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玻璃鋼雕塑制作工藝、生產方法及優缺點

2018-05-22 11:14 分享

  玻璃鋼制作工藝:成品制作前,先將所要制作的產品用特定泥塑材料造出相應要制作的產品,在泥塑稿制作完成后,翻制石膏外模,然后將玻璃鋼(即樹脂和玻璃絲布的結合物)涂刷在外模內部。等其干透后打開外模,經過合模的程序,獲得玻璃鋼雕塑成品。但玻璃鋼雕塑在室外經過太陽的暴曬和風蝕,一般五年以上就開始有變形,脆弱易裂的缺點。
  
  玻璃鋼雕塑是雕塑的一種成品類型。具有質輕,耐腐蝕,成本相對較低的特點。玻璃鋼又稱FRP,學稱纖維增強塑料,國內在習慣上稱之為玻璃鋼。它是以合成樹脂為基體材料,以玻璃纖維及其制品為增強材料組成的復合材料。
  
  一般常識
  
  玻璃鋼學名玻璃纖維增強塑料。它是以玻璃纖維及其制品(玻璃布、帶、氈、紗等)作為增強材料。
  
  以合成樹脂作基體材料的一種復合材料。復合材料的概念是指一種材料不能滿足使用要求,需要由兩種或兩種以上的材料復合在一起,組成另一種能滿足人們要求的材料,即復合材料。例如,單一種玻璃纖維,雖然強度很高,但纖維間是松散的,只能承受拉力,不能承受彎曲、剪切和壓應力,還不易做成固定的幾何形狀,是松軟體。如果用合成樹脂把它們粘合在一起,可以做成各種具有固定形狀的堅硬制品,既能承受拉應力,又可承受彎曲、壓縮和剪切應力。這就組成了玻璃纖維增強的塑料基復合材料。由于其強度相當于鋼材,又含有玻璃組分,也具有玻璃那樣的色澤、形體、耐腐蝕、電絕緣、隔熱等性能,象玻璃那樣,歷史上形成了這個通俗易懂的名稱“玻璃鋼”,這個名詞是由原國家建筑材料工業部部長賴際發同志于1958 年提出的,由建材系統擴至全國,玻璃鋼的含義就是指玻璃纖維作增強材料、合成樹脂作粘結劑的增強塑料,國外稱玻璃纖維增強塑料。隨著我國玻璃鋼事業的發展,作為塑料基的增強材料,已由玻璃纖維擴大到碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、氧化鋁纖維和碳化硅纖維等,無疑地,這些新型纖維制成的增強塑料,是一些高性能的纖維增強復合材料,再用玻璃鋼這個俗稱就無法概括了??紤]到歷史的由來和發展,通常采用玻璃鋼復合材料,這樣一個名稱就較全面了。
  
  主要性能
  
  玻璃具有硬而易碎,具有很好的透明性以及耐高溫、耐腐蝕等性能;同時鋼鐵很硬并且不易碎,也具有耐高溫的特點。于是人們開始想,如果能制造一種既具有玻璃的硬度、耐高溫、抗腐蝕的性質,又具有鋼鐵一樣堅硬不碎的特點,那這種材料一定會大有用途。
  
  經過研究試驗,終于制出了這樣一種復合材料。它,就是能與鋼鐵比肩而立的玻璃鋼。
  
  一般玻璃的耐拉強度只有普通鋼材的八分之一。把玻璃融化,拉成只有頭發直徑的十幾分之一那么細的玻璃纖維,原來又硬又易碎的玻璃就變成了又軟又耐拉的玻璃纖維,其耐拉強度可增加十幾倍。
  
  玻璃鋼雕塑
  
  大家都知道,水泥塊耐壓,鋼材耐拉。用鋼材作筋骨,水泥砂石作肌肉,讓它們凝為一體,互相取長補短,變得堅強無比——這就是鋼筋混凝土。
  
  同樣,如我們用玻璃纖維作筋骨,用合成樹脂(酚醛塑料、環氧樹脂及聚酯樹脂)作肌肉,讓它們凝為一體,制成的材料,其抗拉強度可與鋼材相媲美—因此得名叫玻璃鋼。
  
  雕塑模具
  
  玻璃鋼雕塑石膏模
  
  石膏模特點是耐熱、價廉、導熱系數小、復印性好。一般用于制作母模。制造方便,適于大型制品。但是不耐用,怕沖擊,干燥慢。多用于單一產品以及線型復雜的產品,如浮雕、中小型尺寸圓雕等。所用的石膏多為半水石膏即熟石膏。與水泥模一樣,可用磚頭、木材做骨架基礎,再覆以石膏層造型。為了提高剛度,防止裂紋,可在石膏中加入足夠的填料,如加入石英,可減少收縮和裂紋,加入水泥(石膏:水泥=7:3)增加強度。也有人提出用石膏加入適量乳膠,用水稀釋來制模,強度好,不起粉等。
  
  石膏??捎米鞯腿埸c合金模的母模,在熱態下澆鑄合金。用石膏母模翻制石膏鑄型(子模)時,母模表面要涂以分離劑,如鉀皂溶液、變壓器油、食用油、20%硬脂酸十80%煤油,或汽油十凡士林等。石膏??捎脦P蘸取石膏粉進行修補。石膏模烘干工藝是:(60~120)℃/(4~5)L,自然冷卻后用金相砂紙輕輕拋光,然后再以(100~150)℃/(8~10)L,(200~230)℃/(20~24)L烘干。
  
  玻璃鋼雕塑橡膠模
  
  橡膠模一般用硅橡膠、聚氨酯樹脂制作,用于制作造型復雜的浮雕、圓雕及各種造型,并不單獨使用,須與石膏套模等其他材料組成,通常用于模具中因線型倒入或重疊而不能直接脫模的某一部位,因它有一定軟性,當外模脫模后,它能隨意拉出,如獅子、龍等動物或菩薩、卡通人物。批量不大時,用此方法。
  
  玻璃鋼雕塑石蠟膜
  
  石蠟膜用于數量不多或者線型復雜、不易脫模的產品。比如,要制造一個整體式彎管,包括90°彎管,可用兩個彎頭哈夫作母模,在內90°腔注滿石蠟后,脫去哈夫母模后,將石蠟模芯稍加修整,然后在外壁包覆玻璃鋼,固化后加熱,使石蠟熔化流出,即可得到一個整體的玻璃鋼產品。
  
  為了減少收縮變形,提高剛度,可在石蠟中加入5%左右的硬脂酸。制造方便,脫模容易,石蠟可反復利用。但精度不高。另一種用法:濕法卷管時,可將鋼管浸到70~80℃熔化的石蠟中,提起來冷卻后再浸,反復進行,直到所需厚度時,表面稍加修整,即可包覆玻璃鋼,為防止石蠟開裂,可在蠟中加入少量黃油。也可在蠟的外面包覆一層薄的玻璃紙,以此作為模芯,玻璃鋼固化后,加熱鋼管石蠟熔化即可脫模。
  
  混凝土模
  
  混凝土模多用于線型規則和重復使用次數少的產品,如螺旋形、波形、圓形、拱形或立體槽狀產品。成本低,剛性好,可用磚頭砌成基礎,再覆以水泥砂漿,進行打磨、上膩子,再經過打磨、拋光、噴漆等措施。這種水泥??芍苯佑糜谏a玻璃鋼制品,也可用于翻制玻璃鋼模具的母模。水泥模干燥慢,即使在正常條件下,也要一周以上才能進行涂漆等表面施工。
  
  玻璃鋼雕塑木模
  
  木模主要用于線形較平直的大型產品。木??梢灾苯佑脕碜鳛椴Aт摦a品的成型模具,也可作為翻制玻璃鋼模具的過渡母模。用于制作模具的木材有紅松、銀杏、杉木等,要求含水量達15%,并且不易收縮變形,無節。木模制作后,可涂上0.2~0.3垃垃厚度的樹脂(表面膩子),再用水砂紙由粗到細打磨四次,最后一次用800#或1000#砂紙打光,再涂上拋光膏用拋光器拋光,再打上石蠟,木模即成。也可直接在木模上刷油漆、罩光來制造木模。
  
  玻璃鋼雕塑金屬模
  
  金屬模特別是鋼模,一般用于尺寸小、批量大的模壓產品。如制作玻璃鋼平板時表面光潔的不銹鋼板;制作型材時用角鋼、槽鋼。因為模壓產品不僅要加壓,還要加熱。也有用于外形不復雜的大型產品。黃銅雖是常見金屬,但因易受樹脂輔助劑侵蝕,并會對樹脂固化產生不利影響,除非在工作面已鍍鉻或其他金屬的場合,否則不宜采用。金屬模具的制造加工很困難、成本高。另有低熔點合金模其成分是:Z九93%、A14%、Cu3%、M合0.5%,當溫度為50~80℃時,合金硬度(HB)為100左右。其流動性好,耐磨性差,適于制造形狀復雜、花紋精細的塑料成型模腔,使用溫度一般>80℃。另一種低熔點金屬是58%鉍,42%錫,熔點135℃。低熔點合金模的優點是制模周期短、工藝簡單,可重復使用。
  
  優點和缺點
  
  玻璃鋼的優點
  
  輕質高強
  
  相對密度在1.5~2.0之間,只有碳鋼的1/4~1/5,可是拉伸強度卻接近,甚至超過碳素鋼,而比強度可以與高級合金鋼相比。因此,在航空、火箭、宇宙飛行器、高壓容器以及在其他需要減輕自重的制品應用中,都具有卓越成效。某些環氧FRP的拉伸、彎曲和壓縮強度均能達到400Mpa以上。部分材料的密度、強度和比強度見表1-1。
  
  耐腐蝕性能好
  
  FRP是良好的耐腐材料,對大氣、水和一般濃度的酸、堿、鹽以及多種油類和溶劑都有較好的抵抗能力。已應用到化工防腐的各個方面,正在取代碳鋼、不銹鋼、木材、有色金屬等。
  
  電性能好
  
  是優良的絕緣材料,用來制造絕緣體。高頻下仍能保護良好介電性。微波透過性良好,已廣泛用于雷達天線罩。
  
  熱性能良好
  
  FRP熱導率低,室溫下為1.25~1.67kJ/(m·h·K),只有金屬的1/100~1/1000,是優良的絕熱材料。在瞬時超高溫情況下,是理想的熱防護和耐燒蝕材料,能保護宇宙飛行器在2000℃以上承受高速氣流的沖刷。
  
  可設計性好
  
 ?、倏梢愿鶕枰?,靈活地設計出各種結構產品,來滿足使用要求,可以使產品有很好的整體性。
  
 ?、诳梢猿浞诌x擇材料來滿足產品的性能,如:可以設計出耐腐的,耐瞬時高溫的、產品某方向上有特別高強度的、介電性好的,等等。
  
  工藝性優良
  
 ?、倏梢愿鶕a品的形狀、技術要求、用途及數量來靈活地選擇成型工藝。
  
 ?、诠に嚭唵?,可以一次成型,經濟效果突出,尤其對形狀復雜、不易成型的數量少的產品,更突出它的工藝優越性。
  
  玻璃鋼的不足
  
  彈性模量低
  
  FRP的彈性模量比木材大兩倍,但比鋼(E=2.1×106)小10倍,因此在產品結構中常感到剛性不足,容易變形。
  
  可以做成薄殼結構、夾層結構,也可通過高模量纖維或者做加強筋等形式來彌補。
  
  長期耐溫性差
  
  一般FRP不能在高溫下長期使用,通用聚酯FRP在50℃以上強度就明顯下降,一般只在100℃以下使用;通用型環氧FRP在60℃以上,強度有明顯下降。但可以選擇耐高溫樹脂,使長期工作溫度在200~300℃是可能的。
  
  老化現象
  
  老化現象是塑料的共同缺陷,FRP也不例外,在紫外線、風沙雨雪、化學介質、機械應力等作用下容易導致性能下降。
  
  層間剪切強度低
  
  層間剪切強度是靠樹脂來承擔的,所以很低??梢酝ㄟ^選擇工藝、使用偶聯劑等方法來提高層間粘結力,最主要的是在產品設計時,盡量避免使層間受剪。
  
  生產方法
  
  基本上分兩大類,即濕法接觸型和干法加壓成型。如按工藝特點來分,有手糊成型、層壓成型、RTM法、擠拉法、模壓成型、纏繞成型等。手糊成型又包括手糊法、袋壓法、噴射法、濕糊低壓法和無模手糊法。
  
  目前世界上使用最多的成型方法有以下四種。
  
 ?、偈趾ǎ褐饕褂脟矣信餐?、日本、英國、丹麥等。
  
 ?、趪娚浞ǎ褐饕褂脟矣腥鸬?、美國、挪威等。
  
 ?、勰悍ǎ褐饕褂脟矣械聡?。
  
 ?、躌TM法(樹脂傳遞模塑):主要使用國家有歐美各國、日本。
  
  還有:纖維纏繞成型法 拉擠成型法 和 熱壓灌成型法 等等
  
  我國有90%以上的FRP產品是手糊法生產的,其他有模壓法、纏繞法、層壓法等。日本的手糊法仍占50%。從世界各國來看,手糊法仍占相當比重,說明它仍有生命力。手糊法的特點是用濕態樹脂成型,設備簡單,費用少,一次能糊10m以上的整體產品。缺點是機械化程度低,生產周期長,質量不穩定,我國從國外引進了擠拉、噴涂、纏繞等工藝設備,隨著FRP工業的發展,新的工藝方法將會不斷出現。


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