第五节　手工成型的概述

一、手工成型的定义

手糊成型工艺是以手工作业把玻璃纤维织物和树脂交替铺层在模具上然后固化成型为玻璃钢（FRP）制品的工艺。虽然这种工艺相对原始，而且新的成型工艺方法不断出现，但是手糊成型工艺具有的独特而又不可替代的特点，使其永远不会成为一种落后的工艺，至今仍然作为一种生产增强塑料制品的成型工艺之一。

二、手糊成型的工艺流程

（1）生产准备

场地：手糊成型工作场地的大小，要根据产品大小和日产量决定，场地要求清洁、干燥、通风良好，空气温度应保持在15～35℃，后加工整修段，要设有抽风除尘和喷水装置。

模具准备：准备工作包括清理、组装及涂脱模剂等。

树脂胶液配制：配制时，要注意①防止胶液中混入气泡；②配胶量不能过多，每次配量要保证在树脂凝胶前用完。

增强材料准备：增强材料的种类和规格按设计要求选择。

（2）糊制与固化

铺层糊制：手工铺层糊制分湿法和干法两种。①干法铺层用预浸布为原料，先将预学好料（布）按样板裁剪成坯料，铺层时加热软化，然后再一层一层地紧贴在模具上，并注意排除层间气泡，使密实。此法多用于热压罐和袋压成型。②湿法铺层直接在模具上将增强材料浸胶，一层一层地紧贴在模具上，扣除气泡，使之密实。一般手糊工艺多用此法铺层。湿法铺层又分为胶衣层糊制和结构层糊制。

手糊工具：手糊工具对保证产品质量影响很大。有羊毛辊、猪鬃辊、螺旋辊及电锯、电钻、打磨抛光机等。

固化：制品固化分硬化和熟化两个阶段：从凝胶到三角化一般要24h，此时固化度达50%～70%（巴柯尔硬性度为15），可以脱模，脱后在自然环境条件下固化1～2周才能使制品具有机械强度，称熟化，其固化度达85%以上。加热可促进熟化过程，对聚酯玻璃钢，80℃加热3h，对环氧玻璃钢，后固化温度可控制在150℃以内。加热固化方法很多，中小型制品可在固化炉内加热固化，大型制品可采用模内加热或红外线加热。

（3）脱模和修整

脱模：脱模要保证制品不受损伤。脱模方法有①顶出脱模在模具上预埋顶出装置，脱模时转动螺杆，将制品顶出；②压力脱模模具上留有压缩空气或水入口，脱模时将压缩空气或水（0.2MPa）压入模具和制品之间，同时用木锤和橡胶锤敲打，使制品和模具分离；③大型制品（如船）脱模可借助千斤顶、吊车和硬木楔等工具；④复杂制品可采用手工脱模方法先在模具上糊制二三层玻璃钢，待其固化后从模具上剥离，然后再放在模具上继续糊制到设计厚度，固化后很容易从模具上脱下来。

修整：修整分尺寸修整和缺陷修补，①尺寸修整成型后的制品，按设计尺寸切去超出多余部分；②缺陷修补包括穿孔修补，气泡、裂缝修补，破孔补强等。

三、接触低压成型工艺操作

接触低压成型工艺的特点是手工铺放增强材料，浸渍树脂，或用简单的工具辅助铺放增强材料和树脂。接触低压成型工艺的另一特点，是成型过程中不需要施加成型压力（接触成型），或者只施加较低成型压力（接触成型后施加0.01～0.7MPa压力，最大压力不超过2.0MPa）。

接触低压成型工艺过程，是先将材料在阴模、阳模或对模上制成设计形状，再通过加热或常温固化，脱模后再经过辅助加工而获得制品。属于这类成型工艺的有手糊成型、喷射成型、袋压成型、树脂传递模塑成型、热压罐成型和热膨胀模塑成型（低压成型）等。其中前两种为接触成型。

接触低压成型工艺中，手糊成型工艺是聚合物基复合材料生产中最先发明的，适用范围最广，其他方法都是手糊成型工艺的发展和改进。

接触成型工艺的最大优点是设备简单，适应性广，投资少，见效快。根据近年来的统计，接触低压成型工艺在世界各国复合材料工业生产中，仍占有很大比例，如美国占35%，西欧占25%，日本占42%，中国占75%。这说明了接触低压成型工艺在复合材料工业生产中的重要性和不可替代性，它是一种永不衰落的工艺方法。但其最大缺点是生产效率低、劳动强度大、产品重复性差等。

1.原材料

接触低压成型的原材料有增强材料、树脂和辅助材料等。

（1）增强材料

接触成型对增强材料的要求：①增强材料易于被树脂浸透；②有足够的形变性，能满足制品复杂形状的成型要求；③气泡容易扣除；④能够满足制品使用条件的物理和化学性能要求；⑤价格合理（尽可能便宜），来源丰富。

用于接触成型的增强材料有玻璃纤维及其织物、碳纤维及其织物、芳纶纤维及其织物等。

（2）基体材料

接触低压成型工艺对基体材料的要求：①在手糊条件下易浸透纤维增强材料，易排除气泡，与纤维粘接力强；②在室温条件下能凝胶，固化，而且要求收缩小，挥发物少；③黏度适宜：一般为0.2～0.5Pa·s，不能产生流胶现象；④无毒或低毒；⑤价格合理，来源有保证。

生产中常用的树脂有：不饱和聚酯树脂，环氧树脂，进来也用酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂等。

几种接触成型工艺对树脂的性能要求如下：

（3）辅助材料

接触成型工艺中的辅助材料，主要是指填料和色料两类，而固化剂、稀释剂、增韧剂等，归属于树脂基体体系。

2.模具及脱模剂

（1）模具

模具是各种接触成型工艺中的主要设备。模具的好坏，直接影响产品的质量和成本，必须精心设计制造。

设计模具时，必须综合考虑以下要求：①满足产品设计的精度要求，模具尺寸精确、表面光滑；②要有足够的强度和刚度；③脱模方便；④有足够的热稳定性；⑤重量轻、材料来源充分及造价低。

模具构造接触成型模具分为：阴模、阳模和对模三种，不论是哪种模具，都可以根据尺寸大小，成型要求，设计成整体或拼装模。

模具材料制备时，应满足以下要求：①能够满足制品的尺寸精度、外观质量及使用寿命要求；②模具材料要有足够的强度和刚度，保证模具在使用过程中不易变形和损坏；③不受树脂侵蚀，不影响树脂固化；④耐热性好，制品固化和加热固化时，模具不变形；⑤容易制造，容易脱模；⑥尽量减轻模具重量，方便生产；⑦价格便宜，材料容易获得。能用作手糊成型模具的材料有：木材、金属、石膏、水泥、低熔点金属、硬质泡沫塑料及玻璃钢等。

（2）脱模剂

脱模剂基本要求：①不腐蚀模具，不影响树脂固化，对树脂粘接力小于0.01MPa；②成膜时间短，厚度均匀，表面光滑；③使用安全，无毒害作用；④耐热，能承受加热固化的温度作用；⑤操作方便，价格便宜。接触成型工艺的脱模剂主要有薄膜型脱模剂、液体脱模剂和油膏、蜡类脱模剂。

四、手工成型可制备的制品

手糊成型可制备的制品有：波形瓦、浴盆、冷却塔、活动房、卫生间、贮槽、贮罐、风机叶片、各类渔船、游艇、微型汽车客车壳体、大型雷达天线罩、天文台顶罩、设备防护罩、飞机蒙皮、机翼、火箭外壳等。

五、手工成型材料的种类

手糊成型常用的树脂体系有不饱和聚酯树脂胶液、环氧树脂胶液、33号胶衣树脂（间苯二甲酸型胶衣树脂），耐水性好；36PA胶衣树脂，自熄性胶衣树脂（不透明）；39号胶衣树脂，耐热自熄性胶衣树脂；21号胶衣树脂（新戊二醇型），耐水煮、耐热、耐污染、柔韧、耐磨胶衣。

六、手工成型的评价与作用

通过手工制作，一般生产可以满足设计需要、异型或很大体积的制品，同时投资不大，易于见效，制品质轻、高强，不惧酸、碱、盐分侵蚀，原料易得，这是玻璃钢工业发展迅速的主要原因，同时也是不同于其他材料工业的突出特点。目前我国的手工制作产品、品种仅次于美国，并继续不断发展，在国民经济和国防建设中发挥着越来越重要的作用。

有专家及学者强调指出，玻璃钢是一门涉及专业和知识很广的复杂技术。虽是手工成型，但需要从模具制作开始，具有选材、配方、结构、设计、固化、工艺、表面处理、修复维护等一整套技术，它应是一种劳动密集、知识密集、工业密集的综合技术，是集古老、传统和现代化于一体的边缘学科，是手工工艺、机械化、自动化相辅相成的专门技术。

从技术应用的角度证明，由于玻璃钢质轻高强、结构造型以及设计自由等特点，如果发挥这方面的长处，可以适应艺术和形象构体的需要，得到意想不到的效果，如各种艺术形象、雕塑制品等。因此，它不仅具有专业化程度很高的工程结构材料的特点，而且是一种“得之于心，应之于手”的艺术造型材料。这一领域发展前景也是非常广阔的。

七、新型胶衣树脂品种选择问题

胶衣（英文名：gelcoat），它是不饱和聚酯（UP）中加入颜料和触变剂等分散而成的玻璃钢（FRP）着色触变性产品。

1.胶衣树脂问题

胶衣树脂是不饱和聚酯树脂行业中一种特殊的树脂，它是为改善玻璃纤维，增强不饱和聚酯树脂基体玻璃钢制品的外观质量，保护结构层的材质不受外界环境介质侵蚀而研制开发的，故胶衣树脂的主要作用是对玻璃钢制品的表面装饰和对结构层的保护。新型的耐候性阻燃胶衣树脂的开发，日益受到重视并发挥出越来越重要的作用。

胶衣树脂是制作玻璃钢制品胶衣层的专用树脂。苯乙烯仍是当前UP树脂选用的最合适的单体。但是苯乙烯在室温下的蒸气压较高，容易挥发，尤其是采用手糊或喷射成型工艺，在制作玻璃钢制品的胶衣层和背衬增强层的过程中更易挥发。当其蒸气浓度超过一定数量（大于50PG/g）时，会刺激人的眼鼻黏膜引起头昏、恶心等症状。因此研制开发低苯乙烯散发性胶衣树脂，显得非常必要并且具有十分重要的现实意义。国外开发出许多新型胶衣树脂，国内目前也在迎头赶上。随着玻璃钢基础研究技术的日趋成熟，国外先进设备与技术的不断引进，国内玻璃钢工业得到飞速发展，胶衣树脂的品种不断扩大。

2.胶衣树脂的种类问题

目前国内生产的胶衣树脂按基体树脂的类型可分为邻苯型、间苯型、间苯新戊二醇型和乙烯基酯型等。

（1）间苯新戊二醇型　间苯新戊二醇型胶衣的基体树脂是新戊二醇/间苯甲酸不饱和聚酯。树脂的结构赋予它良好的力学性能和耐候性，特别适用于耐候及耐水性要求高的地方。

（2）间苯型　间苯型胶衣的基体树脂是间苯型不饱和聚酯树脂，具有高机械强度，耐高温、耐腐蚀性和耐氧化性能，适用于制作FRP制品。

（3）邻苯型　邻苯型胶衣的基体树脂是邻苯型不饱和聚酯树脂，具有较好的耐候、耐水、耐冲击等特性，适用于要求较高的玻璃钢制品。

3.胶衣的功能用途问题

胶衣树脂按功能和用途又可分为制品胶衣、模具胶衣、阻燃胶衣、船用胶衣、高弹性胶衣、食品级胶衣等。胶衣树脂在品种和性能上的不断提升，使胶衣树脂的应用领域不断扩大。

（1）模具胶衣　模具胶衣的基体树脂是特殊的聚酯，树脂的结构赋予制品良好的力学性能，高光亮性，耐化学性及柔韧性，用于制作FRP模具。

（2）气干性胶衣　气干性胶衣是一种无蜡型空气干燥性胶衣，具有较强的附着力及抗剥离强度。其特殊分子结构决定其比普通型聚酯有着更高的耐腐蚀性及优异的耐高温性，高比强度和抗龟裂性。气干性胶衣最大特性，喷涂后20～30min触指干，2h达普通胶衣强度，一周后达最高强度值。成型后产品表面平整、光亮、无垂挂、流平性能优异且不粘手。依客户要求，可提供手糊型和喷涂型。

（3）透明胶衣　透明胶衣是一种无色透明胶衣，它的基体树脂为一种间苯型不饱和聚酯树脂，具有中等黏度和反应活性，广泛应用于非增强浇铸体、聚酯混凝土、人造大理石、人造玛瑙、华丽石。

4.胶衣的使用方法问题

（1）使用前选择好合适的胶衣型号。

（2）完全、彻底地准备好模具，模具表面决定制品表面。

（3）使用前充分搅拌每桶胶衣，但速度要慢以免混入气泡。

（4）开始作业前，胶衣和模具的温度保持在16～30℃，理想的模具温度应该比胶衣温度高2～3℃。这样，固化后可得到一个更光泽的胶衣表面。

（5）车间内相对湿度要低于80%，湿度大会导致所需的固化温度提高。另外要防止水在模具表面聚集。

（6）模具表面须打蜡充分，不要使用含硅酮类脱模蜡。用水溶性脱模蜡必须待其水分蒸发完后再涂装胶衣。

（7）不要加溶剂稀释，如丙酮。如在使用时需较低的黏度，可加入少量的苯乙烯（<2%）。

（8）固化剂（MEKP）用量一般在1%～2%。如果固化剂的量过高或过低，会使制品的耐水性和耐候性降低。

（9）如加色浆，要确保颜色的均匀性和稳定性。按推荐的量精准称量，使用低剪切设备搅拌。亦可使用彩色胶衣。

5.胶衣的品种应用问题

国内胶衣品种应用上现有的阻燃胶衣树脂，大多数是采用由HET酸或四溴苯酐等含卤酸类合成的，反应型不饱和聚酯树脂为基体配制的，虽然它们有较满意的阻燃性，但是耐候性能都不十分理想，在阳光下短时间的曝晒后就明显变黄，很难达到生产白色或浅色玻璃钢制品的要求。因此研究开发耐候性优良、老化变黄度小的阻燃胶衣树脂品种，是树脂生产厂家和玻璃钢生产企业十分关注的课题。通过对许多含卤化合物的化学键能和反应活性的对比分析研究，结合试验探索，采用一种特殊化学结构的新型含溴化合物与二元醇、饱和二元酸（酐），以及不饱和二元酸（酐）的缩聚反应，合成一种具有老化变黄度小、阻燃性良好的不饱和聚酯树脂，并以这种树脂为基体树脂，配合独特的协和添加剂和助剂，是当前树脂方面的重要课题。