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玻璃钢雕塑制作工艺、生产方法及优缺点

发布时间:2018-05-22 11:14

  玻璃钢制作工艺:成品制作前,先将所要制作的产品用特定泥塑材料造出相应要制作的产品,在泥塑稿制作完成后,翻制石膏外模,然后将玻璃钢(即树脂和玻璃丝布的结合物)涂刷在外模内部。等其干透后打开外模,经过合模的程序,获得玻璃钢雕塑成品。但玻璃钢雕塑在室外经过太阳的暴晒和风蚀,一般五年以上就开始有变形,脆弱易裂的缺点。
  
  玻璃钢雕塑是雕塑的一种成品类型。具有质轻,耐腐蚀,成本相对较低的特点。玻璃钢又称FRP,学称纤维增强塑料,国内在习惯上称之为玻璃钢。它是以合成树脂为基体材料,以玻璃纤维及其制品为增强材料组成的复合材料。
  
  一般常识
  
  玻璃钢学名玻璃纤维增强塑料。它是以玻璃纤维及其制品(玻璃布、带、毡、纱等)作为增强材料。
  
  以合成树脂作基体材料的一种复合材料。复合材料的概念是指一种材料不能满足使用要求,需要由两种或两种以上的材料复合在一起,组成另一种能满足人们要求的材料,即复合材料。例如,单一种玻璃纤维,虽然强度很高,但纤维间是松散的,只能承受拉力,不能承受弯曲、剪切和压应力,还不易做成固定的几何形状,是松软体。如果用合成树脂把它们粘合在一起,可以做成各种具有固定形状的坚硬制品,既能承受拉应力,又可承受弯曲、压缩和剪切应力。这就组成了玻璃纤维增强的塑料基复合材料。由于其强度相当于钢材,又含有玻璃组分,也具有玻璃那样的色泽、形体、耐腐蚀、电绝缘、隔热等性能,象玻璃那样,历史上形成了这个通俗易懂的名称“玻璃钢”,这个名词是由原国家建筑材料工业部部长赖际发同志于1958 年提出的,由建材系统扩至全国,玻璃钢的含义就是指玻璃纤维作增强材料、合成树脂作粘结剂的增强塑料,国外称玻璃纤维增强塑料。随着我国玻璃钢事业的发展,作为塑料基的增强材料,已由玻璃纤维扩大到碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、氧化铝纤维和碳化硅纤维等,无疑地,这些新型纤维制成的增强塑料,是一些高性能的纤维增强复合材料,再用玻璃钢这个俗称就无法概括了。考虑到历史的由来和发展,通常采用玻璃钢复合材料,这样一个名称就较全面了。
  
  主要性能
  
  玻璃具有硬而易碎,具有很好的透明性以及耐高温、耐腐蚀等性能;同时钢铁很硬并且不易碎,也具有耐高温的特点。于是人们开始想,如果能制造一种既具有玻璃的硬度、耐高温、抗腐蚀的性质,又具有钢铁一样坚硬不碎的特点,那这种材料一定会大有用途。
  
  经过研究试验,终于制出了这样一种复合材料。它,就是能与钢铁比肩而立的玻璃钢。
  
  一般玻璃的耐拉强度只有普通钢材的八分之一。把玻璃融化,拉成只有头发直径的十几分之一那么细的玻璃纤维,原来又硬又易碎的玻璃就变成了又软又耐拉的玻璃纤维,其耐拉强度可增加十几倍。
  
  玻璃钢雕塑
  
  大家都知道,水泥块耐压,钢材耐拉。用钢材作筋骨,水泥砂石作肌肉,让它们凝为一体,互相取长补短,变得坚强无比——这就是钢筋混凝土。
  
  同样,如大家用玻璃纤维作筋骨,用合成树脂(酚醛塑料、环氧树脂及聚酯树脂)作肌肉,让它们凝为一体,制成的材料,其抗拉强度可与钢材相媲美—因此得名叫玻璃钢。
  
  雕塑模具
  
  玻璃钢雕塑石膏模
  
  石膏模特点是耐热、价廉、导热系数小、复印性好。一般用于制作母模。制造方便,适于大型制品。但是不耐用,怕冲击,干燥慢。多用于单一产品以及线型复杂的产品,如浮雕、中小型尺寸圆雕等。所用的石膏多为半水石膏即熟石膏。与水泥模一样,可用砖头、木材做骨架基础,再覆以石膏层造型。为了提高刚度,防止裂纹,可在石膏中加入足够的填料,如加入石英,可减少收缩和裂纹,加入水泥(石膏:水泥=7:3)增加强度。也有人提出用石膏加入适量乳胶,用水稀释来制模,强度好,不起粉等。
  
  石膏模可用作低熔点合金模的母模,在热态下浇铸合金。用石膏母模翻制石膏铸型(子模)时,母模表面要涂以分离剂,如钾皂溶液、变压器油、食用油、20%硬脂酸十80%煤油,或汽油十凡士林等。石膏模可用带水笔蘸取石膏粉进行修补。石膏模烘干工艺是:(60~120)℃/(4~5)L,自然冷却后用金相砂纸轻轻抛光,然后再以(100~150)℃/(8~10)L,(200~230)℃/(20~24)L烘干。
  
  玻璃钢雕塑橡胶模
  
  橡胶模一般用硅橡胶、聚氨酯树脂制作,用于制作造型复杂的浮雕、圆雕及各种造型,并不单独使用,须与石膏套模等其他材料组成,通常用于模具中因线型倒入或重叠而不能直接脱模的某一部位,因它有一定软性,当外模脱模后,它能随意拉出,如狮子、龙等动物或菩萨、卡通人物。批量不大时,用此方法。
  
  玻璃钢雕塑石蜡膜
  
  石蜡膜用于数量不多或者线型复杂、不易脱模的产品。比如,要制造一个整体式弯管,包括90°弯管,可用两个弯头哈夫作母模,在内90°腔注满石蜡后,脱去哈夫母模后,将石蜡模芯稍加修整,然后在外壁包覆玻璃钢,固化后加热,使石蜡熔化流出,即可得到一个整体的玻璃钢产品。
  
  为了减少收缩变形,提高刚度,可在石蜡中加入5%左右的硬脂酸。制造方便,脱模容易,石蜡可反复利用。但精度不高。另一种用法:湿法卷管时,可将钢管浸到70~80℃熔化的石蜡中,提起来冷却后再浸,反复进行,直到所需厚度时,表面稍加修整,即可包覆玻璃钢,为防止石蜡开裂,可在蜡中加入少量黄油。也可在蜡的外面包覆一层薄的玻璃纸,以此作为模芯,玻璃钢固化后,加热钢管石蜡熔化即可脱模。
  
  混凝土模
  
  混凝土模多用于线型规则和重复使用次数少的产品,如螺旋形、波形、圆形、拱形或立体槽状产品。成本低,刚性好,可用砖头砌成基础,再覆以水泥砂浆,进行打磨、上腻子,再经过打磨、抛光、喷漆等措施。这种水泥模可直接用于生产玻璃钢制品,也可用于翻制玻璃钢模具的母模。水泥模干燥慢,即使在正常条件下,也要一周以上才能进行涂漆等表面施工。
  
  玻璃钢雕塑木模
  
  木模主要用于线形较平直的大型产品。木模可以直接用来作为玻璃钢产品的成型模具,也可作为翻制玻璃钢模具的过渡母模。用于制作模具的木材有红松、银杏、杉木等,要求含水量达15%,并且不易收缩变形,无节。木模制作后,可涂上0.2~0.3垃垃厚度的树脂(表面腻子),再用水砂纸由粗到细打磨四次,最后一次用800#或1000#砂纸打光,再涂上抛光膏用抛光器抛光,再打上石蜡,木模即成。也可直接在木模上刷油漆、罩光来制造木模。
  
  玻璃钢雕塑金属模
  
  金属模特别是钢模,一般用于尺寸小、批量大的模压产品。如制作玻璃钢平板时表面光洁的不锈钢板;制作型材时用角钢、槽钢。因为模压产品不仅要加压,还要加热。也有用于外形不复杂的大型产品。黄铜虽是常见金属,但因易受树脂辅助剂侵蚀,并会对树脂固化产生不利影响,除非在工作面已镀铬或其他金属的场合,否则不宜采用。金属模具的制造加工很困难、成本高。另有低熔点合金模其成分是:Z九93%、A14%、Cu3%、M合0.5%,当温度为50~80℃时,合金硬度(HB)为100左右。其流动性好,耐磨性差,适于制造形状复杂、花纹精细的塑料成型模腔,使用温度一般>80℃。另一种低熔点金属是58%铋,42%锡,熔点135℃。低熔点合金模的优点是制模周期短、工艺简单,可重复使用。
  
  优点和缺点
  
  玻璃钢的优点
  
  轻质高强
  
  相对密度在1.5~2.0之间,只有碳钢的1/4~1/5,可是拉伸强度却接近,甚至超过碳素钢,而比强度可以与高级合金钢相比。因此,在航空、火箭、宇宙飞行器、高压容器以及在其他需要减轻自重的制品应用中,都具有卓越成效。某些环氧FRP的拉伸、弯曲和压缩强度均能达到400Mpa以上。部分材料的密度、强度和比强度见表1-1。
  
  耐腐蚀性能好
  
  FRP是良好的耐腐材料,对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力。已应用到化工防腐的各个方面,正在取代碳钢、不锈钢、木材、有色金属等。
  
  电性能好
  
  是优良的绝缘材料,用来制造绝缘体。高频下仍能保护良好介电性。微波透过性良好,已广泛用于雷达天线罩。
  
  热性能良好
  
  FRP热导率低,室温下为1.25~1.67kJ/(m·h·K),只有金属的1/100~1/1000,是优良的绝热材料。在瞬时超高温情况下,是理想的热防护和耐烧蚀材料,能保护宇宙飞行器在2000℃以上承受高速气流的冲刷。
  
  可设计性好
  
  ①可以根据需要,灵活地设计出各种结构产品,来满足使用要求,可以使产品有很好的整体性。
  
  ②可以充分选择材料来满足产品的性能,如:可以设计出耐腐的,耐瞬时高温的、产品某方向上有特别高强度的、介电性好的,等等。
  
  工艺性优良
  
  ①可以根据产品的形状、技术要求、用途及数量来灵活地选择成型工艺。
  
  ②工艺简单,可以一次成型,经济效果突出,尤其对形状复杂、不易成型的数量少的产品,更突出它的工艺优越性。
  
  玻璃钢的不足
  
  弹性模量低
  
  FRP的弹性模量比木材大两倍,但比钢(E=2.1×106)小10倍,因此在产品结构中常感到刚性不足,容易变形。
  
  可以做成薄壳结构、夹层结构,也可通过高模量纤维或者做加强筋等形式来弥补。
  
  长期耐温性差
  
  一般FRP不能在高温下长期使用,通用聚酯FRP在50℃以上强度就明显下降,一般只在100℃以下使用;通用型环氧FRP在60℃以上,强度有明显下降。但可以选择耐高温树脂,使长期工作温度在200~300℃是可能的。
  
  老化现象
  
  老化现象是塑料的共同缺陷,FRP也不例外,在紫外线、风沙雨雪、化学介质、机械应力等作用下容易导致性能下降。
  
  层间剪切强度低
  
  层间剪切强度是靠树脂来承担的,所以很低。可以通过选择工艺、使用偶联剂等方法来提高层间粘结力,最主要的是在产品设计时,尽量避免使层间受剪。
  
  生产方法
  
  基本上分两大类,即湿法接触型和干法加压成型。如按工艺特点来分,有手糊成型、层压成型、RTM法、挤拉法、模压成型、缠绕成型等。手糊成型又包括手糊法、袋压法、喷射法、湿糊低压法和无模手糊法。
  
  目前世界上使用最多的成型方法有以下四种。
  
  ①手糊法:主要使用国家有挪威、日本、英国、丹麦等。
  
  ②喷射法:主要使用国家有瑞典、美国、挪威等。
  
  ③模压法:主要使用国家有德国等。
  
  ④RTM法(树脂传递模塑):主要使用国家有欧美各国、日本。
  
  还有:纤维缠绕成型法 拉挤成型法 和 热压灌成型法 等等
  
  我国有90%以上的FRP产品是手糊法生产的,其他有模压法、缠绕法、层压法等。日本的手糊法仍占50%。从世界各国来看,手糊法仍占相当比重,说明它仍有生命力。手糊法的特点是用湿态树脂成型,设备简单,费用少,一次能糊10m以上的整体产品。缺点是机械化程度低,生产周期长,质量不稳定,我国从国外引进了挤拉、喷涂、缠绕等工艺设备,随着FRP工业的发展,新的工艺方法将会不断出现。

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