• 2025-12-26 22:15

玻璃纤维复合材料的发展及其着色

    树脂基复合材料1932年在美国出现,1940年以手糊成型制成了玻璃纤维增强聚酯军用飞机的雷达罩。其后不久,美国莱特空军发展中心设计制造了一架以玻璃纤维增强树脂为机身和机翼的飞机,从此纤维增强复合材料开始受到军界和工程界的注意。1946年纤维缠绕成型技术在美国出现,为纤维缠绕压力容器的制造提供了技术贮备。1949年研究成功玻璃纤维预混料并制出了表面光洁,形状准确的复合材料模压件。1950年真空袋和压力袋成型工艺研究成功,并用复合材料制成直升飞机的螺旋桨。上世纪60年代美国利用纤维缠绕技术,制造出大型固体火箭发动机的壳体,为航天技术开辟了轻质高强结构的佳途径。在此期间,玻璃纤维-聚酯树脂喷射成型技术得到了应用,使手糊工艺的质量和生产效率大为提高。1961年片状模塑料(Sheet Molding Compound, 简称SMC)在法国问世,利用这种技术可制出大幅面表面光洁,尺寸、形状稳定的制品,如汽车、船的壳体以及卫生洁具等大型制件,从而更扩大了树脂基复合材料的应用领域。1963年前后在美、法、日等国先后开发了高产量、大幅宽、连续生产的玻璃纤维复合材料板材生产线,使复合材料制品形成了规模化生产。拉挤成型工艺的研究始于上世纪50年代,60年代中期实现了连续化生产,70年代拉挤技术又有了重大的突破,近年来发展更快。除圆棒状制品外,还能生产管、箱形、槽形、工字形等复杂截面的型材,并还有环向缠绕纤维以增加型材的侧向强度。在70年代树脂反应注射成型(Reaction Injection Molding, 简称RIM)和增强树脂反应注射成型(Reinforced Reaction Injection Molding, 简称RRIM)两种技术研究成功,进一步改善了手糊工艺,使产品两面光洁,现已大量用于卫生洁具和汽车的零件生产。1972年美国PPG公司研究成功热塑性片状模塑料成型技术,1975年投入生产。这种复合材料大特点是改变了热固性基体复合材料生产周期长、废料不能回收问题,并能充分利用塑料加工的技术和设备,因而发展得很快。制造管状构件的工艺除缠绕成型外,80年代又发展了离心浇铸成型法,英国曾使用这种工艺生产10m长的复合材料电线杆、大口径受外压的管道等。新生产工艺的不断出现推动着聚合物复合材料工业的发展。
    的复合材料起始于1958年,先用于军工制品,而后逐渐扩展到民用。1958年以手糊工艺研制了玻璃钢艇,以层压和卷制工艺研制玻璃钢板、管;1962年引进不饱和聚酯树脂、喷射成型和蜂窝夹层结构成型技术,并制造了玻璃钢的直升机螺旋桨叶和风洞叶片,同年开始纤维缠绕工艺研究并生产出一批氧气瓶等压力容器。1970年用玻璃钢蜂窝夹层结构制造了一座直径44m的雷达罩。自70年代以后玻璃钢复合材料逐渐转向民用。1981年复合材料的年产量为1.5万t,到1986年达到6.5万t,年增长率为13%。1987年以后受到国内原材料品种数量不足的影响,发展曾一度停滞。在此期间,在改革开放政策的指导下,大量引进国外先进技术,如在原材料方面引进了池窑拉丝、短切毡、表面毡、喷射纱、缠绕纱以及各种牌号树脂和辅助材料的生产技术。在成型工艺方面引进了制造管罐的大型缠绕系统、拉挤工艺生产线、SMC生产线、连续制板机组、树脂传递模型机组、喷射成型技术、树脂注射成型技术等先进工艺和设备,形成了研究、设计、生产及原材料相互配套较完整的工业体系。到1995年国内玻璃钢产量已达到16.5万t,产品近2000种,拥有缠绕生产线120条、SMC生产线31条、BMC生产线5条、拉挤工艺生产线100条,喷射机260台、RTM70台、连续制板机组3条,机械化年生产能力达25万t。从生产工艺来看,尽管引进了不少先进技术设备,但利用率不高,所有制品仍有80%是手糊成型,仅有20%由缠绕、拉挤、SMC及RTM等设备成型,因此玻璃钢工业的生产潜力很大。
    国内复合材料借助玻璃钢成型技术正逐步实现由手糊到机械化自动化的转变,但总的水平与国外先进技术还有一定距离,同时,随着生活水平的不断提高,对玻璃钢制品的外观要求越来越高,所以对玻璃钢制品的着色就成了发展过程中的另一个重点。
    对基体树脂不饱和聚酯的着色主要有2种方法,一种是用彩色胶衣,将成品色浆添加到胶衣树脂中制成彩色胶衣,再通过使用这种彩色胶衣在模具上先涂上薄薄一层,然后再继续后面的工序,达到对玻璃钢制品表面进行着色的目的,比如游艇,汽车上的一些配件,安全帽等等;另一种方法则是直接采用色浆,直接将色浆添加到不饱和聚酯树脂中,添加固化剂、促进剂后直接固化,比如纽扣、大理石制品、工艺品等。采用胶衣树脂的好处是光泽好,同时由于不同的胶衣树脂拥有一些特殊的耐性如耐候性,耐水性等非常好,对玻璃钢制品有非常好的保护作用。直接使用色浆则工艺比较简单,但性能方面比使用胶衣树脂有差距。
    江苏是生产玻璃钢用树脂的大省。彩色胶衣独树一帜,2003年全省全年总量在4500 t左右,比上年增长24%。阿什兰聚酯(昆山)有限公司继续,达2200t,其次是天马、晋伟、帝斯曼等,国内汽车业和造船业的需求扩大拉动打磨胶衣和船用彩胶的增长。
目前国内使用的色浆主要是以饱和聚酯为载体的色浆,因为饱和聚酯的储存稳定性好,放置半年以上没有问题,给厂家的应用带来方便,但是因为饱和聚酯不含双键,不会参与与过氧化物的交联,添加量稍大会给玻璃钢制品表面带来发软,硬度不好等缺陷,影响制品的成品性能。而如果使用不饱和聚酯来作为载体,则储存稳定性得不到保证,一般3个月内需要使用完,否则会出现凝胶,影响使用。
    针对这种情况,Degussa.公司研发了用不饱和聚酯作为载体的商品牌号为Polytrend 850系列色浆,该色浆的大优点就是虽然使用的是不饱和聚酯树脂为载体,但使用了特殊手段,在不影响使用的同时,保证了色浆的储存稳定性,一般储存2年以上没有使用问题。该系列色浆的添加量一般推荐加量为5%,大可以达到12.5%(重量比),不会影响到制品的性能。有人担心该系列色浆储存稳定性如此好,是否加入了过多的阻聚剂等,这样会影响到凝胶时间,对此,做了一下测试,针对间苯型胶衣树脂,23℃下,凝胶时间为3min40s左右,与使用饱和聚酯类色浆凝胶时间基本一致,不影响使用,不需要更改原来的工艺条件。
    该系列色浆另一优点是可以用于机器调色,有相应的配套色卡,共计180种颜色。Polytrend 850也可以根据客户提供的色卡来做,提供整套配方。
    目前国内的不饱和聚酯类工艺品几乎100%用于出口,大量的玻璃钢制品出口比例也在上升,作为Degussa色浆在国内的代理,诚挚希望在把我们的玻璃钢做得更加出“色”,提高玻璃钢制品档次,给广大玻璃钢制品厂家带来更多的增值服务。