预浸料的制备
注 试验条件：恒温干燥箱内进行，烘干时间为200s。
表5-3 烘干温度和时间对浸胶布挥发份和不溶性树脂含量的影响
注 试验条件：卧式浸胶机中进行。
3）烘箱内部的气流控制 在胶布的烘干过程中，胶布表面产生一定速度的气流，使胶布表面挥发物的浓度降低，同时胶布表面上气压降低，有助于挥发物的排除。通常在胶布的烘干过程中，布面气流速度控制在3~5m/s为宜。 4）胶布的牵引张力 胶布的牵引张力是通过浸胶机组的牵引装置提供的，其大小取决于所用玻璃布的自重和玻璃布在运行过程中经过导向辊、挤胶辊等装置时产生的摩擦力。胶布的牵引张力不宜过大，否则会使胶布在运行过程中产生横向收缩，纵向拉长变形。同时要求施加的牵引张力使胶布在运行时各部位张力基本一致，以确保胶布平整地进入浸胶槽。 三、胶布的质量指标及控制 浸胶布必须经过三项质量指标的检测，如三项指标合格，再经外观检查后即可根据制品和成型工艺的要求进行裁剪。 浸胶布的外观质量一般要求不能有油污、严重机械损伤和异常现象、严重浮胶和含胶量不均，严防掺入其它杂质如粉尘、水分等。 1. 挥发份含量 挥发份含量通常是指胶布里的挥发性物质在胶布质量中所占的百分率，基层增强材料浸胶后所含的挥发份要求适中。如果含量过高，则会影响预浸料的绝缘性能、机械性能，导致产品表面气泡，周围边缘气泡排不干净等；但也不能太低，因为这样会影响生产效率，影响压制工艺。一般预浸料的挥发份含量为1.8%~4%，而覆铜箔层压板的胶布的挥发份含量必须控制在0.4%以下，卷管用胶布的挥发份含量应控制在1.5%~3%的范围。可以通过调节烘干温度和时间来控制挥发份的含量。 其测定方法是：在经过烘干的胶布上，取两边及中间不同部位的试样三块，规格为80mm×80mm，称重为g1（精确至0.001g），放入（180±2）℃的烘箱内烘5min，取出后冷却至常温，称重为g2。用下式计算：挥发份V=〔（g1- g2）/ g1〕×100%。 2. 不溶性树脂含量 不溶性树脂含量表示不溶性树脂在树脂总质量中所占的百分率。不溶性树脂含量过高，会降低树脂的粘结性，压制时流动性不好；若含量过低，则意味着树脂流动性好，但相应的挥发份也增加，压制时流胶多，还可能造成树脂滑出，造成浪费甚至使产品报废。不同用途的胶布其要求的不溶性树脂含量不同，卷管用胶布一般小于5%，而层压用胶布一般为5%~30%。一般烘箱温度高，烘干时间长，则不溶性树脂含量上升，反之降低。 其测定方法是：在经过烘干的胶布上，取两边及中间不同部位的试样三块，规格为80mm×80mm，称重为g1（精确至0.001g），放入盛有溶剂的烧杯内溶解3次（依次为3min、3min、4min）。取出后放入（180±2）℃的烘箱内烘5min，取出后冷却至常温，称重为g3，然后送入500~600℃的高温炉内灼烧5~10min，取出冷却至常温，称重为g4。用下式计算：不溶性树脂含量C=〔（g1- g4）/ g1（1-V）- g4〕×100%。 3. 含胶量 不同规格的纤维织物，含胶量也各不相同，通常是用树脂含量的质量百分率来表示。含胶量对制品的力学性能有很大影响，制品的其它性能如吸湿性、电气性能及耐化学腐蚀性也取决于树脂种类及其含量，因此在制造层压板时，含胶量的控制极为重要。控制胶布含胶量的方法有：调节树脂胶液的粘度、浸胶时间、刮胶辊的辊距等。 其测定方法是：将取出的胶布样称重为g1（精确至0.001g），送入500~600℃的高温炉内灼烧5~10min，取出冷却至常温，称重为g5。用下式计算：含胶量R=〔（g1- g5）/ g1〕×100%。也可利用测得的挥发份和不溶性树脂的数据进行计算：含胶量R=〔（g1（1-V）- g5）/ g1（1-V）〕×100%。 对酚醛玻璃钢来说，树脂含量在25~46%范围内时玻璃钢的力学性能较高，树脂含量在29±3%时力学性能最佳。表5-4所示为环氧酚醛—玻璃布含胶量与层压板机械性能的关系，树脂含量达40%左右时机械性能最好。 表5-4 环氧酚醛胶布的含胶量与层压板的性能关系
表5-5 几种常见玻璃布胶布的指标
浸胶工艺过程是连续的，用粘度被严格控制的树脂浸渍连续纤维织物，经过烘干，制得预浸料。以布为增强材料的预浸料称为胶布，是玻璃布层压板、玻璃钢管和布带缠绕玻璃钢制品的原材料，胶布的质量是影响层压产品的一个重要因素。
一、浸胶设备
制备浸胶布的主要设备是浸胶机，一般由送布架、热处理炉、浸胶槽、烘干箱和牵引辊等部分组成。
浸胶机一般根据烘箱的形式分为立式和卧式两种。立式浸胶机适用于拉伸强度较高的增强材料，如玻璃纤维布；占地面积小，但要求厂房较高，热能利用率高，适合于大规模生产。卧式浸胶机适用于强度较低质量较小的增强材料，如纸；长度较长，占地面积大，热能利用率低。图5-2、图5-3分别为立式浸胶机实物图和示意图。图5-4、图5-5分别为卧式浸胶机实物图和示意图。
浸胶机的性能和参数控制水平，影响胶布含胶量的均匀性、胶液的浸透性、流动性（可溶性的高低）和挥发份含量。下面介绍浸胶机中粘度调节系统、烘箱的结构和温度控制、张力控制系统。
1.粘度调节
控制胶布纵横方向含胶量的均匀性及浸透性是关键。先将胶液调至所需的粘度，一般在粘度调节锅里完成。配置的设备有：搅拌器、粘度控制器、液位计、循环泵、恒温控制系统。粘度控制器控制溶剂的流入量。液位计调节锅容量（即胶液的补充）。循环泵将浸渍槽溢流胶液泵入调节锅再进行粘度调节。在温度恒定的条件下，整个生产过程中胶槽里的胶液粘度基本不变。
浸胶机将粘度调节锅里的胶液浸渍到玻璃布（纸）中去，一般采用单面挤胶、全浸胶、挤胶三步完成。单面挤胶的目的是使玻璃布（纸）中的空气排出，利于浸透。单面挤胶目前国内外使用的有3种方法，即单面淋胶、单辊单面反挤胶、单面喷胶。全浸胶的目的是保证玻璃布（纸）再一次浸透。挤胶是利用高精度计量辊将玻璃布（纸）上多余的胶液挤出。两辊之间的间隙可以调节或打开。两辊反向转动，可正转、反转。辊筒的精度：同轴度小于5/1000，直线度小于2/1000。两辊靠拢间隙小于0.0125mm，目的为例保证胶布（纸）横向胶含量的均匀性，胶含量不均匀性不大于±1%，同时可以保证层压成型时板子厚度的均匀性。
2.烘箱
烘箱的作用是将浸胶后胶布（纸）中的溶剂、低分子物除去，并使树脂进一步反应，因此烘箱的温度的高低和精度及干燥方式尤为重要。
温度高低随胶液体系而定，与工艺速度也有关。一般分区控制温度，控制精度为±1℃（烘箱横断面）。立式浸胶机烘箱分3段加温区：底部进口段（60~80℃）、中间段（80~100℃）和顶部段（130℃以下）。也可根据产品的要求进行多段控制，各段的温度应根据树脂种类和层压工艺的要求而定。卧式浸胶机烘箱分3段加温区：进口段（100~110℃）、中间段（130~150℃）和出口段（100℃以下）。
干燥方式有两种：热风喷射循环式和远红外线加热微风循环式。热风喷射循环式加热方式为目前国内外使用较多的装置，各厂商生产的也有区别，区别为喷嘴的结构和回风不同。喷嘴有矩形和孔板型，矩形喷射的热风为线状，而孔板式的为宽带状，后者对胶布表面冲击力小，对胶布表面平滑影响小。循环回风也有两种：单向回风、两喷嘴之间回风，后者较前者烘箱横向温度场均匀性好，对胶布横向流动度均匀性好，对板子成型和厚度控制有利。
远红外线加热方式是利用低温远红外线易穿透高分子物的特点，可从布内外加热，干燥效果好，效力高，烘箱的长度可缩短1/3左右。烘箱内采用微风循环，布在烘箱内摆动小，布面质量好，所需的张力小，胶布内应力也减小。
烘箱供热方式有蒸汽、热水、导热油、热风4种，从环保和节能的角度考虑，一般配置废气焚烧炉，即将烘箱中胶布在烘干过程的挥发物排至焚烧炉内焚烧（燃烧室温度为760℃），利用空气-空气或空气-燃油交换器，将新鲜空气加热至400-500℃（导热油为300℃左右）送至烘箱作为热源，且废气焚烧效率可达95%以上，节能达30%以上，是一种较好的供热方式，达到环境保护的要求。
3.张力和同步
张力和同步两者为统一控制，同步控制中包含张力控制，张力控制反过来为同步服务。同步只是相对的，整个布和胶布运行过程只是相对同步的，但每一段张力控制瞬时是不同的，因此一般张力控制也分段进行。一般分为3段，即从开卷至前牵引、前牵引至转向区（立式）、转向区至后牵引，目的是根据每段所需的张力不同可分别设定或整定。
张力大小和稳定直接影响同步控制和瞬时各段布的速度变化，对胶布的含胶量的纵向均匀性有直接影响（胶液粘度稳定性同时也有影响）。同时对胶布的内应力的变化也有直接影响。因此，张力控制的稳定也就是同步的稳定，瞬时速度变化越小越好，一般张力控制精度可达±2N以上最好。
二、浸胶工艺过程
织物以一定的速度均匀向前移动，经过浸胶槽，浸渍一定量的树脂溶液，再经过烘干炉，除去大部分溶剂等挥发物并使树脂有一定程度的固化，最后裁切成胶布块或胶布带。玻璃胶布的质量指标主要有三项：树脂含量、不溶性树脂含量和挥发物含量。
1.增强材料的处理
为了使增强材料和树脂基体之间有较强的粘接性，常用有机偶联剂对增强材料进行表面处理，特别是玻璃纤维，如果不进行表面处理，很难制成增强复合材料制品。常用的处理方法有热处理、化学处理两种。
1）热处理法
热处理采用热处理炉，在350~450℃温度下，连续处理1~5min；或在280~300℃温度下，加热15~30min。处理后的纤维为棕黄色，表面浆料残余量为0.1%左右。但处理后强度下降约20~30%。
2）化学处理法
分为前处理法、后处理法和迁移处理三种。前处理法是在纺织过程中将偶联剂加入到纺织浆料中，在纤维抽丝过程中处理；后处理法是将玻璃纤维通过热处理后，残余浆料大于1%时，再用偶联剂溶液处理；迁移法是将偶联剂直接加入树脂中，再浸渍纤维及其织物。
2.预浸织物
影响浸胶的主要因素有胶液的浓度、粘度、浸渍时间，此外浸渍过程中的张力、挤胶辊等的密切配合也应予以注意。
1）胶液的浓度 胶液的浓度是指树脂质量在浸渍溶液总质量中所占的百分率，它直接影响树脂溶液对织物的渗透能力和织物表面粘结的树脂量。另外，胶槽内胶液浓度是否均匀也是影响胶布均匀性的一个重要因素。由于胶液浓度和密度受温度影响，还应根据环境条件来确定胶液的密度。采用不同织物、不同树脂时，胶液浓度也不一样，在实际生产中，通常测量和调节相对密度来控制胶液的浓度，不同规格织物所采用的胶液密度见表5-1。
表5-1 不同规格布所采用的胶液密度
|
项目 布 |
厚度/mm |
经向密度/(根/cm) |
纬向密度/(根/cm) |
树脂 |
含胶量 /% |
胶液相对密度（胶槽） |
|
玻璃布 |
0.2±0.01 |
18±1 |
14±1 |
氨酚醛 |
29±3 |
1.07~1.09 |
|
0.2±0.01 |
18±1 |
14±1 |
氨酚醛 |
33±3 |
1.10~1.12 |
|
|
0.2±0.01 |
18±1 |
14±1 |
环氧酚醛 |
33±3 |
1.06~1.08 |
|
|
0.2±0.01 |
18±1 |
14±1 |
钡酚醛 |
32±3 |
1.07~1.09 |
|
|
0.1±0.005 |
20±1 |
20±1 |
氨酚醛 |
35±3 |
1.02左右 |
|
|
0.1±0.005 |
20±1 |
20±1 |
钡酚醛 |
33±3 |
1.03~1.05 |
|
|
0.1±0.005 |
20±1 |
20±1 |
环氧酚醛 |
35±3 |
1.00~1.02 |
|
|
0.165（人字纹） |
16±1 |
16±1 |
环氧634 |
41~43 |
1.035~1.039（夏） 1.045~1.046（冬） |
|
|
高硅氧布 |
0.25±0.015 0.25±0.015 |
12±1 12±1 |
12±1 12±1 |
钡酚醛 氨酚醛 |
40±3 37±3 |
1.06~1.08 1.045~1.06 |
|
涤纶布 |
钡酚醛 |
35~43 |
1.01~1.04 |
|||
2）胶液的粘度 胶液的粘度直接影响到织物的浸渍能力和胶层的厚度。若胶液的粘度太大，纤维织物不易渗透；粘度过小，会导致胶布的含胶量太低。由于它与树脂的浓度、温度有关，故一般可用胶液浓度和浸胶环境温度来控制。控制浸胶温度的方法有两种：浸胶厂房实行空调恒温、胶槽采用夹套式恒温。
3）浸胶时间 浸胶时间是指纤维织物通过胶液的时间。实践证明，一般浸胶时间不宜低于30s，时间过短会导致胶布含胶量不够，或使胶液大部分浮在织物表明，影响胶布质量；但时间过长也会影响生产效率，应根据实际情况进行合理控制。
4）张力 在浸胶过程中，纤维织物所受张力的大小和均匀性会影响胶布的含胶量和均匀性，张力的大小应根据织物的规格和特性来决定，不应太大，否则使玻璃布在运行过程中产生横向收缩和变形。玻璃布的变形会对层压板的平整度产生很大影响，因此浸胶过程中应严格控制纤维织物所受的张力及其均匀性。
5）浸渍方法 浸胶工序中胶液必须浸透玻璃布。低捻布或薄玻璃布可采取一次浸渍法，而厚玻璃布应采取两次浸渍法。第一次浸渍时胶液由玻璃布的一面向另一面渗透，第二次浸渍时，达到上下表面充分浸透，再经过对挤辊或刮胶装置，达到所需树脂含量。这种浸渍方法既可充分排出玻璃布内的气泡，又能使树脂浸透玻璃布。
6）其它因素 挤胶辊的作用是帮助织物浸透胶液，同时保证织物表面均匀地涂上一薄层胶液，控制含胶量。稀释剂对织物的浸透和含胶量也有一定的影响，一般要求稀释剂能充分溶解树脂，在常温下挥发慢，沸点低，无毒或低毒，如果一种溶剂不能同时满足要求可采用混合溶剂。此外，树脂品种、玻璃布规格都对浸胶过程有影响，生产中应根据具体情况，结合实践经验和试运行效果，确定合适的工艺参数。
3.预浸料的干燥
纤维织物浸胶后必须进行干燥处理，除去预浸料里的溶剂、水分及挥发物，同时使少量树脂进一步聚合。预浸料的挥发物含量、可溶性树脂含量就决定于此工序。
预浸料的干燥是一个复杂的物理变化和化学变化的过程。热固性树脂浸渍的预浸料的干燥，包括除去浸胶织物中挥发份和少量树脂由A阶段转变为B阶段两个过程。烘干过程主要控制温度和时间两个参数，根据树脂类型来确定，同时考虑浸胶布的厚薄、设备运行情况等。
1）烘干温度 控制的原则是确保树脂反应不过早地由A阶段转变为B阶段，使预浸料的干燥过程能够很好地按表面汽化控制，将物料内的挥发物充分汽化并扩散到空气中，同时部分树脂缓慢、均匀地由A阶段转变为B阶段。
2）烘干时间 烘干时间取决于胶布里树脂的可溶性成分的含量及其流动性。烘干时间过长，会使胶布不溶性树脂含量迅速增加，影响浸胶布质量；烘干时间过短则会使浸胶布的挥发份含量过高，造成制品质量下降。在烘箱温度固定的条件下，烘干时间=烘箱长度（高度）/胶布（纸）运行速度。
烘干温度和烘干时间对浸胶布挥发份和不溶性树脂含量的影响见表5-2、表5-3。试验所用原材料为616酚醛树脂和0.2mm无碱平纹玻璃布，含胶量为（29±3）%。
表5-2 烘干温度对浸胶布挥发份和不溶性树脂含量的影响
|
温度（℃） |
100 |
105 |
110 |
115 |
120 |
125 |
130 |
135 |
140 |
145 |
|
挥发份（%） |
5.11 |
4.23 |
3.85 |
3.47 |
3.41 |
1.70 |
1.25 |
1.32 |
1.04 |
0.86 |
|
不溶性树脂含量（%） |
—— |
—— |
—— |
0.54 |
1.16 |
26.0 |
55.6 |
59.3 |
76.7 |
90.4 |
|
时间（分） |
||||||
|
5 |
7 |
10 |
15 |
20 |
||
|
110 |
挥发份（%） 不溶性树脂含量（%） |
3.26 —— |
3.16 —— |
3.02 —— |
2.38 22.3 |
2.13 37.7 |
|
115 |
挥发份（%） 不溶性树脂含量（%） |
3.12 2.50 |
2.55 5.85 |
2.12 30.2 |
2.17 56.8 |
1.64 49.3 |
|
120 |
挥发份（%） 不溶性树脂含量（%） |
2.50 12.0 |
1.66 42.0 |
1.72 57.5 |
1.60 62.0 |
0.95 78.0 |
|
树脂含量（%） |
弯曲强度（MPa） |
拉伸强度（MPa） |
冲击强度（Kj/m2） |
|
60 |
107.3 |
64.6 |
23 |
|
51.2 |
143.4 |
86.5 |
34.2 |
|
45.1 |
140.6 |
89.0 |
46.2 |
|
40 |
179.0 |
120.9 |
49.5 |
|
37 |
177.5 |
116.6 |
45.7 |
含胶量对电性能的影响，一般是随含胶量的增加制品的绝缘性能提高，这对于含胶量小于60%的层压板尤为明显。
含胶量对层压板的吸水性和比重也有明显的影响，一般是层压板的吸水性随树脂含量的增加而降低，比重也随树脂含量的增加而减小。
4.流动性
物料的流动性也与可溶性树脂含量一样，要求适中。如果流行性好，胶布里的树脂显得“嫩”，说明可溶性树脂含量高；反之，胶布里的树脂较“老”，可溶性树脂含量较低。
流动性与胶布中含胶量、不溶性树脂含量和挥发份含量之间存在一定的相互关系，含胶量和挥发份含量增加，则流动性增大，不溶性树脂含量增加，则流动性降低。
流动性的测定方法是：将76mm×76mm的正方形胶布（或ø76mm的圆形胶布）试样，取12层叠合在一起，放入预先加热至160℃的175cm2的不锈钢板中，立即施加(6.0~7.0)MPa的压力，保温(3~5)min至不再产生流胶为止，取出试样，测量各边流胶量的最大长度，然后取平均值（用mm表示），即为胶布的平均流动度。该方法适用于层压用胶布，其流动度一般控制在(20~30)mm之间。
胶布质量指标的选定，应根据所用树脂的性能及制品的性能要求，经过一些必要的试验来加以确定。几种常见玻璃布胶布的指标见表5-5。
|
胶布名称 胶布指标 |
3240酚醛环氧玻璃布 |
3230酚醛树脂胶布 |
FR-4环氧玻璃布 |
酚醛改性二苯醚胶布 |
|
含胶量（%） |
38~42 |
38~42 |
41~43 |
38~42 |
|
挥发份含量（%） |
1~1.6 |
≤4 |
<1 |
1~1.2 |
|
可溶性树脂含量（%） |
>80 |
70~85 |
60~80 |
80~90 |
四、胶布的存放
浸胶布在存放过程中，不溶性树脂含量随着时间增加而增长，尤其当环境温度较高时，这种增长尤为明显。环境湿度对胶布的存放也有影响，一般来说湿度不宜过高。存放时间过长时，胶布变老、发脆；环境的温度、湿度过高时，胶布会发粘、流胶，甚至不能使用。
不同类别的胶布对存放条件的敏感度不同，所以在贮存胶布时要考虑所用树脂的性能。如果环境温度低于20℃，一般酚醛胶布可存放一个月左右，环氧酚醛胶布也可做短期存放。为了保证质量指标的稳定，胶布应贮存在干燥室内，严格控制室内温度和湿度。
五、浸胶中易产生的问题和解决方法
综上所述，影响胶布的质量因素很多，而各因素之间又相互联系，一旦出现异常情况，要冷静分析情况，找出原因，确保生产的正常进行。生产中较常见的问题及解决措施见5-6。
表5-6 生产中出现的问题分析和对策
|
问题 |
原因 |
对策 |
|
胶布的含胶量不均 |
1）胶液不均匀 2）浸胶时张力不均 |
1）搅匀胶液 2）调节张力 |
|
胶布的流动性、挥发份含量突然增大 |
1）烘箱温度没有调节好，风量不均 2）浸胶速度过快 |
1）待烘箱温度达到要求后再开动机器 2）适当调节浸胶速度 |
|
胶布上有黑斑或黑点污迹 |
烘箱出口处墙壁和排风管口上有积聚的低分子物 |
用棉布将墙壁和排风管口擦干净 |
|
挤压辊间发生多层布反卷 |
胶布运行速度与收卷速度不同步 |
立即停止电机运转，检修挤压辊 |
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