玻璃钢制作工艺与配方

 玻璃钢制作工艺简介

•什么是玻璃钢？ 一般来说，以玻璃纤维为增强材料、合成树脂为基体材料复合而成的工程材料，我们称之为玻璃钢。玻璃钢属于树脂基 复合材料，以玻璃纤维、不饱和树脂生产的玻璃钢占 90％以上，因此，将这一类复合材料统称为玻璃钢，用 FRP 表示。玻璃钢由于所使用的树脂不同，因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢等。

•玻璃钢的性能 1）、轻质：同体积重量只有钢的 1/4。 2）、比强度高。 3)、耐腐蚀，耐老化、绝缘性好。 4）、便于设计、维护简单。 5）、作为管道使用，阻力小、流通能力高。

•玻璃钢的结构 一般分为内衬层（内层＋次内层）、结构层、表面层。通常内衬层中树脂含量大于 90％，次内层大于 70％， 这两层主要起到防腐、防渗作用；结构层树脂含量 30％左右，此层主要提供刚度；外表层含量大于 80％，从层 起到防老化作用。

•玻璃钢的用途 1）、军用：如航空飞机、雷达、舰船、潜艇等。 2）、民用：如水箱、雨棚、渔船等。 3）、工业：输送和储存水、酸、碱、油等各种液体物质，常用管道、储罐。 4）、其它：汽车、矿山等各种行业。

1. FRP 制品成型工艺

FRP 的制品往往是材料制造和产品成型同时完成。成型工艺有手糊、RTM、SMC、缠绕、热塑性塑料（GF/PP） 注射模塑及 GMT 冲压成型等。

1.1 手糊成型工艺 手糊成型工艺是一种简单成熟的成型工艺，其典型工艺过程是：在涂有脱模剂的模具上，将加有固化剂的 树脂混合料和玻璃纤维织物手工逐层铺放，浸胶并排除气泡，层合至确定厚度，然后固化形成制件。 手糊成型技术的优点是：无需专用设备，投资少；不受制品形状和尺寸的限制，特别适于数量少、整体式 及结构复杂的大型制品的制作；可以根据设计要求合理利用增强材料，能随意局部增强，做到以最低成本实现 设计要求，而且当设计不合理时能方便地进行修改；操作方便，容易掌握，便于推广。 手糊工艺的缺点是：制品质量不易控制，人为因素大；制品的强度和尺寸精度较低；劳动条件差，生产效 率低。

1.2 喷射成型工艺 喷射成型工艺是手糊成型的改进，属于半机械化成型工艺。它是将混有引发剂和促进剂的两种聚酯树脂分 别从喷枪两侧喷出，同时将切断的玻纤粗纱由喷枪中心喷出，使其与树脂均匀混合，沉积到模具上;当沉积到一 定厚度时，用辊轮压实，使纤维浸透树脂，排除气泡，固化后成制品。 喷射成型的优点是：用玻纤粗纱代替织物，可降低材料成本；生产效率比手糊的高 2～4 倍；产品整体性好， 无接缝，层间剪切强度高，树脂含量高，耐腐蚀、耐渗漏性好；产品尺寸、形状不受限制。 喷射成型的缺点是：树脂含量高，制品强度低；产品只能做到单面光滑；污染环境，有害工人健康。

1.3 SMC 及 BMC 成型工艺 片状模塑料（Sheet Molding Comp，SMC）和团状模塑料（Bulk Molding Compoun，BMC）是由树脂糊浸渍 纤维或短切纤维毡，两边覆盖聚乙烯薄膜而制成的一类片状模压料，属于预浸毡料范围。使用时，将两面的薄 膜撕去，按制品的尺寸裁剪、叠层，放入金属模具中加温加压，即得所需要的制品。它是目前国际上应用最广 泛的成型材料之一。 SMC/BMC 成型工艺的主要优点是：生产效率高，成型周期短，易于实现专业化和自动化生产；产品尺寸精 度高，重复性好；表面光洁，无需二次修饰；生产成本低。 SMC/BMC 的不足之处在于模具制造复杂，初期投资大。

1.4 RTM 成型工艺 树脂传递模塑（Resin Transfer Molding，RTM）是以手糊成型工艺改进的一种闭模成型技术，它的基本原理 是将玻璃纤维增强材料放到封闭的模腔内，用压力将树脂胶液注入模腔，浸透玻纤增强材料，然后固化，脱模 后成制品。 RTM 成型技术主要优点是：可以制造两面光的制品；成型效率高，适合于中等规模的玻璃钢产品生产（30000 件/年以内）；RTM 为闭模操作，不污染环境，不损害工人健康；增强材料可以任意铺放，容易实现按制品受状 况合理铺放增强材料；原材料及能源消耗少；初期投资少。 RTM 缺点是：生产技术要求高；修整工序复杂。

1.5 拉挤成型工艺 拉挤成型工艺是将浸渍树脂胶液的连续玻璃纤维束、带或布等，在牵引力的作用下，通过挤压模具成型、 固化、连续不断地生产长度不限的玻璃钢型材。这种工艺最适于生产各种相同断面形状的玻璃钢型材，如棒、 管、实体型材（工字形、槽形、方形型材）和空腹型材（门窗型材、叶片等）等。 拉挤成型是复合材料成型工艺中的一种特殊工艺，其优点是:生产过程完全实现自动化控制，生产效率高； 拉挤成型制品中纤维含量可高达 80％，浸胶在张力下进行，能充分发挥增强材料的作用，产品强度高；制品纵、 横向强度可任意调整可以满足不同力学性能制品的使用要求；生产过程中无边角废料，产品不需后加工，故较 其它工艺省工，省原料，省能耗；制品质量稳定，重复性好，长度可任意切断。 拉挤成型工艺的缺点是:产品形状单调，只能生产线形型材，而且横向强度不高。但近年来使用纤维布和复 合毡拉挤后横向强度得到了提高。

1.6 热塑性复合材料成型工艺 热塑性复合材料是以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等增强各种热塑性树脂的总称，国外称为 FRTP（Fiber Rinforce thermoplastics）。从生产工艺角度分析，热塑性复合材料分为短纤维增强复合材料和连续纤维增强复合 材料两大类。短纤维增强热塑性复合材料的研究和生产始于 50 年代。进入 70 年代后，热塑性复合材料得到快 速发展，美国、法国的公司研究成功连续纤维增强聚丙烯片状模塑料。近 10 年来，热塑性复合材料发展很快， 每年以 15％速度递增，比热固性复合材料发展快几倍。

1.7 近年发展起来的新型成型工艺

1.7.1 SMC 和 RTM 工艺的结合（LPMC） SMC 工艺和 RTM 相比较，虽然有成型压力大、能耗高、设备维修费用高等不足之处，但 SMC 是一种技术 较完善的干法制造 FRP 的成型工艺。美国公司开发了一种 LPMC(low pressure molding Compromal)工艺，它将 RTM 的低压低温和 SMC 的工艺结合起来。形成在 RTM 条件下即可生产出性能和 SMC 相似的新工艺。RTM 部件可以部分替代钢制部件。

1.7.2 TERTM TERTM (热膨胀树脂传递模塑料）使用聚氨酯、PVC 聚氨酯泡沫等作为预成型坯中的芯材，在注射过程中 树脂同时渗入芯材和预成型坯中，芯材在加热条件下发生膨胀，进而与增强材料(碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维) 及环氧树脂结合形成复合材料。既减轻了制品重量，又提高了强度。具有理想的扭曲强度和良好的尺寸稳定性， 膨胀系数低，可制造汽车防撞档板。美国、加拿大、日本、西欧等国家和地区的 TERTM 都有专利，技术处于 领先水平。

1.7.3 VARTM 为了在注射时改善模具型腔内树脂的流动性浸渍性,更好地排尽气泡，出现了腔内抽真空，再用注射机注入 树脂的 VARTM 技术，基本原理和 RTM 工艺是一致的，适用范围也类似。 模腔内抽真空使压力趋势减小，增加了使用更轻型模具的可能性，从而使模具的使用寿命更长、可设计性 更好；真空也可提高玻璃纤维与树脂的比率，使玻璃纤维的含量更高，增加制品的强度；真空还有助于树脂对 纤维的浸润，使树脂和纤维的结合界面更完美，提高制品的质量；用 VARTM 工艺可使直径 38.11mm 的致密预 成型坯的纤维体积含量为 16%～68％，累计孔隙率为 1.7％，而普通的预浸料的孔隙率为 5%～7％。

1.8 低密度 SMC 玻璃钢材料的应用 低密度 SMC 玻璃钢材料的比重为 1.3，比标准的材料（比重为 1.8～2.0）重量轻 38%以上。美国通用公司 的所有克尔维特 99 款车身的内板和新型的车身顶盖、内饰都使用低密度 SMC 玻璃钢材料；另外，还有车门、 发动机罩、行李箱盖等美国 Dodge Vipex 车的发动机罩也使用了低密度 SMC 玻璃钢材料，99 款车身有 1/2 使用 这种材料制作发动机罩。

2 复合材料成型中的各类增强材料、各类辅料及各类助剂

2.1 助剂 消泡剂,能够在凝胶之前消除因搅拌产生的气泡；润湿分散剂,改善体系的流动性，稳定颜色，能基本避免加 填料或颜料产生的浮色发花现象；触变助剂,能满足喷涂过程对低黏度高触变指数的要求；表面助剂,可解决制 品表面发粘，可减少苯乙烯的挥发。

2.2 脱模剂 便于脱模，优质脱模剂不会影响制品的后涂装；在使用双面模时能增加树脂的流动性、玻纤的浸润性等。

2.3 增强材料 毡类制品（改善表面效果、提高多种强度）、纤维类制品常用，如玻璃纤维、碳纤维等）、连续毡（对改善 表面效果有突出的效果、提高制品的耐候性）。

2.4 辅料 辅料有胶衣、固化剂、促进剂、添加剂、抛光膏、气相二氧化硅、紫外线吸收剂等。

3. 国内汽车的玻璃钢材料使用情况

玻璃钢具有质轻、比强度高、耐腐蚀、电绝缘、耐瞬时高温、传热慢、隔音、防水、成型方便、具有可设 计性（可实现复杂的设计结构）等优点，广泛应用于保险杠、车身顶盖、导流板、遮阳罩、电瓶箱、挡泥板、 前脸零部件、车身裙边零部件、车身壳体等。

4. 国内复合材料在汽车工业的应用中存在的问题和前景展望

与发达国家相比，我国复合材料在汽车上的应用比例非常低。美国 1997 年复合材料总用量为 155 万吨，在 汽车行业中的用量占 46％。为 49.8 万吨，而我国 2000 年的用量仅为 1.8 万吨。国外复合材料应用较成功的国 家，常常是以大的汽车集团牵头，根据市场和自身发展的需要，进行技术研究和产品开发，在资金和人力资源 上都有非常大的投入，技术的转化比较直接。因此，新兴的复合材料成型工艺如 RTM、GMT 等，经过短短十 几年的发展，已变得很成熟，成功地应用于各种汽车部件的生产。RTM 生产效率可以和 SMC 相媲美，GMT 的生产效率已缩短到一分钟以内。 我国复合材料应用与汽车工业历史并不算短，但发展速度很缓慢。其原因是多方面的，第一，是由于行业 之间的封闭，使得汽车生产在设计之初就很少考虑复合材料的使用；第二，国内复合材料生产企业技术水 平层次不齐，与国外还有着很大的差距，尤其是手糊产品质量不高，使得汽车行业的很多人士对复合材料的应 用持不信任态度；第三，复合材料在汽车行业的应用，相对投资较大，风险较高，在市场不容易认可的情况下， 企业也不愿意投资进行技术研究；第四，复合材料制品普遍比金属材料（主要是钢材）制品的价格要高，不易 被汽车企业所接受。 因此，要提高国内复合材料制造水平，推广复合材料在汽车工业中的应用，需要做好以下几方面的工作。

a.加强行业间沟通，正确认识复合材料。 复合材料作为新材料的代表，有着很多自身的优势，在汽车制造领域都有非常适用的场合。利用行业协会 和学会的权威作用，组织技术交流，使汽车行业人士对复合材料能够有全面的认识，做好复合材料的系统推广 工作，如市场调研、策划、质量、价格及服务等，建立起产品结构、规模、质量、效益相协调的科技工业体系。

b.提高复合材料工业技术，使之适于汽车工业发展。 首先完善现有的工艺技术，尽快解决原材料的国产化配套，解决复合材料生产设备、模具及其他工装的加 工配套问题。原材料是基础，我国复合材料产品质量水平不高，很大程度上是由于原材料质量不高造成的。模 具和专用设备的发展相对滞后，也影响产品的应用。因此，各个行业需要紧密协作，结合引进原材料、生产技 术及国产化攻关，为各种成型工艺解决配套问题。

c.建立一定权威性的协调组织，加强宏观控制和科学管理。 通过具有定权威性的协调组织，承担可行性研究，组织技术攻关，使各种材料在设计之初就考虑到性能、

制造成本和对整车的影响，充分发挥不同材料和不同成型工艺的优点，使复合材料在汽车工业中真正发挥作用。 d.降低复合材料制品的价格，使之适合于国内汽车企业的实际情况。 复合材料制品的价格主要取决于原材料的成本（各类树脂、增强材料、添加剂及各类助剂）、工艺成本和劳 动力成本。生产企业和各类研究机构应在此三方面做长期、深入的工作，避免短期行为。 随着汽车行业的发展，整车生产厂越来越重视整车的轻量化以降低燃油效率损耗。玻璃钢材料及其制造工 艺研究的进一步深入，可以预料比重小的玻璃钢材料将在汽车工业上的应用越来越广泛。其重要性不言而喻， 开发并使用全玻璃钢车身已不是梦想

手糊玻璃钢的成型工艺

手 糊工 艺流程

（一）、手糊操作即手工操作，通过使用简单的工具，将加入过配方的玻璃钢原材料糊制到模具上，固化后经脱 模、修整，即为玻璃钢产品。可见，产品质量受人、模具、原材料、环境影响最大。 1、模 具：常用的有钢、水泥、玻璃钢模，木模、石膏模等。 2、脱模剂：常用的有石蜡、黄油、聚乙烯醇、聚脂薄膜等。 3、工 具：常用工具有打磨机、切割机、压棍、搅拌棒、毛刷、提桶、塑料小盆、腻刀、剪刀、卷尺、锉 刀、 钻孔机、台秤（磅秤）、量杯、括板、锤、钳子、温度计、操作台等。

（二）、手糊玻璃钢的成型工艺规程

1、准备工作

1）、准备好清洁、正常的工具；

2）、认真阅读工艺单，熟悉其材料、数量、工艺铺层等要求，并按工艺单要求的品种、尺寸准备好合格 的材料（毡、布、内衬及结构层树脂、配方等）。

3）、剪布要求：

A)检查布是否受潮、污染，不合格的布不得剪裁；

B)按工艺单尺寸剪裁，工艺单无尺寸的应通过测量模具确定，复杂形状的，应先制成纸样的。

C）可以单层剪裁也可多层剪裁；

D) 剪裁要考虑纵横交替铺层，布的搭接应有余量，一般 50mm 左右。有时也可对接，但无论是对接或 搭接，接缝要错开。

E)布应尽量减少开剪，如表面要求高，则应剪去布边。对于圆环或圆锥形制品，布可剪成布带（45°方 向）或扇形。

F)可在开剪处先抽一根纱再开剪。

G)布剪好后，注明用途、编号、日期并用塑料袋装好。 H)毡尽量不要用手撕。

2、模具清理

1）、检查尺寸及完好程度，保证其与要求的规格相符；弯头模具应按要求角度划线。 2）、对水泥模具，认真清理模具，应干净无杂物，如有凹坑、裂纹应予修补，均匀打上一层脱膜蜡，并进行抛 光处理，反复三次以上，两小时后方可使用；钢模具应除完锈后再打蜡抛光，不得出现脱膜剂淤积未干情况； 其它模具略。

3、短管的切割及对接

短管法兰、管道对接、三通等糊制前都要作切割打磨， 短管长度应符合相关要求， 短管应无缺陷。短管打 磨到坡口并打到内衬，坡度应平滑，不要太陡；打磨宽度略大于糊制宽度 10～15mm。管道对接应在一条轴线上， 双法兰管要注意法兰孔对称、分中；管道、三通对接时尽量加内套管；两片弯头壳对接时，要合缝，按要求尺 寸修整。对接件接缝要小，按规定角度，不得出现偏心、扭曲。

4、手糊铺层

1）、根据工艺单大致确定树脂用量，称好后按配比用量杯量好后加入红配方，充分搅拌后加入量好的白配方，再 充分搅拌后使用。配方用量，应根据树脂的种类、温度高低、湿度大小、糊制时间长短等确定。一般地，内衬树脂 的配方用量大于结构层树脂，温度高的湿度小的糊制时间长的用量少，反之则多；湿度大的要增加红配方用量。糊 制大制品时，可一次性在大容器中予加入红配方；加过红配方的树脂必须在三天内用完。对未用过的树脂或环境、 工艺发生变化时，使用前要进行小试。配方用量一般为树脂的 0.5～2.0％。固化时间 40 分钟左右为宜。 2）、在模具表面均匀地刷上一层树脂，按工艺单要求的铺层顺序，上相应的材料（表面毡、短切毡、布等）并注 意搭接或错开接缝，布要采用正交铺层。毡、布（0.4 布）铺层不得超过两层，铺层时要层层浸透，充分赶压气泡， 不得出现气泡、干斑等缺陷。糊到最外层时，贴上标签，标签应写明产品名称、尺寸、制作人、生产日期等。 3）、毛刷、压棍、毛辊使用时要将丙酮甩尽；不用时，挤尽树脂，放入丙酮桶中。大面积制品铺层时，尽量用括 板。 4）、厚制品必须采用两次以上成型，两次以上成型的制品，应检查前一次有无不平、气泡、干斑等缺陷，如有应 在处理后方可进行下一次成型。 5）、大制品（或垂直面）糊制时，为防止流胶，在固化前应一直有人看守直至固化。

5、脱膜

1）、不得提前脱膜，尤其是压力等级高、要求耐腐蚀好的产品，应待制品产生一定硬度（巴士硬度 35 以上）方 可脱膜，脱膜应尽量轻，不得用力硬物（如铁锤）敲打，可用木锤、橡胶锤。

2）、脱膜速度不要过快，要仔细观察有无异样，一旦出现发白、开裂等情况应立即停止。

3）、将脱膜后的制品搬至打磨场所，注意不要碰或摔，轻搬轻放。

6、处理

1）、切去毛边，修整端口，切割时，应在线外从光面处进行；法兰按标准打孔，孔眼分中、分布均匀，孔距误差 小于 1mm。

2）、对制品表面、内衬进行检查，如有缺陷要进行处理，打磨的地方应刷胶，刷胶用树脂和打磨地方用树脂相同。 法兰面严尽刷胶，制品刷胶要做到匀而少，不得挂滴。 3）、修整合格后，进行自检，合格后填好三检单，经检验后入库。

7、工作结束后，应清洗工具、容器等。打磨机、切割机等工具放在指定地点。整理工作现场，打扫卫生，保持良 好的工作环境。

（三）、手糊制品常见缺陷

1、表面发粘

原因及解决方法：

a）空气湿度大，阻聚造成；

b）空气中氧气阻聚（树脂中加蜡液 0.02％；或表面涂一层蜡液，蜡液＝苯乙烯 100+石蜡 5+水 4；或树脂中加 5％异氰酸酯涂之；或表面喷聚乙烯醇酒精液或表面喷环氧树脂丙酮液或覆盖薄膜、冷干漆）；

c）、苯乙烯挥发多，控制通风；

d）、固化剂、促进剂配错；

2、气泡多

原因及解决方法：

a） 树脂用量过多，改进搅拌方法，减少胶液中气泡；

b） 树脂粘度过大，增加苯乙烯或稀释剂，提高温度；或加消泡剂；

c） 选用易浸透的布、毡

d） 操作时多赶压气泡；

3、 流胶

原因及解决方法：

a） 树脂粘度小或垂直面施工，可加 2－3％活性 sio2 或触变树脂，或适当加大配方并多赶压；

b） 配料不均匀或固化剂用量不足；

4、 分层

a） 材料受潮或未脱蜡；

b） 树脂用量不足或玻璃布未压紧或赶气泡不足；

c） 加热过早、过急、温度过高；

d） 凝胶过早或多次成型时未打磨处理或局部不平；

5、 固化不良

a） 温度过低

b） 湿度过大

c） 固化剂、促进剂用量不足 d） 树脂质量有问题

5、 炸裂

a） 配方过大

b） 树脂含量太高

c） 树脂质量问题

6、 颜色不均

a） 局部红配方未搅匀，含量过大； b） 两次成型选材不同或配方不一； c） 配方过大；

7、 尺寸误差

a） 模具尺寸不准； b） 加工精度不够； c） 未按工艺要求加工。

玻璃钢制品阻燃配方参考：

玻璃钢制品用途广泛，在国内，虽然之前对大部分的玻璃钢制品没有强制阻燃要求，有相当一部分的 制品没有进行阻燃处理，因此造成火灾的情况时有发生，但随着人们对生命财产保护的要求越来越高，以 及法律法规的完善，建筑材料的阻燃放火要求已变得越来越严格。

以下提供几种玻璃钢阻燃的方法：

玻璃钢成型工艺一般有：拉挤、模压、缠绕、手糊，阻燃剂的添加会对原工艺产生影响，比如胶体粘度， 固化时间等，阻燃配方有时需要做调整才能适应生产工艺要求。

以上配方为环保型无卤阻燃配方，可符合各种环保要求，烟雾密度及毒气释放量较低，各项物理性能一可 满足一般要求，无析出，阻燃级别可通过 GB8624-2012 之 B1 级，LOI≥36，如需要更高的性能要求，如更 低的烟雾密度，耐候性等，我们可提供进一步的应用参考。

文章部分内容摘自网络