聚酯模具:模具表面变形

玻璃钢模具胶衣

装饰性缺陷的类型--有三种类型装饰性缺陷会出现在模具胶衣表面上,这些缺陷程度可以是很小变形或严重的纤维印痕。

  • 变形——变形是模具表面上光反射的波纹。
  • 印痕——印痕是类似纤维性增强材料结构的图案。以纤维束形式出现的印痕称为纤维印痕,以编织结构形式出现的印痕称为编织印痕。
  • 条痕——条痕是可见证据,其由一种材料到另一种材料边界上的刚性及硬度的不同引起的。这种边界通常出现在模具或模型上并且转移到成型的部件上。一个常见的例子是由玻纤铺层及整体填充剂制作而成的阳模具。整体填充剂较软并且与玻纤铺层相比,具有较低的玻璃化温度。它们也在热膨胀和热容量特性上不同。由于树脂收缩,放热产生的热量和力均产生应力。这些应力分散到不同的区域有不同的反应。条痕会出现在它们之间的边界处。当模具框架元件与模具后侧接触时,条痕也会出现。

原因--胶衣表面经常出现这些装饰性缺陷。

然而,根本原因不在于胶衣层的任何特性或特点。在平坦、抛光的模型上适当固化的胶衣膜会展现出高光泽性及可见光滑性。胶衣与模具表面的光滑性及光泽性一致。成型部件会失去一些光泽及光滑性。

甚至当树脂在胶衣膜后铸塑时,生成的表面是很有光泽、光滑性并且没有这些装饰性缺陷。由树脂收缩引起的装饰性缺陷受不同材料影响。当胶衣是薄的或欠固化时,这些缺陷会被放大。

当紧邻胶衣层的铺层固化时,会出现装饰性缺陷。它们的严重性直接与固化过程中树脂收缩程度有关。收缩大的树脂比收缩小的树脂造成更大的装饰性缺陷。这些缺陷也受增强纤维性质及基础铺层中纤维结构影响。

纤维收缩性小不会导致装饰性缺陷。相反,纤维对树脂收缩的阻碍会导致缺陷的出现。不同的纤维因纤维横向硬度对树脂收缩的阻碍不同。玻纤具有大约10msi(百万磅/平方英寸)的横向于纤维轴硬度。树脂具有大约1/2msi的硬度,是玻纤的20分之一。当树脂收缩并且挤压玻纤时,与树脂相比,玻纤能提供20倍抵抗力来抵抗挤压。这导致纤维印痕在胶衣表面上清晰可见,因为树脂丰富区域从胶衣表面上收缩,而纤维丰富区域抵抗从胶衣表面收缩。

由于纤维生产过程中的分子方向,碳纤维,石墨及聚合物纤维在轴向上具有高硬度。因此,它们横向硬度很低,为1/2到2msi。纤维横向硬度越低,纤维对装饰性缺陷的影响越少,因为它不阻碍树脂收缩。所以聚合物纤维印痕封阻剂比玻纤毡能提供更好的装饰性。

在纺织结构(如:编织粗纱)中纤维束的编织方式(经向和纬向)会产生与纤维束交替的树脂袋。树脂袋内的不受控收缩与纤维束内的受控收缩显著的差别导致在表面上形成编织印痕。这样,纤维结构形式对装饰性具有明显的影响。

树脂收缩、纤维横向硬度和纤维结构形式是装饰性缺陷的根本原因。就给出的纤维及其形式(如:短切玻纤)而言,装饰性缺陷的严重程度随着树脂的收缩性变化。大多数树脂收缩发生在成型过程中即固化阶段。在脱模后,任何进一步固化均称为后固化。后固化导致进一步的收缩并且这种后固化的收缩也会造成装饰性缺陷。

正常室温不能提供足够的能量使不饱和聚酯树脂完全固化。在固化过程的某个阶段,当交联度高到一定程度时固化反应停止。进一步固化需要接近树脂玻璃化温度的温度。这种进一步的固化促使树脂玻璃化温度接近其最大值,其导致完全固化。一旦固化完全,不会再出现其他的固化收缩并且装饰性质量稳定。通常,在首批一些部件生产过程中经过放热时,模具经历最终固化阶段。

对新玻璃钢模具可进行特殊后固化处理,而不是让新模具在生产部件成型放热时进行后固化。后固化温度应该比预期的生产放热温度高20ºF(11ºC)或者高于用于生产模具的胶衣和树脂预期的最大玻璃化温度,两者之一低的那个温度。在此温度下进行4小时的固化通常能达到完全固化并且达到最大玻璃化温度。间苯二甲酸模具胶衣具有最高的玻璃化温度是200到210ºF(93到99ºC),而乙烯基酯胶衣具有最高的玻璃化温度是250到260ºF(121到127ºC)。

任何高温后固化应该总是在模具内无承重的条件下进行,由模具支撑部件以防自身重量造成变形。如果当模具仍在原模型上,在高温下进行后固化,由于几何结构,热膨胀的不同会导致原模型和模具胶衣表面上各地方出现条痕。就最好的固化效果而言,任何高温后固化应该在最初固化三天内进行。

湿法打磨和抛光可去除模具表面上,因固化及后固化造成的装饰性缺陷。而这仅在模具达到其最终固化状态后才能进行。一旦固化完全,模具在任何温度下都不会出现与固化相关的收缩。

如果模具温度接近或高于其玻璃化温度,然而,模具材料会软化并且由于生产部件内收缩引起的应力,进而导致条痕出现。如果部件含有编织粗纱,当模具温度接近或高于模具玻璃化温度时,部件上的编织印痕能转移到模具表面上。如果部件是由零收缩树脂制作而成,部件不会在模具表面上施加收缩应力,并且稍高于模具玻璃化温度时,不会导致印痕从部件转移到模具表面上。

总结:

  • 由于固化及后固化过程中树脂的收缩进而导致模具出现装饰性缺陷。
  • 装饰性缺陷能被打磨掉,但如果模具没有充分固化,装饰性缺陷会再出现。
  • 如果放热温度接近或超过模具玻璃化温度,由传统不饱和聚酯树脂制作的部件,能在充分固化的模具上产生印痕或变形。
  • 低变形树脂产生较轻装饰性缺陷,与传统不饱和聚酯树脂相比,这些体系收缩可被忽略。
  • 仅在胶衣后有铺层时,变形(有时称为橘皮纹)出现在胶衣表面上,这种情况出现在纤维横向硬度足够大以抵抗树脂收缩时。变形不是由胶衣后侧粗糙度所引起,因为均匀刮涂模具胶衣产生与喷涂膜相同程度的变形,而后者具有橘皮纹特征。
  • 如果在胶衣膜后没有铺层或在胶衣膜后仅有未增强的树脂,喷涂或刮涂(光滑表面)的胶衣膜不会显示变形。
  • 如果模具胶衣具有212ºF(100ºC)最高玻璃化温度,在高于此温度下后固化模具不会改进其抗变形性。
  • “较硬”模具胶衣不会具有更好的抗变形性。它可能得到较高的抛光光泽,但有更大的破裂倾向。
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