树脂基复合材料成型工艺读本全书
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3.2 连续制板成型工艺过程及设备

连续制板机组长48~80m,波纹板宽度为0.5~1.53m(最宽可达3m),机组生产能力为0.8~2.5m/min。机组主要由以下几部分组成:树脂的配料和加料、切丝沉降、纤维浸润及去除气泡、烘窑及通风和切割(图3-2)。

图3-2 连续制板机组

1—树脂储罐;2—搅拌器;3—铺胶刮板;4—玻璃纤维粗纱;5—沉降室;6—压辊;7—纵向纤维;8—薄膜;9—均布辊;10—加压钢丝;11—压辊;12—刮板;13—成型模板;14—固化室(a—预热定型;b—定型固化;c—保温);15—牵引辊;16—纵向切割;17—横向切断

波纹板的主要生产工艺过程:从带有张力的薄膜架上,引出下薄膜,水平方向向前移动(有的机组首先将胶衣树脂涂覆于下薄膜上通过薄膜炉)。将配制好的树脂通过滤网落在运行着的薄膜上,用刮刀将树脂均匀地涂布在薄膜上,树脂含量由刮刀和薄膜间的间隙大小(或使用百分表)来控制。在下薄膜上方是一个切丝沉降室,把无捻粗纱切成50mm定长纤维,均匀地降落在涂有树脂的下薄膜之上,然后放上纵向尼龙(或涤纶)长纤维(间隔10mm),把蓬松的玻璃纤维网住,再通过两道螺纹压辊,把玻璃纤维压入树脂中,使之浸润,最后合上上薄膜(可用经过表面处理的薄膜,黏附后不容易脱落),成为一体继续向前运行。合成一体的夹层材料通过两道人字形橡皮刮板,被除去气泡之后送入预成型区。预成型区是由20道木模板上下错开排列而成。木模板的波形由浅到深,波宽由宽到窄。初具瓦形的材料进入窑内加热固化,然后出窑,聚酯薄膜从波纹板上剥离收卷以备再用。波纹板经切边、再切割成用户所需的长度(有的机组还有对波纹板进行清洗及干燥的程序)。

3.2.1 树脂的配料与加料

使用胶衣树脂和薄膜炉的机组。胶衣树脂的厚度及薄膜炉温度的控制是至关重要的。胶衣树脂的好坏是用手触摸来检验的,良好的胶衣树脂应在薄膜炉出口处发黏,当进入芯子树脂区域应软而不黏。胶衣树脂的凝胶与否是靠调节温度来控制的,而调节炉温的依据是生产线速度。如果要提高或降低生产线速度,必须调整胶衣树脂凝胶温度。否则胶衣树脂就会出现过老或过嫩。过老的胶衣树脂结合不好,易产生起皮、气泡、脱落;过嫩的胶衣树脂会被芯子树脂部分或全部“吃”掉——溶解。这样就失去了胶衣树脂的保护作用。

真空泵把树脂从树脂桶内抽到反应锅内,锅底有两根管子通至搪瓷配料桶,桶内装有搅拌器,桶下端有阀门,配好的树脂由阀门流出,经尼龙网筛流至下薄膜上(聚酯薄膜厚度以0.03mm、0.04mm为好)。薄膜上树脂胶液用量由刮刀来控制,刮刀座落在下薄膜两边的支座上,刮刀在支座上旋转来控制与薄膜间的间隙(有刻度来表示),1mm厚的波形瓦,间隙为0.9mm(可用百分表控制)。当停车时电磁铁将刮刀吸下,阻止树脂向前移动。刮刀本身的锐角,角度越小,线性越好,越容易控制。刮刀材料可用玻璃钢、铝板或五夹板制作。

3.2.2 切丝沉降

(1)切丝 在成型室内把无捻粗纱经导纱装置送入带有一排切刀的短切机,短切成50mm的定长纤维。成型室内有调温调湿装置控制房间里的温、湿度。有的机组的制毡房是由3个风流系统、8对纤维切割器及1套温度湿度控制装置组成。

短切机一般采用三辊式,即底下一组为切丝轮组,刀轮为长刀型,直径94mm,长200mm,其圆周为6把刀,一根轴上有两组刀,刀片材料为W18Cr4V,硬度为RC 63°~66°,橡胶轮为聚氨酯橡胶,直径100mm,其邵尔硬度为70左右。选用长刀,纱在摆动的木条上在刀刃范围内来回,刀的寿命延长了,管理也方便,减轻了劳动强度。

短切机坐在沉降箱之上,由于工艺上要求瓦在运行中速度有时作无级变化,短切纤维的供应量也随之而无级变化,因而采用无级变速特性的电磁调速电机,其型号为JZT31-4。

(2)沉降 用高压气流把切断的短切纤维吹散,无定向地均匀地分布在沉降箱底下的薄膜上。

直接沉降风量大小的调节,通过刀轮下风口处的阀加以控制,沉降箱为长方形,尺寸为1000mm×1200mm×3000mm。通过沉降后的纤维达到工艺上的要求,均匀地分布在薄膜上。

(3)切丝量的计算 单位面积切丝量按下式计算:

Q=nπDTV×10-6/NWV  (3-1)

式中 Q——单位面积切丝量,kg/m2

n——纱的筒数;

D——送丝辊直径,mm;

T——纱股数;

V——切丝速度,r/min;

N——纱支数,m/g;

W——波瓦展开面的宽度,m;

V——机组开车速度,m/min。

3.2.3 去除气泡

采用三只滚筒,第一只滚筒有小槽起固定尼龙丝作用,第二、第三只是压辊,10mm内分别有1.5mm和1.0mm齿。滚筒下面有尼龙丝,通过滚筒将玻璃纤维压入树脂中,然后覆盖上薄膜,夹层材料通过5只错位滚筒,再用4个橡胶刮刀去除板中的气泡。

3.2.4 波形瓦成型及烘窑

(1)成型区 在烘窑内,赶好气泡的夹层材料,通过20道木模板逐渐成波形的过程称为成型。成型架长度为4~9m,架子上放着20道上下错开、由浅入深、由宽到窄的小模板,模板间隔为200mm,架子前区的2m长为夹层材料波形的变化区域,成型区内有加热设施。里面以红外灯泡加热,由变压器调节温度。

(2)凝胶区 波纹板在进入加热烘窑时尚未完全固化,尚存在发生变形可能,这就要采取措施来保证波纹板形状稳定。通常是采用直径33mm圆管子,两头弯成90°,其上端有弹簧加压并作导向,其长为700mm,放在波谷里,波纹板通过时,能随着波纹板的厚度变化而调节,但始终压在波纹板上,对波纹板起到了稳定形状的作用,效果良好。烘窑后部加上模板防止波纹板收缩。

(3)固化区 固化区有两个烘窑,两个烘窑前后相距有2m长的空隙,前面烘窑是使凝胶态的玻璃钢波纹板达到放热阶段,温度很高,空隙使它自然冷却一下,不致因放热温度太高,使波纹板瓦产生气泡、发白等现象。波纹板进入后面烘窑进一步固化完全。

薄膜回收是通过上下两层薄膜各有一套卷取机构,加以卷取回收,为使卷取平整,并与机组运行同步,简化机构,可选用力矩电机,力矩输出的大小由调压器来控制。

3.2.5 切割

由气缸加压的二排牵引轮把波纹板引向前,根据用户要求可切割成任意长度。横向砂轮切割机和三个气缸座落在可移动的小车上,而小车座落在波纹板的下面,切割时由于电磁阀作用使气缸伸出活塞杆把波纹板夹住,使小车与波纹板同步运行,保证了波纹板的90°切割。砂轮是外径为300mm的金刚砂轮片。砂轮切割以水冷却,水中含有大量玻璃钢粉尘,水在流进下水道之前要让粉尘沉淀。在切割过程中不断有粉尘落在板材表面,机组应增加对波纹板进行清洗和干燥的过程。波纹板表面的粉尘及水分不清除干净,连续不断高速度生产的板材内部积压大量的水分及粉尘将造成波纹板上无法去除的白斑,严重影响波纹板的外观和透光率。

3.2.6 电器控制

在切丝、赶气泡与切割三个部位各有一个控制板,当机组发生故障时,三个控制板上都有停车开关,按停车后,控制板上都显示红灯,也就是说若切割部位因故障而停车后,其他两块板上也显示红灯。当故障排除后揿电钮板上显示绿色,全部是绿色则说明机组正常,切丝房内可开车。停车时纵向切边不停。另外各部分也可以单独试车。

图3-3为法国泰勒达舍米公司波形板生产机组示意图。该机组生产速度为6~12m/min,波纹板宽度为1m,厚度为0.8~2.5mm。生产速度快慢取决于所生产的板材厚度,厚则慢,薄则快。

图3-3 法国泰勒达舍米公司波形板生产机组示意图

1—纤维切割器;2—分散器;3—成毡室;4—成毡传送带;5—毡片;6—薄膜;7—表面树脂层铺设器;8—加热器;9—浸胶树脂;10—排气钢丝组;11—预热室;12—成型模板;13—固化室;14—冷却水;15—牵引机;16—纵向切边机;17—横向切断器

图3-4为美国菲隆公司连续生产波形板机组示意图。

图3-4 美国菲隆公司连续生产波形板机组示意图

1—玻纤粗纱;2—切断装置;3—松散器;4—沉降室;5—毡片;6—加热器;7—纵向纱;8—传送带;9—浸胶树脂;10—固化剂;11—耐候性树脂;12—薄膜;13—弧面辊台;14—成型和校准装置;15—固化室;16—冷却水;17—薄膜;18—牵引机;19—纵向切边;20—横向切断