将模压制品的几何尺寸图形和程控参数等信息，输入运算程序，这称为“预编步骤”。通常几何尺寸可从ＣＡＤ数据中得到，并可利用网络发生器进行分解，成为有限元素模拟（ＦＥＭ）网络。程序控制参数和材料特性，必须预先输入程序。如果今后程序能适当联网，材料特性可从数据库中直接取得。
　　其次，将上述数据输入被称为Ｅxpress的程序后，可以计算出“流动波面”。这种 Ｅxpress 程序是由 Ａachen 的 ＩＫＶ 研制成功的。经过流动模拟，就可以确定出制品的特性。例如，ＳＭＣ卡车保险杠，由于它具有对称性，因而只需计算出它一半的数据，可减少４／５的计算时间，也可大量减少记忆空间。
　　流动模拟计算，一般是在等温基础上进行的，先制造一个保险杠的线模，将有限元素网络置于线模内。并输入闭合速度、空隙位置等数据，就可显示出流动波面图象。
　　若以不同颜色区域，表示不同阶段的流动波面，只要通过特定软件的帮助，就可计算分析出特定时间、特殊区域内的流动波面图。若在计算机屏幕上发现有一个空气阱存在，熔化物从几个方向流至一点而该点又不在垂直光滑的面上，这意味着在这一点上，不能排出其中的空气。空气被高度压缩，从而会导致高温，这称为“柴油效应”。这样，该点的材料会开始热分解，其机械性能和热性能都较弱。经过实际测试，该 Ｅxpress 软件计算出的“计算点”与实测点，非常接近。
　　由此可见，这一以填充模拟理论为基础的计算模型，足以提供出模压制品的准确结果。它不但可省去机械加工步骤，而且可以计算出纤维的定向，以及各向异性材料的性质。
　　据悉，Ｅxpress 程序已将计算结果转换为商用程序，例如用于计算各向异性材料特性的应力分析等
　　目前，模压成型工艺研究中，正在开发的纤维取向和机械性能特征等课题，也可由上述计算模型方法进行解决。

三、模压工艺ＣＡＤ辅助设计功效
　　模压工艺ＣＡＤ辅助设计，具有以下的功效：
　　１、可以提供出由于原材料所处位置的不同，而使制品具有不同强度的情况，以优选出制品的性能
　　２、可以计算出某些工艺和设计参数，与一般模型试验相比，更为有益，这种用数学关系进行优选的方法，所化费用较为低廉；
　　３、可以节省模具、设备等试制费用，降低生产成本，提高生产效益，缩短成型工艺的周期；
　　４、倘若能与计算机对话状态，就可以避免出现临界部位，并获得试验计划的综合情况，这为确保产品质量，实际上已为完成质量计划提供了可靠的信息；
　　５、ＣＡＤ方法将计算机模拟开发，以及模压制品结果现场检测，与模压工艺控制有机地结合起来使对工艺过程有了更深入的了解，有助于把对成型工艺有影响的，和没有多大影响的因素区别开来，以最大限度地避免采用错误的判别方法的可能性；
　　６、可以通过模拟方法，极大地改善加工工艺的控制；
　　７、模压工艺控制所需数据，可以直接用于加工计划之中；
　　８、这些数据可组成计算机辅助工程（ＣＡＥ）的一个整体部分，并可从ＣＡＤ系统中得到更多的优异特性。

浅谈玻璃钢制品的脱模技艺

浅谈玻璃钢制品的脱模技艺

脱模，是各种玻璃钢产品成型过程中重要的一道工序，对于常用的手糊成型方法来讲，显得尤为重要。 生产玻璃钢制品时，操作者总是希望在制品成型固化以后，能够顺利脱模，但是实际上往往会出现这样或那样的粘模问题。
　　掌握好制品的脱模技术，既需要一定的技术知识，手糊工艺相关的技术要领，又需要操作者潜心钻研，积累一定的实际操作经验。 根据脱模的技术要求，脱模工序应取决于模具的合理结构设计，使用有效的脱模材料，以及掌握合适的脱模方法等三个方面的问题。实际上，只要认真操作，玻璃钢制品的脱模问题是不难加以解决的。
　　1、关于玻璃钢模具的设计
　　由于各种玻璃钢制品的形状各不相同，要设计出一个好的模具，除了满足制品的尺寸精度和使用性能等要求以外，是否容易脱模，也是评价一套玻璃钢模具的质量优劣的重要指标之一。
　　一般来讲，对于展开面比较大，并且有一个垂直向锥度的玻璃钢制品，其模具的设计则较为简单。但若遇到玻璃钢制品的垂直面较大，或者垂直壁面无锥度，甚至含有凹入方向的倒锥度，或者玻璃钢制品呈弯曲向形状，在垂直向无法手工脱模等情况时，通常在模具设计时，均采用组合式模具，以便于既可满足制品的尺寸要求，又可满足能顺利脱模的要求。
　　上述这些情况，例如筒壁较深的制品，玻璃钢管子，弯头或者阀门等。这些玻璃钢制品的组合式模具，均需根据不同形状和尺寸的具体要求而进行设计。

2、关于玻璃钢的脱模材料
　　总的要求是应能满足玻璃钢制品可以整体、快速、清洁地脱模，不但不会对模具或制品造成损坏，对模具起到一定的保护作用，并且能保持模具原有的纹理和外型。
　　目前，国内常用的脱模材料，有聚酯薄膜、聚乙烯醇（ ＰＶＡ ）和聚丙烯酰胺的乙醇溶液、脱模蜡等类。脱模剂的种类很多，其中有一些重要的脱模剂，仍属于高聚合物类，因此还可按工艺的不同要求，分为内脱模剂或外脱模剂。
　　近十年来，半永久性脱模剂的使用较为广泛，脱模效果也比较好。但据有关统计资料，粘模问题还经常发生，特别是新模具第一次脱模时，粘结情况更为突出。因此，为了达到顺利脱模的效果，除根据制品的形状和尺寸规格，选用价格适中的脱模剂外，还采用不同的脱模剂联合使用，以达到快速脱模的效果。
　　更值得引起重视的是，模具的表面后处理，以及玻璃钢模具的充分固化问题。根据理论分析，模塑树脂即使固化，但也只有 ９４％～９６％ 的交联程度，尚有 ４％～６％ 的分子活化点，这样就可能造成了较强的粘结力，从而导致脱模的困难。因此必须对模具表面，进行精细的处理，以避免制品固化时可能发生的粘结问题。因此，玻璃钢模具使用前，首先必须充分的固化，特别对已经发生过粘结，难以脱模的部位，除进行必要的修补外，还需进行认真的表面处理。

　　3、关于脱模方法
　　经常采用的是手工脱模方法，利用橡胶锤敲击模具，由于产生震动，使玻璃钢制品与模具脱开。这种手工脱模方法，既简便，又不需要增加生产成本。通过实践证明，只要模具设计得当，精心选用并刷涂脱模材料，掌握好铺层工艺技艺，树脂固化完全后，这种手工脱模方法还是十分行之有效的。
　　但是对于一些大中型玻璃钢制品，例如浴缸、船舶等，还必须采用一些不同的机械脱模方法。目前常用的机械脱模方法，有丝杆顶升法。
　　这种方法是在模具上预先设置有顶升装置，在脱模时利用顶升装置的顶块，向上产生一定的顶力，使玻璃钢制品与其模具脱离。
　　顶升装置，可以利用千斤顶，也可根据模具和制品的情况，自行设计。在设计顶块时需考虑两个因素：一是安放的顶块，在模具中所处的位置、数目和大小；二是顶块必须与模具平整，以免造成制品表面的缺陷。
　　据有关报道，有些产品可以通过使用压缩空气产生的膨胀力，从而使制品与模具分离的目的。这种气压法，是在模具中预先设置气门嘴，由气门嘴压入０.２～０.４ＭＰa压力的空气，而后产生空气的胀力，使制品和模具界面脱开。
　　通常，这种方法适用于制品强度较高，表面质量较好的玻璃钢产品。其他脱模方法，还有加楔法、灌水法、温差法等，都可在常规脱模方法难以脱模时试用。

浅析拉挤成型工艺参数的监控

一、国外玻璃钢拉挤成型工艺概况

　　随着玻璃钢拉挤制品应用领域不断扩大，国外拉挤制品的规格品种也越来越多。目前除L型、O型、U型、平板型、中空或实芯等标准拉挤制品形状外，还可生产出根据客户所要求的各种异形结构。有些多孔腔制品的芯材，现在也已实现标准化了。拉挤复合材料制品的尺寸，小的只有几个平方毫米，大的如桥梁桥面用的拉挤制品，可达几十平方米。
　　玻璃钢拉挤成型工艺天和树脂 不饱和聚酯树脂专家 点击查看DS-606拉挤专用树脂所使用的增强材料品种也很多，如玻璃纤维无捻粗纱、毡、薄布或玻纤织物，碳纤维、芳纶纤维以及它们的织物等。拉挤成型所使用的基体树脂材料，有热塑性树脂和热固性树脂两大类。聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基酯树脂和酚醛树脂等热固性树脂，常用于批量较大的拉挤制品的生产；而热塑性树脂基体，正处于开发生产的阶段。
　　目前，水平拉挤的标准型设备，一般为20～30m长，最大宽度约1.5m。这种标准型设备生产线进入端系一玻璃纤维的供纱库，其后是经干燥的或预热过的玻璃纤维纱，经过热固性树脂的浸胶槽，在模具内成型，加热后固化。
　　通常，在成型模具和拉引器之间有一个比较长的距离，玻璃钢制品可以在该段距离内，完成固化过程并逐渐冷却。生产线上使用夹具夹住制品从拉挤模具中，把玻璃钢制品拉引出来。最后由切割机，把拉挤制品切割成定长制品。

　　二、玻璃钢拉挤成型的工序及其控制参数

　　玻璃钢拉挤成型工艺，共有8道工序：纺捻、预浸渍、加热、制品固化及尺寸的校准测量、冷却、拉引和切割。通常，各个工序都有一个可在一定范围内调整的工艺参数。这些工艺参数，有些可以通过拉挤设备直接进行调整，例如模具的温度、拉引的速度等。但另有些工艺参数，例如拉挤制品的温度、受力状况、树脂的粘度等，则不能够直接通过设备进行调整。
　　显然，所有的工艺参数都将对拉挤制品的质量，包括机械性能和光学性能等，产生一定的影响。其中最主要的工序，是预浸渍、模塑成型和固化等三道工序。必须指出的是，某一个工序的工艺参数，将对其它工序产生一定的影响，例如拉引速度的快慢，就将对上述三个主要工序产生一定的影响。
　　由于拉挤成型工艺参数这种相互影响的结果，因而至今尚不可能建立起一套切实可行的工艺模型，以期达到拉挤产品质量的预定的目标。



三、玻璃钢拉挤工艺参数控制元件

　　如上所述，由于热固性树脂拉挤工艺参数条件，受其在成型模具内发生的一些复杂因素所制约，并且还要受制于其它工艺参数之间的相互影响，因此在拉挤成型时，原材料中发生的聚合反应，也比较难以进行精确地预测。
　　目前，玻璃钢拉挤模中常用的监测控制传感元件有：温度传感器，压力传感器和介电传感器等三种上述这些传感器，首先必须要解决好耐拉挤磨损的问题。另外，拉挤模的温度、玻璃纤维的体积含量，以及拉引速度的快慢等，也均将会对拉挤成型工艺参数传感器产生一定的影响。
　　目前常用的玻璃钢拉挤成型设备上，所采用的温度检测传感元件，经常在沿纤维的方向，并放置于成型模内的表面部位；而压力检测传感元件，则经常放置在拉挤模的入口处及模具的中间位置（通常拉挤模的长度约为1000mm）。这种张力式压力传感元件的表面，往往涂有铬层，以提高它对耐玻璃纤维拉挤磨损的性能。
　　拉挤成型设备中使用的介电传感元件，有薄膜式和固定陶瓷式等两种。这种介电传感元件的基本原理，主要是在两块极板之间，以高聚物作为介质，当处于交变电场中，高聚物分子将发生移动。由于交变频率的改变，高聚物分子量的大小（也可表示为聚合度的大小），粘度，以及电导率等性能考参数，也将会发生变化。也就是说，高聚物的粘度越低，电导率就越高，其电阻值就越小。
　　薄膜式介电传感器，是随玻璃纤维一起从模具腔内拉引而出，制品固化后传感器仍将留在其中，因此只能使用一次，在工业化批量生产时不太适用。固定式介电传感器是属于双板电容器类型的一种传感器。传感器将作为其中的一个极板，而另一个极板则就是模具的本身。但Index 薄膜式传感器本身，就装有两块板极。它们板片之间的排列，类似于印刷电路板的结构。
　　由于它们结构上的不同，因此，上述这两种介电传感器的电导性能，尚不能进行直接的比较。



四、拉挤工艺主要的监控参数

　　(1)电导率：要实现对拉挤玻璃钢成型工艺的监控，应该了解和掌握模腔温度、玻纤含量、抗挤速度等，对于模具腔内压力和坯料电导的影响。实际测试结果表明，在设定模腔温度、拉挤速度和玻纤含量的情况下，在拉挤模腔长度方向上，可以利用薄膜式介电传感器，测定出电导率和拉挤坯料温度的变化情况，并且能观察到有一个明显的参数变化的位置，约在模腔中间位置的附近。另外，若改变上述三个工艺参数，其电导率转变点的模腔位置，也随之会发生变化。
　　由此可见，利用介电传感器精确测量和控制模腔内的电导率变化，将是十分有效的，也是切实可行的。另外，根据不同模腔温度的实测结果，模具温度、反应进程和树脂粘度等参数，都将对模腔内拉挤坯料的电导率，产生一定的影响。
　　(2)拉挤速度：众所周知，拉挤速度是影响拉挤料反应动力学和树脂粘度的另一个重要因素。试验结果表明，较高的模腔温度和较慢的拉引速度，都将会导致反应度的增高，从而使电导值有所上升。
　　(3)玻璃纤维含量：为确保工业生产拉挤制品的质量，其玻璃纤维的含量也是十分重要的因素。根据经验，要测量并控制模具的温度比较容易，但要测出单根纤维的损耗，难度很大，并且也没有太大的实际意义。经过实测，若改变玻璃纤维的含量，则将会导致电导率的明显变化。由此可见，只要能测量出拉挤坯件的电导率，则也可充分反映出其中玻纤含量的多少。
　　(4)模腔压力：对于玻纤和聚酯树脂而言，模腔入口处和模腔中间位置的压力，比较接近，因而通常以模腔中间位置的压力，表示成拉挤模内的压力。根据实测结果，模腔压力参数与拉引速度、模内温度以及玻纤含量等的数值之间，均有一定的相联关系，并可作为拉挤工艺的主要监控参数之一。另外，拉挤模腔内的压力，还可作为拉挤制品表面质量的一个重要控制因素。 但是，必须指出的是，拉挤工艺的所用压力传感器的结构及其使用，要比介电传感器的复杂得多。
　　综上所述，拉挤工艺用的压力和介电传感器，都可有效地提供并记录其制品生产过程的控制数据，并可为高质量拉挤制品的生产，作出了科学的保证。
　　若对于拉挤制品的力学性能测试结果，与拉引速度、模具温度和传感器测得的数据进行处理，根据统计原理，就可完成玻璃钢拉挤工艺闭环质量控制过程的重要的第一步。