玻璃钢连续板成型工艺-原材料
2022-10-21 10:18:28
玻璃钢连续板成型工艺是在连续成型机组上使不饱和聚酯树脂浸润玻璃纤维，然后通过模板加热定型固化得到特定截面形状的连续板材的一种工艺。FRP板材与其它材质板材相比，具有轻质、高强、抗冲击性能好等特点，尤其是它具有独特的透光性(1.2mm厚玻璃钢透光板的透光率可达90%)及断面的可设计性。此外，FRP板材还具有优良的防腐蚀性、耐候性及颜色任意性，因此，被广泛应用于温室、太阳能热水器盖板、工业厂房、仓库等采光、防腐及装饰等方面。
FRP板材80年代生产工艺主要是手糊成型，生产效率低，质量不稳定，断面厚薄不均，表面褶皱、气泡多，主要用于自行车棚及市场大棚等场合。二十世纪六十年代美国研制成功FRP板材连续成型技术和生产设备，我国于1985年开始引进该设备，90年代初期陆续有自主研发的生产线问世，至90年代末期，有比较成熟的国产生产线正式投入生产。自2002年始，设备国产化开始大规模推广。
一、增强材料
FRP板材通常选用的增强材料为无碱玻璃纤维布，无捻玻璃粗纱，无碱玻璃纤维毡。90年代初期连续生产波纹板工艺曾经选用过玻璃布，生产的板材强度相对较高，但是外观不好（尤其在透光板材应用中更明显），工艺控制难度大，成品率低，90年代后期已不被选用。目前厂家根据自己的机组不同而选用玻璃纤维短切毡或短切无捻玻璃纱。
1、玻璃纤维短切毡
目前国内通常采用的短切毡的规格按厚度（克重）分有EMC300、EMC450、EMC600等,因EMC600在使用中搭接处比较明显，影响外观且容易产生废品,现在使用很少。按使用宽度分有540mm、1040mm、1270mm等。短切玻纤毡是由连续长纤维经切纱辊切割成50mm短纤维，均匀撒落成薄层，再用粘结剂(一般选用粉剂)制成的片材。要求：纤维分散均匀、浸润性好、折光系数与树脂尽可能接近等。常用纤维毡通用指标参考下表。
2、短切无捻玻璃粗纱
连续FRP板材成型工艺所用无捻玻璃粗纱应具有良好的分散性、洒落均匀、良好的树脂浸润性、与树脂接近的折光系数等。因为成本较为低廉，2006年以后开始被更多的厂家使用。
最早引进的三条国外生产线中，两条产自英国，一条产自美国。英制设备设计理念是使用玻璃纤维短切毡，美制设备设计理念是选用短切纱。区别在于使用纱的设备要达到30%的玻纤含量，在设备厚度控制辊处容易堆纱，需要沿设备方向加涤纶丝线来解决。2004年出现了据说是澳州生产的FRP板材生产线，使用短切纱但不加涤纶丝线，但是玻纤含量只能做到22%左右，板材外观不差，但强度较低。
二、树脂基体
目前，连续FRP板材成型工艺多数选用邻苯型或间苯型不饱和聚酯树脂(UP)树脂，部分特殊要求的产品选用乙烯基树脂（多为不透光耐腐蚀板材）。邻苯型树脂可以满足一般场合的正常使用，具有较高的强度及良好的耐候性；间苯型树脂生产的板材性能上并无差别，但间苯型板材的老化衰减速度比邻苯型板材要缓慢的多。
在参数选择上，树脂应具备低收缩率及适当的粘度，以便对玻璃纤维良好的浸渍性。对于采光板而言，树脂固化后要有优异的透光性，树脂浇铸体的折射指数应与玻纤的折射指数相匹配或基本相同。因FRP板材更多的使用场合在户外，尤以透明板材为突出代表，所以树脂中必须加紫外线吸收剂（如UV-9，UV-531等，但价格昂贵）。
三、抗老化表层
FRP板材成型过程中必须在板材上下表面使用薄膜，现在国内使用的薄膜分为三层共挤膜和一般的聚酯薄膜。三层共挤膜是通过化学层将树脂与薄膜紧密的粘接在一起，不受温差变化影响，保证FRP板材隔绝水、空气及各种化学环境，起到真正的抗老化作用。最早只有美国杜邦公司供往国内，malinex301和malinex389两种型号成了抗老化薄膜的代名词，更是在市场上出现了此薄膜有隔绝紫外线功能，这又是一个错误概念，这种薄膜是不隔绝紫外线的，隔绝紫外线是靠的树脂内的紫外线吸收剂。但因技术垄断，价格奇高，每公斤10美元以上。
所以国内在2004年以前更多的厂家寻找替代品，即使用国内生产的经电晕处理的聚酯薄膜。一般的聚酯薄膜是不能与FRP板材粘接的,而这种经过电晕处理的薄膜原理是经激光处理，在薄膜表面产生许多凹凸（肉眼看不见），增加与FRP板材的连接界面，达到薄膜可以与FRP板材粘接成一体，但是这种通过物理方式达到的粘接界面很不稳定，在冷热变化较大或多次冷热变化后容易脱落，如果使用在屋面及外墙，增加了漏水隐患，尤其以U475、U470、SSR480等板型为突出，很多工程屋面侧墙防水都失败于此。
到2004年以后，印尼产PT050、PT055进入中国，经加速老化试验机检验及实践证明，抗老化效果完全一样，但是价格只有杜邦最低档产品的一半，也正式因为在这个原因，抗老化膜技术才在国内大量被使用。
现在国内已有厂家可以生产类似三层共挤薄膜，具体效果还在实验及实践验证中。如果成功，在板材控制成本上将又是一大进步。
2013年合高开发了胶衣喷涂表面，替代老化膜，胶衣比老化膜耐候性更好，已逐步淘汰老化膜。
四、其他辅助材料
现大多数厂家选用常温固化配方加热快速成型工艺，FRP玻璃钢板材使用的树脂的配方中辅助材料有：固化剂、促进剂、色浆（或彩色胶衣）及各种填料等。常温固化配方中，固化剂现在普遍采用过氧化甲乙酮；促进剂采用异辛酸钴。异辛酸钴参与反应对板材颜色变化影响很小，在透光板材生产中优势突出。值得一提的是，直到现在很多厂家在色浆或彩色胶衣添加上还存在误区，一般会用苯乙烯或三氯乙基磷酸酯（TCEP）来稀释，再通过比例泵加入。这两种做法都是错误的。用苯乙烯稀释而加入的情况下，会造成板材发脆，强度下降，而用TCEP稀释则会造成板材偏软，耐候性下降（因TECP为添加型阻燃剂，不参与反应，且在树脂聚合反应中有阻聚作用），而且会使抗老化薄膜附着力下降，虽然添加量不大，但从产品质量上考虑不可取。正确的做法是将色浆或彩色胶衣加入适量树脂中搅拌均匀，再通过比例泵加入。
还有一部分厂家选用高温固化配方，固化剂使用过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)或过氧化2-乙基己酸叔丁酯（TBPO），同常温固化配方相比，此种方法所生产的板材有效地解决了FRP板材生产线树脂投料处夏天高温时凝胶的现象，但相对能耗较高，最终制品性能差别不大。
文章来源：玻纤复材
FRP板材80年代生产工艺主要是手糊成型，生产效率低，质量不稳定，断面厚薄不均，表面褶皱、气泡多，主要用于自行车棚及市场大棚等场合。二十世纪六十年代美国研制成功FRP板材连续成型技术和生产设备，我国于1985年开始引进该设备，90年代初期陆续有自主研发的生产线问世，至90年代末期，有比较成熟的国产生产线正式投入生产。自2002年始，设备国产化开始大规模推广。
一、增强材料
FRP板材通常选用的增强材料为无碱玻璃纤维布，无捻玻璃粗纱，无碱玻璃纤维毡。90年代初期连续生产波纹板工艺曾经选用过玻璃布，生产的板材强度相对较高，但是外观不好（尤其在透光板材应用中更明显），工艺控制难度大，成品率低，90年代后期已不被选用。目前厂家根据自己的机组不同而选用玻璃纤维短切毡或短切无捻玻璃纱。
1、玻璃纤维短切毡
目前国内通常采用的短切毡的规格按厚度（克重）分有EMC300、EMC450、EMC600等,因EMC600在使用中搭接处比较明显，影响外观且容易产生废品,现在使用很少。按使用宽度分有540mm、1040mm、1270mm等。短切玻纤毡是由连续长纤维经切纱辊切割成50mm短纤维，均匀撒落成薄层，再用粘结剂(一般选用粉剂)制成的片材。要求：纤维分散均匀、浸润性好、折光系数与树脂尽可能接近等。常用纤维毡通用指标参考下表。
玻璃短切毡性能指标
规 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
单位面积质量g/m2：GB/T 9914.3-2001 idt ISO 3374: 2000 300±30/450±45
单位面积质量变异系数%：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 附录A ＜100
拉伸断裂强力(横向/纵向)N：GB/T 6006.2-2001 idt ISO 3342: 1995 ≥60
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
单位面积质量g/m2：GB/T 9914.3-2001 idt ISO 3374: 2000 300±30/450±45
单位面积质量变异系数%：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 附录A ＜100
拉伸断裂强力(横向/纵向)N：GB/T 6006.2-2001 idt ISO 3342: 1995 ≥60
注：外观质量参考GB/T 17470-2007之规定
2、短切无捻玻璃粗纱
连续FRP板材成型工艺所用无捻玻璃粗纱应具有良好的分散性、洒落均匀、良好的树脂浸润性、与树脂接近的折光系数等。因为成本较为低廉，2006年以后开始被更多的厂家使用。
最早引进的三条国外生产线中，两条产自英国，一条产自美国。英制设备设计理念是使用玻璃纤维短切毡，美制设备设计理念是选用短切纱。区别在于使用纱的设备要达到30%的玻纤含量，在设备厚度控制辊处容易堆纱，需要沿设备方向加涤纶丝线来解决。2004年出现了据说是澳州生产的FRP板材生产线，使用短切纱但不加涤纶丝线，但是玻纤含量只能做到22%左右，板材外观不差，但强度较低。
二、树脂基体
目前，连续FRP板材成型工艺多数选用邻苯型或间苯型不饱和聚酯树脂(UP)树脂，部分特殊要求的产品选用乙烯基树脂（多为不透光耐腐蚀板材）。邻苯型树脂可以满足一般场合的正常使用，具有较高的强度及良好的耐候性；间苯型树脂生产的板材性能上并无差别，但间苯型板材的老化衰减速度比邻苯型板材要缓慢的多。
在参数选择上，树脂应具备低收缩率及适当的粘度，以便对玻璃纤维良好的浸渍性。对于采光板而言，树脂固化后要有优异的透光性，树脂浇铸体的折射指数应与玻纤的折射指数相匹配或基本相同。因FRP板材更多的使用场合在户外，尤以透明板材为突出代表，所以树脂中必须加紫外线吸收剂（如UV-9，UV-531等，但价格昂贵）。
邻苯树脂和间苯树脂耐老化试验数据比较
用于连续FRP板材的树脂的特性如下（因国内树脂生产厂家牌号并没有统一，所以这里不具体标示树脂牌号，而是以生产透光板材使用的常规树脂指标为代表）：
外观：无色/淡黄清澈透明 密度/g/cm3：1.12 固体含量%：57-63
粘度(25℃)/MPa．s：150-250 折射率/nD2：1.53～1.55
凝胶时间(25℃)：10-16 紫外线吸收剂：3‰
酸值/mgKOH/g：27+3 热稳定性（80℃）：≥24hr
粘度(25℃)/MPa．s：150-250 折射率/nD2：1.53～1.55
凝胶时间(25℃)：10-16 紫外线吸收剂：3‰
酸值/mgKOH/g：27+3 热稳定性（80℃）：≥24hr
三、抗老化表层
所以国内在2004年以前更多的厂家寻找替代品，即使用国内生产的经电晕处理的聚酯薄膜。一般的聚酯薄膜是不能与FRP板材粘接的,而这种经过电晕处理的薄膜原理是经激光处理，在薄膜表面产生许多凹凸（肉眼看不见），增加与FRP板材的连接界面，达到薄膜可以与FRP板材粘接成一体，但是这种通过物理方式达到的粘接界面很不稳定，在冷热变化较大或多次冷热变化后容易脱落，如果使用在屋面及外墙，增加了漏水隐患，尤其以U475、U470、SSR480等板型为突出，很多工程屋面侧墙防水都失败于此。
到2004年以后，印尼产PT050、PT055进入中国，经加速老化试验机检验及实践证明，抗老化效果完全一样，但是价格只有杜邦最低档产品的一半，也正式因为在这个原因，抗老化膜技术才在国内大量被使用。
现在国内已有厂家可以生产类似三层共挤薄膜，具体效果还在实验及实践验证中。如果成功，在板材控制成本上将又是一大进步。
2013年合高开发了胶衣喷涂表面，替代老化膜，胶衣比老化膜耐候性更好，已逐步淘汰老化膜。
四、其他辅助材料
现大多数厂家选用常温固化配方加热快速成型工艺，FRP玻璃钢板材使用的树脂的配方中辅助材料有：固化剂、促进剂、色浆（或彩色胶衣）及各种填料等。常温固化配方中，固化剂现在普遍采用过氧化甲乙酮；促进剂采用异辛酸钴。异辛酸钴参与反应对板材颜色变化影响很小，在透光板材生产中优势突出。值得一提的是，直到现在很多厂家在色浆或彩色胶衣添加上还存在误区，一般会用苯乙烯或三氯乙基磷酸酯（TCEP）来稀释，再通过比例泵加入。这两种做法都是错误的。用苯乙烯稀释而加入的情况下，会造成板材发脆，强度下降，而用TCEP稀释则会造成板材偏软，耐候性下降（因TECP为添加型阻燃剂，不参与反应，且在树脂聚合反应中有阻聚作用），而且会使抗老化薄膜附着力下降，虽然添加量不大，但从产品质量上考虑不可取。正确的做法是将色浆或彩色胶衣加入适量树脂中搅拌均匀，再通过比例泵加入。
还有一部分厂家选用高温固化配方，固化剂使用过氧化苯甲酸叔丁酯(TBPB)或过氧化2-乙基己酸叔丁酯（TBPO），同常温固化配方相比，此种方法所生产的板材有效地解决了FRP板材生产线树脂投料处夏天高温时凝胶的现象，但相对能耗较高，最终制品性能差别不大。
文章来源：玻纤复材
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