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          制品为什么会收缩与变形?我有5个应对建议

          发布时间:2020.07.05;阅读次数:2655次
                 不管做什么产品,也不管选用何种工艺,只要是玻璃钢制品,你就会发现一个无法避免的问题,那就是制品的收缩与变形


          明明设计的时候,尺寸数据非常精准,工艺好像也没有问题,但偏偏出来的制品就是产生了收缩与变形,到底是哪个环节出现了问题?

          制品会收缩的根源在于树脂收缩,而树脂为什么会收缩,有3个主因。
          ①树脂固化时,化学键断裂,反生交联反应。原本分子之间的距离变成了键长距离,占有体积变小。
          ②粘流态时树脂的分子是无序分布的,在固化过程中,逐渐转变成有序分布。分子排列紧密,从而占有体积变小。
          ③在固化过程中,反应放热使体系的温度上升,达到平衡后温度开始下降,分子链的热运动逐渐减弱,此时自由体积减小。

          为了更好的理解这三点,举个例子。在一个房间里,原本挤满了30个人,一开始大家随意站、坐或躺着,结果房间塞得满满的。后来让大家统一排序,30个人一个接一个地排队站立,原本拥挤的房间,一下子宽敞起来。而在排序过程中,由于走动造成的混乱让人烦闷,但随着大家安静下来后,开始慢慢冷却,此时空间更加开阔。


          树脂的收缩会导致制品有内应力,而这正是制品变形的根源。制品收缩与变形的根源问题一下子都找到了,正是树脂收缩导致。接下来就要想办法从根源上去解决问题。



          1、树脂

          既然树脂是根源,那我们是否可以改善树脂本身的收缩率呢,答案是肯定的。不同体系的树脂由于反应机理不一样,其收缩率也存在很大的差异,比如常见的不饱和聚酯树脂其体积收缩率一般是7-10%,而环氧树脂的体积收缩率一般2%左右。可见,选择不同的树脂,收缩率有非常大的差距。

          而同样是不饱和聚酯树脂,在合成阶段选用不同的原料,也可以从根本上控制收缩率。一些新型UP树脂的体积收缩率可以控制在2-3%,甚至更低。

          但很多时候,因为工艺、成本等多方面的原因,我们在选择树脂时没有太多的空间,树脂的收缩率就是偏大时,那就需要看下面的几点建议了。


          2、填料

          树脂收缩的问题就在于固化后,其空间体积变大了,因此可以通过添加一些填料来降低收缩率。

          常用的无机填料有碳酸钙、滑石粉、氢氧化铝等,这类填料一般不会参与化学反应,属于惰性材料。通过降低单位体积的树脂含量和占坑的方式,来达到降低收缩率。

          另外还可以通过添加低收缩剂(LPA)来实现控制收缩率,其主要成分是一些热塑性树脂、弹性体或者组合型聚合物。除了占坑,在树脂放热的过程中,热塑树脂还会有一定的膨胀,可以抵消热固树脂固化过程造成的体积收缩,从而更有效地降低收缩率。

          SMC片料制作中常用的聚苯乙烯(PS)就属于热塑性树脂。

          虽然填料或LPA的加入可以有效地降低树脂的收缩率,但一定程度上也会降低制品的力学性能,并不是万全之策。


          3、工艺

          在面对原料无法变更时,我们也可以从工艺上来控制收缩率。

          控制固化速度这一点非常关键。固化速度过快,反应剧烈,往往会导致放热峰过高。体系的温度变化过大,容易造成热收缩,因此在保证生产效率的前提下,一定要控制好固化速度,不宜过快。

          控制好树脂含量。收缩的根源主要在于树脂,因此控制好树脂的含量也就可以控制好收缩率。特别是在手糊工艺中,很多时候工人为了赶工,加大树脂的用量,导致制品树脂含量过大,更容易出现收缩与变形的问题。

          控制好单次铺层数量。这点主要体现在手糊工艺中,单次糊制一层与单次糊制五层,其收缩率是有非常明显的差异,层数越多反应放热越集中,从而更容易导致热收缩。

          后固化处理。通过加温后固化,提高制品的固化度,防止脱模后单体继续发生反应,造成收缩与变形。这个环节在很多常温工艺(手糊、真空导入、RTM)中被忽略了,而为了提高生产效率,往往又脱模过快,因此容易导致制品放置一段时间,尚未出库就出现变形的现象。



          4、铺层设计


          这个主要是针对增强材料及夹芯材料的铺层设计。

          选择不同的增强材料,对树脂的含量及分布有一定影响,因此在做铺层设计的时候需要考虑这个问题。

          而制品是否选择夹芯材料,也会影响树脂的含量。比如20mm的制品,一种方案是纯玻璃纤维增强,另一种设计方案是采用10mm夹芯泡沫+10mm蒙皮,那两者的收缩率也是有差异的。

          当然,所有的选择都要基于产品的要求来进行,需要兼顾性能、成本等因素,才能做出一个比较好的方案。


          5、局部加强

          收缩会导致有内应力,而内应力的存在会导致制品变形,从而影响使用。为了抑制这种变形,可以在制品上做一些局部增强,抵消内应力,防止产品的变形。

          在玻璃钢模具中,基本都有用钢结构作后加固,当模具受到外力或者有内应力的时候,可以防止变形。而在产品中,则多采用加强筋的方式来保证产品的刚性。


          目前的技术手段,要把树脂本身的收缩完全消除掉是不现实的,收缩只是大与小的问题。市面上有号称“零收缩”树脂,也并非真正的零收缩,只是把收缩率控制在千分几的级别。

          有人的地方,就有江湖。有树脂的地方,就有收缩。

          收缩与变形是大问题,会严重影响制品后续的安装与使用。但很多企业在生产过程中并不注意这些问题,装配不上就使用暴力,一顿敲打的场面见过不少。

          做要求不高的产品有可能混过去,如果碰到高标准要求的客户呢?

          当然,只要我们按照标准来做,把收缩率控制在合理范围内,问题也就解决了。

          关于制品的收缩与变形,你有什么更好的建议,欢迎留言交流。



          文|长弓侠


          (来源:复合材料社区)


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