玻璃鋼連續(xù)板成型工藝是在連續(xù)成型機組上使不飽和聚酯樹脂浸潤玻璃纖維,然后通過模板加熱定型固化得到特定截面形狀的連續(xù)板材的一種工藝。FRP板材與其它材質板材相比,具有輕質、高強、抗沖擊性能好等特點,尤其是它具有獨特的透光性(1.2mm厚玻璃鋼透光板的透光率可達90%)及斷面的可設計性。此外,F(xiàn)RP板材還具有優(yōu)良的防腐蝕性、耐候性及顏色任意性,因此,被廣泛應用于溫室、太陽能熱水器蓋板、工業(yè)廠房、倉庫等采光、防腐及裝飾等方面。
FRP板材80年代生產工藝主要是手糊成型,生產效率低,質量不穩(wěn)定,斷面厚薄不均,表面褶皺、氣泡多,主要用于自行車棚及市場大棚等場合。二十世紀六十年代美國研制成功FRP板材連續(xù)成型技術和生產設備,我國于1985年開始引進該設備,90年代初期陸續(xù)有自主研發(fā)的生產線問世,至90年代末期,有比較成熟的國產生產線正式投入生產。自2002年始,設備國產化開始大規(guī)模推廣。
一、增強材料
FRP板材通常選用的增強材料為無堿玻璃纖維布,無捻玻璃粗紗,無堿玻璃纖維氈。90年代初期連續(xù)生產波紋板工藝曾經選用過玻璃布,生產的板材強度相對較高,但是外觀不好(尤其在透光板材應用中更明顯),工藝控制難度大,成品率低,90年代后期已不被選用。目前廠家根據(jù)自己的機組不同而選用玻璃纖維短切氈或短切無捻玻璃紗。
1、玻璃纖維短切氈
目前國內通常采用的短切氈的規(guī)格按厚度(克重)分有EMC300、EMC450、EMC600等,因EMC600在使用中搭接處比較明顯,影響外觀且容易產生廢品,現(xiàn)在使用很少。按使用寬度分有540mm、1040mm、1270mm等。短切玻纖氈是由連續(xù)長纖維經切紗輥切割成50mm短纖維,均勻撒落成薄層,再用粘結劑(一般選用粉劑)制成的片材。要求:纖維分散均勻、浸潤性好、折光系數(shù)與樹脂盡可能接近等。常用纖維氈通用指標參考下表。
玻璃短切氈性能指標
規(guī) 格 EMC300-1040/EMC450-1040
含水率% :GB/T 9914.1-2001 idt ISO 3344: 1997 ≤0.20
可燃物含量%:GB/T 9914.2-2001 eqv ISO 1887: 1995 1.8~8.5
單位面積質量g/m2:GB/T 9914.3-2001 idt ISO 3374: 2000 300±30/450±45
單位面積質量變異系數(shù)%:GB/T 9914.3-2001 idt ISO 3374: 2000 ≤6.0
苯乙烯溶解度s:GB/T 6006.1-2001 eqv ISO 2558: 2000 ≤40
浸透速率s:GB/T 17470 附錄A <100
拉伸斷裂強力(橫向/縱向)N:GB/T 6006.2-2001 idt ISO 3342: 1995 ≥60
注:外觀質量參考GB/T 17470-2007之規(guī)定
2、短切無捻玻璃粗紗
連續(xù)FRP板材成型工藝所用無捻玻璃粗紗應具有良好的分散性、灑落均勻、良好的樹脂浸潤性、與樹脂接近的折光系數(shù)等。因為成本較為低廉,2006年以后開始被更多的廠家使用。
最早引進的三條國外生產線中,兩條產自英國,一條產自美國。英制設備設計理念是使用玻璃纖維短切氈,美制設備設計理念是選用短切紗。區(qū)別在于使用紗的設備要達到30%的玻纖含量,在設備厚度控制輥處容易堆紗,需要沿設備方向加滌綸絲線來解決。2004年出現(xiàn)了據(jù)說是澳州生產的FRP板材生產線,使用短切紗但不加滌綸絲線,但是玻纖含量只能做到22%左右,板材外觀不差,但強度較低。
二、樹脂基體
目前,連續(xù)FRP板材成型工藝多數(shù)選用鄰苯型或間苯型不飽和聚酯樹脂(UP)樹脂,部分特殊要求的產品選用乙烯基樹脂(多為不透光耐腐蝕板材)。鄰苯型樹脂可以滿足一般場合的正常使用,具有較高的強度及良好的耐候性;間苯型樹脂生產的板材性能上并無差別,但間苯型板材的老化衰減速度比鄰苯型板材要緩慢的多。
在參數(shù)選擇上,樹脂應具備低收縮率及適當?shù)恼扯?,以便對玻璃纖維良好的浸漬性。對于采光板而言,樹脂固化后要有優(yōu)異的透光性,樹脂澆鑄體的折射指數(shù)應與玻纖的折射指數(shù)相匹配或基本相同。因FRP板材更多的使用場合在戶外,尤以透明板材為突出代表,所以樹脂中必須加紫外線吸收劑(如UV-9,UV-531等,但價格昂貴)。
鄰苯樹脂和間苯樹脂耐老化試驗數(shù)據(jù)比較
用于連續(xù)FRP板材的樹脂的特性如下(因國內樹脂生產廠家牌號并沒有統(tǒng)一,所以這里不具體標示樹脂牌號,而是以生產透光板材使用的常規(guī)樹脂指標為代表):
外觀:無色/淡黃清澈透明 密度/g/cm3:1.12 固體含量%:57-63
粘度(25℃)/MPa.s:150-250 折射率/nD2:1.53~1.55
凝膠時間(25℃):10-16 紫外線吸收劑:3‰
酸值/mgKOH/g:27+3 熱穩(wěn)定性(80℃):≥24hr
三、抗老化表層
FRP板材成型過程中必須在板材上下表面使用薄膜,現(xiàn)在國內使用的薄膜分為三層共擠膜和一般的聚酯薄膜。三層共擠膜是通過化學層將樹脂與薄膜緊密的粘接在一起,不受溫差變化影響,保證FRP板材隔絕水、空氣及各種化學環(huán)境,起到真正的抗老化作用。最早只有美國杜邦公司供往國內,malinex301和malinex389兩種型號成了抗老化薄膜的代名詞,更是在市場上出現(xiàn)了此薄膜有隔絕紫外線功能,這又是一個錯誤概念,這種薄膜是不隔絕紫外線的,隔絕紫外線是靠的樹脂內的紫外線吸收劑。但因技術壟斷,價格奇高,每公斤10美元以上。
所以國內在2004年以前更多的廠家尋找替代品,即使用國內生產的經電暈處理的聚酯薄膜。一般的聚酯薄膜是不能與FRP板材粘接的,而這種經過電暈處理的薄膜原理是經激光處理,在薄膜表面產生許多凹凸(肉眼看不見),增加與FRP板材的連接界面,達到薄膜可以與FRP板材粘接成一體,但是這種通過物理方式達到的粘接界面很不穩(wěn)定,在冷熱變化較大或多次冷熱變化后容易脫落,如果使用在屋面及外墻,增加了漏水隱患,尤其以U475、U470、SSR480等板型為突出,很多工程屋面?zhèn)葔Ψ浪际∮诖恕?br />
到2004年以后,印尼產PT050、PT055進入中國,經加速老化試驗機檢驗及實踐證明,抗老化效果完全一樣,但是價格只有杜邦最低檔產品的一半,也正式因為在這個原因,抗老化膜技術才在國內大量被使用。
現(xiàn)在國內已有廠家可以生產類似三層共擠薄膜,具體效果還在實驗及實踐驗證中。如果成功,在板材控制成本上將又是一大進步。
2013年合高開發(fā)了膠衣噴涂表面,替代老化膜,膠衣比老化膜耐候性更好,已逐步淘汰老化膜。
四、其他輔助材料
現(xiàn)大多數(shù)廠家選用常溫固化配方加熱快速成型工藝,F(xiàn)RP玻璃鋼板材使用的樹脂的配方中輔助材料有:固化劑、促進劑、色漿(或彩色膠衣)及各種填料等。常溫固化配方中,固化劑現(xiàn)在普遍采用過氧化甲乙酮;促進劑采用異辛酸鈷。異辛酸鈷參與反應對板材顏色變化影響很小,在透光板材生產中優(yōu)勢突出。值得一提的是,直到現(xiàn)在很多廠家在色漿或彩色膠衣添加上還存在誤區(qū),一般會用苯乙烯或三氯乙基磷酸酯(TCEP)來稀釋,再通過比例泵加入。這兩種做法都是錯誤的。用苯乙烯稀釋而加入的情況下,會造成板材發(fā)脆,強度下降,而用TCEP稀釋則會造成板材偏軟,耐候性下降(因TECP為添加型阻燃劑,不參與反應,且在樹脂聚合反應中有阻聚作用),而且會使抗老化薄膜附著力下降,雖然添加量不大,但從產品質量上考慮不可取。正確的做法是將色漿或彩色膠衣加入適量樹脂中攪拌均勻,再通過比例泵加入。
還有一部分廠家選用高溫固化配方,固化劑使用過氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)或過氧化2-乙基己酸叔丁酯(TBPO),同常溫固化配方相比,此種方法所生產的板材有效地解決了FRP板材生產線樹脂投料處夏天高溫時凝膠的現(xiàn)象,但相對能耗較高,最終制品性能差別不大。
文章來源:玻纖復材