[分享] 每日更新20241114【战疫纪念~2022春天～上海疫情封控】《乙烯基酯树脂及其树脂重防腐应用》更新到第五版

（6）手糊玻璃钢产品易产生的缺陷和解决方法

7.1.2 树脂喷射成型（SP）

（1）定义

喷射成型工艺是将混有引发剂和促进剂的不饱和聚酯树脂从喷枪喷出，同时将玻璃纤维无捻粗纱用切割机切断并由喷枪中心喷出，纤维切断、喷散、树脂雾化，与树脂一起均匀沉积到模具上。待沉积到一定厚度，用手辊滚压，使纤维浸透树脂、压实并除去气泡，最后固化成制品。

（2）工艺流程

喷射成型工艺是为改进手糊成型工艺而开发的一种半机械化成型工艺，是手糊工艺的变形升级。

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（3）分类

喷射成型工艺按喷射动力分为气动型和液压型。气动型：空气引射喷涂系统，靠压缩空气的喷射将胶液雾化并喷到芯模上，部分树脂和引发剂容易扩散到周围空气中，目前较少使用。液压型：无空气的液压喷涂系统。靠液压将胶液挤成滴状并喷涂到模具上，因没有压缩空气喷射造成的扰动，没有烟雾，材料浪费少。

喷射成型工艺按胶混合形式分：内混合型、外混合型和先混合型。内混合型将树脂与引发剂分别送到喷枪头部的紊流混合气充分混合，引发剂不与压缩空气接触，不产生引发剂蒸汽，对环境污染小，其缺点是喷枪易堵，必须用溶剂及时清洗。外混合型是引发剂和树脂在喷枪外的空气中混合，由于引发剂在同树脂混合前必须与空气接触，引发剂容易挥发，因此既浪费材料又引起环境污染。先混合型是树脂、引发剂和促进剂分别送至静态混合器充分混合，然后再送至喷枪喷出。

（4）优缺点

喷射成型工艺优点：①生产效率比手糊法提高2～4倍；②利用粗纱代替织物，降低了材料成本；③成型过程中无接缝，制品的整体性好；④减少了飞边、裁屑和剩余胶液的损耗；⑤可自由调节产品壁厚、纤维与树脂的比例及纤维的长度。

喷射成型工艺缺点：①产品的均匀程度在很大程度上取决于操作工人的熟练程度；②树脂含量高，增强纤维短，制品的强度较低，耐温性能差；③因过量喷涂而造成原材料损耗大；④阴模成型比阳模成型难度大，小型制品比大型制品难度大；⑤现场粉尘大，工作环境恶劣；⑥初期投资比手糊成型大。

（5）原材料选择

喷射成型工艺原材料选择：①满足产品设计的性能要求；②适应喷射成型工艺的特点要求；③价格便宜，货源充足。

符合喷射成型工艺的树脂要求：①粘度适宜300mPa·s～800mPa·s，要求树脂易于喷射并易于雾化，易浸润玻璃纤维，易于脱泡；树脂粘度过大，将使喷射成型工艺无法进行；②预触变，触变指数一般控制在1.5～4.0；触变性在喷射成型和手糊成型中很重要。因为成型大型玻璃钢制品或在垂直面操作时，树脂容易向下流动，如果单纯采用高粘度树脂，一方面不易浸渍玻璃纤维制品，树脂中的气泡也不易排出；另一方面工艺无法进行；③促进剂，选择合适的促进剂；采用钴盐时，可显著降低树脂的粘度触变性，同时也容易使树脂流失，作业时必须注意；④固化特性，选择适合于固化特性的树脂；因制品的形状、大小、作业时的温度、树脂的粘度不同，树脂的喷射量、脱泡作业时间的变化，应选择具有适合于固化特性的树脂；⑤固化稳定性，对双喷头喷射机，树脂的稳定性特别重要，所以含有固化剂的料罐和含有促进剂的料罐要保持一定温度；⑥浸渍脱泡容易，要求树脂要对玻璃纤维的浸润性好，且易脱泡。

符合喷射成型工艺的纤维要求：①硬挺度适当，切割性良好；②不产生静电，分散性好；喷射成型工艺采用的增强纤维是粗纱，为防止粗纱带电，常用的表面处理剂以沃兰为主；纤维分散性好是保证喷射制品厚度及纤维含量均匀的重要因素，特别是在垂直面上喷射时，树脂和纤维不能从模具上脱落下来；③与树脂的浸渍性好，易脱泡；④高速开卷时不乱；⑤附脱性良好。

（6）成型设备

压力罐供胶式喷射成型机特点：①设备简单，无运动机构，投资少，易维修；②两个胶罐，一个装树脂引发剂，一个装树脂促进剂，靠输入罐中一定压力的气体为动力，迫使胶液通过管道，进入喷枪而被连续喷出。

压力罐供胶式喷射成型机工作原理：两个压力罐6和7分别与两个胶液喷枪相连。喷射成型时。由压力气源供给的具有一定压力的气体。经气水分离器分作四路：一路经调压阀5分别进入两个压力贮罐，实现树脂胶液的连续喷射；一路经调压阀3进入喷枪体后部气缸中，用以调控喷枪胶液喷射量；一路经调压器9用于驱动纤维切割喷射器气动马达带动切割辊旋转，实现纤维的连续切割；一路经调压阀10供给喷枪使胶液零化和供给纤维切割喷射器喷射短切纤维。

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泵供胶式喷射成型机分两种：①树脂、辅助剂各自的泵供各自喷枪，在喷射过程中于枪外空间交叉混合；②树脂、辅助剂各自泵输入静态混合器中，充分混合后再由同一个喷枪喷射。只用一个胶液喷枪，且喷枪结构简单、质量轻，喷射过程中引发剂浪费少。

泵驱动方式有两种：①电动式，结构复杂笨重移动不便，最大缺点是不易控制；②气动式，结构简单、轻便，性能稳定，压力及流量波动小，工艺性好，适用性较强，缺点是需配备空压机。

泵供胶式喷射成型机工作原理：空压机通过配气缸同时供给气缸、喷枪、纤维切割喷射器一定压力的气体。通过改变辅助剂泵柱塞在摇臂上的位置，准确调控树脂同辅助剂间的流量配比。在泵与喷枪间串联一个静态混合器。树脂泵和辅助剂泵压出的树脂与辅助剂得到充分混合，然后流入喷抢并在喷射气体作用下喷射到模具表面。同时，工作气体驱动纤维切割喷射器的气动马达，将玻璃纤维连续切割成短切纤维喷出，并同时混合粘附到模具上。

泵罐组合供胶式喷射成型机：树脂由泵供给，辅助剂由压力罐供给。既有压力罐供胶结构简单的特点，又有泵供胶供胶量准确的特点。由于辅助剂用量少，可长时间不用上料，克服了压力罐频繁加料的麻烦。

喷射成型设备喷射成型机组成：①用于输送树脂或固化剂的泵；②固化剂压力罐；③洗涤溶剂压力罐；④增强材料切割器（主要由切割辊、垫辊、牵引辊、气动马达、气缸活塞、机壳等组成，纤维在旋转的切割辊与垫辊之间被切断并被喷射气流吹散，连续向外喷出）；⑤用于控制的各种空气调节器和计量器；⑥输送材料的各种软管；⑦喷枪。

树脂胶液喷枪按喷枪喷嘴数目分：单喷嘴喷枪、双喷嘴喷枪、多喷嘴喷枪。树脂胶液喷枪按喷枪喷嘴开启控制方法分：气动控制型、手动控制型。树脂胶液喷枪按喷枪胶液雾化动力分：气压雾化型、液压雾化型。树脂胶液喷枪按树脂与引发剂的混合空间分：枪内混合型、枪外混合型。

（7）成型工艺参数及要点

①喷射成型工艺参数：

a)纤维，选用前处理过的专用无捻粗纱，含量28%～33%（过低，辊压容易，强度太低；大于45%时，辊压困难，气泡较多），长度25mm～50mm（小于10mm，制品强度降低；大于50mm，不易分散，输送较困难）；

b)树脂含量，不饱和聚酯树脂，含胶量60%左右。含胶量过低，纤维浸渍不均，粘结不牢，通过调节喷枪气缸中的气体压力，可以控制单位时间内的树脂喷射量；

c)胶液粘度，300mPa·s～800mPa·s，触变度1.5～4.0，易于喷射雾化、易于浸渍玻璃纤维、易于排除气泡而又不易流失；

d)喷射量，在喷射成型中，应始终保持胶液喷射量与纤维切割量的比例适宜。在满足这一条件下，喷射量太小，生产效率低，喷射量过大，影响制品质量。喷胶量8g/s～60g/s，始终保持胶液喷射量与纤维切割量的比例适宜；

e)喷枪夹角，喷枪夹角对两种不同组分树脂在枪外的混合均匀度影响很大。一般选20゜夹角为宜。喷枪与成型表面距离距模具350mm～400mm；

f)喷射压力，喷雾压力大小要能保证两种树脂组分均匀混合，同时还使树脂损失量最小。压力太小树脂混合不均匀，太大时树脂损失过多。粘度200mPa·s时，0.3MPa～0.35MPa。

综上所述，喷射成型工艺参数归纳如下：

树脂储罐压力49kPa   玻璃纤维粗纱切断长度40mm

树脂喷雾压力343kPa  玻璃纤维含量30%～40%

喷射直径1.2mm～3.5mm  喷枪口与成型表面距离350mm～400mm

喷枪口夹角20゜

②喷射成型的工艺要点：

a)环境温度25±5℃（过高，固化快，系统易堵塞；过低，胶液粘度大，浸渍不均，固化慢）；

b)喷射工序标准化，以免因操作者不同而产生过大的质量差异；

c)压力要稳定，为避免压力波动，喷射机应由独立管路供气；气体要彻底除湿，以免影响固化；

d)树脂应根据需要加温、保温，以维持胶液粘度适宜；

e)准确调节胶及纤维的喷射量；为避免压力波动，造成喷射量不稳定，喷射机应由独立管路供气;

f)纤维切割要准确；喷射开始应注意纤维和树脂的喷出量，调整气压，以达到规定的纤维含量；纤维切割不准时，要调整切割辊与与支撑辊间隙；

g)喷射成型时，在模具上先喷射一层树脂，然后再开动纤维切割器。喷射最初和最后层时，应尽量薄些，以获得光滑表面；

h)喷枪移动速度均匀，不允许漏喷，不能走弧线、相邻两个行程间重叠宽度应为前一行程的1/3宽，以得到均匀连续的涂层；

i)每个喷射面喷完后，立即用压辊滚压，整修毛刺，排出气泡，然后再喷第二层；

j)调整好喷枪的角度和距离，进而调节纤维和胶液的喷涂直径，以期得到最好的脱泡效果；

k)特殊部位的喷射：喷射制品曲面时，喷射方向应始终沿曲面法线方向；喷射沟槽时，应先喷射四周和侧面，然后在底部补喷适量纤维，防止树脂在底部集聚；喷射转角时，应从夹角部位向外喷射，防止在夹角处出现集聚。

（8）喷射成型质量控制与质量检验

①喷射成型存在的问题是分散性大，为降低分散性，必须使材料、技术、设备维护、工艺管理制度化、标准化。

a)验收材料的检验项目：树脂固化特性、树脂粘度、树脂触变指数、纤维纱硬挺度、纤维纱浸渍性、纤维纱切割加工性、纤维纱分散性；

b)操作标准：喷射参数及喷射方法、脱泡方法、缺陷的解决方法；

c)工程管理项目：树脂温度、模具、喷射时树脂与纤维比，喷射量，重量、固化温度、模具温度、硬度；

d)设备管理项目：喷射成型化、泵、空气压缩机、固化炉，输送管道。

②喷射成型主要质量检验项目

a)常规检验：目测检验（对中间产品及成品的内、外表面进行观测看是否有缺陷、伤痕等）、重量检验（由制品的重量来检验材料用量重量在规定范围之外视为不合格）、厚度检验（厚度由精度为0.1mm的量具测量）、密封性检验（各种产品均应进行水密性试验，在规定的时间内，观察是否有漏水或冒汗，渗漏视为不合格，经修补后再检验）、其他如尺寸检查、功能检查、结构检查等；

b)性能检验：结构部件及重量部位的强度检验，制品整体强度的检验。

（9）喷射成型制品的缺陷与防止

7.1.3 树脂传递模塑（RTM）成型、树脂传递真空模塑成型（VRTM）、反应注射模塑（RIM）和增强型反应注射模塑（RRIM）

（1）树脂传递模塑成型（Resin Transfer Molding，RTM）

RTM成型工艺过程：将热固性树脂及固化剂混合均匀后注入事先铺有玻璃纤维增强材料的密封模内，经固化、脱模制得制品的过程称为树脂传递模塑，简称（RTM）。

树脂传递真空模塑成型（VRTM）成型工艺过程：也是闭模低压成型的一种，树脂注射压力范围为0.4MPa～0.5MPa，当要求纤维含量体积比超过50%时，压力达0.7MPa。纤维含量主要与树脂注射压力有关，或者与VRTM真空度有关。

树脂胶凝过程开始前，必须让树脂充满模腔，压力促使树脂快速传递到模具内，浸渍纤维材料；为了提高树脂浸透纤维能力，可选择真空辅助注射。VRTM成型优点：纤维含量高、制品尺寸稳定、质量稳定、环保、劳动强度低、操作简单、制品表面光滑、周期短、制品可大型化、强度可设计性、可与芯材等嵌件一体成型等。VRTM成型缺点：易制作较小产品，模具较手糊与喷射工艺用模具要重、复杂，价位也高一些，还存在未被浸渍的材料导致边角料浪费等缺陷。有些时候，RTM或VRTM需要与手糊成型工艺相结合使用。

RTM、VRTM成型用原材料：①通用型不饱和聚酯树脂应用最广泛，价格低廉，固化速度快，可使制品生产周期加快。树脂系统要求：a)粘度低，250mPa·s～300mPa·s。超过500mPa·s，需较大的泵压力，一方面增加了模具厚度，另一方面模内玻璃纤维有被冲走或移位的可能；低至100mPa·s，易夹带空气，使制品出现针孔；b)固化放热峰低，一般为80℃～140℃；c)固化时间短，5min～30min凝胶，10min～60min固化；②玻璃纤维含量25%～40%，多用毡、无捻布等。增强材料性能要求：a)铺覆性好，增强材料在无皱折、不断裂和不撕裂情况下，能容易制成与工件相同的形状；b)质量均匀性好；c)容积压缩系数要大，对制品的机械性能和树脂注入压力有较大影响；d)耐冲刷性好，增强材料在树脂注入时，能较好地保持其原有的位置；e)对树脂流动阻力小，机械强度高；③一般以无机材料做填料，其作用是降低成本、吸收树脂固化时放热。掺加量大，会增加黏度，一般掺加量是树脂的20%～40%（质量比）。

RTM、VRTM成型工艺特点：①设备投资少，用小吨位压机能生产大型制品（相对模压）；②制品双面光滑，尺寸稳定，容易组合；③允许制品带有加强筋、镶嵌件和附着物，可设计性好，可局部加强，甚至生产泡沫夹层结构；④模具制作较方便（相对模压）；⑤对树脂和填料的适应性广；⑥生产周期短，劳动强度低，原材料损耗少；⑦产品后加工量少；⑧环境污染小（闭模，单体苯乙烯挥发少）。

（2）反应注射模塑（RIM）与增强型反应注射模塑（RRIM）

RIM、RRIM的生产工艺：①反应注射模塑（Reaction Injection Molding，RIM）利用高压冲击，混合两种单体物料，工艺过程中既控制物料的反应温度，又控制物料的注射率，是在模具内直接成型制品的较先进的注射模塑工艺；RIM不含增强材料与填料；②RRIM（Reinforced Reaction Injection Molding，RRIM）物料里含有增强材料或填料。

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RIM、RRIM的模具设计要点：①变更零件的设计，使其容易成型；②尺寸的极限部位和成型收缩的允许范围；③表面装饰的程度、表面花纹、模具分割线的允许部位；④浇口和出气口的位置布置要最有利于树脂的注入；⑤顶出销的位置；⑥脱模斜度；⑦成型数量。

模具材质：淬火的合金钢、中碳钢、软钢、铝、铸铁、锌合金等。根据制品形状的复杂程度、尺寸的精度和表面光滑性的要求、原型模具用还是生产用、成型数量等进行适当的选择。

RIM、RRIM的原材料：①树脂系统（聚氨脂，聚脂，环氧，尼龙等）要求：a)必须是由两种以上的单体制成；b)单体应在室温下稳定；c)容易用泵送出；d)产生急速放热固化反应；e)在反应中不生成副产物；②增强材料材料状况：a)磨碎纤维由长玻璃纤维经粉碎、过筛，直径10μm～17μm；b)短切纤维由纤维剪成一定的长度，直径10μm～17μm；c)玻璃微珠是玻璃粉经熔融后制成的球状物，吸油量少，加入到树脂时，与其它填料相比，体系的粘度增加小，可降低制品的热膨胀系数，直径30μm～100μm。

RIM工艺特点：①生产设备费用低，投资少；②设计自由；③模塑的压力低（0.35MPa～0.7MPa），制品无模压应力；④制品里镶嵌件等工艺简便；⑤模内物料流动性好；⑥加工的能耗低；⑦可加工大型部件。

RRIM工艺特点：①模具费用低，制品的生产成本低；②反应模塑时制品（在模内）内部发热量小；③制品的收缩率低；④制品的表面性能好，表面硬度高；⑤耐热性好；⑥制品的尺寸稳定性好；⑦抗压强度高；⑧耐化学腐蚀性好。

7.1.4 浇铸成型、喷射成型、真空袋成型、预浸料成型、离心成型

VER人造石、VER聚合物混凝土多采用浇铸成型。VER树脂相对收缩率比不饱和聚酯树脂要小，在浇铸成型时尤其需要注意。

VER的真空袋成型：把含浸VER的增强材料，叠置在模具上并用塑料薄膜将它密封，用真空把增强材料内部及周围的空气和剩余的基体同时赶出并固化成型。它多用于现场修补及现场施工场合。成型注意点和UPR是一样的。

VER预浸料成型，和UPR、VER预浸料成型方法类似，只是侧重于终端的重防腐领域的现场修补场合。预浸料的制法也很多，但都逃不出先增稠的A阶段，增稠方法请参见本书“4.3 可增稠性”的介绍。重防腐乙烯基酯树脂的增稠预浸渍片材料是目前市场新起来的热点。

VER离心成型，典型的就是HOBAS管道离心成型。成型方法及注意事项和UPR完全一样。离心成型是制造圆筒形制品的方法，制品壁厚均匀。离心成型主要用于生产大直径管道，管道直径可达5m，制品质地致密，无空隙、无气泡、强度高。