第二章 拉擠工藝

1、拉擠成型工藝?yán)瓟D成型于1951年首次在美國(guó)注冊(cè)專利，60年代發(fā)展很慢，7080年代進(jìn)入快速發(fā)展階段。我國(guó)起步則較晚，直到90年代隨著拉擠專用樹(shù)脂技術(shù)的引進(jìn)生產(chǎn)才進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。目前，引進(jìn)及國(guó)產(chǎn)拉擠生產(chǎn)線已超過(guò)200條。我國(guó)發(fā)展拉擠與歐美形式相似：先開(kāi)發(fā)形狀簡(jiǎn)單的棒材，然后隨著化工防腐、電力、采礦等行業(yè)的發(fā)展與需求，開(kāi)發(fā)了型材制品，目前這些技術(shù)已經(jīng)比較成熟。 拉擠工藝是一種連續(xù)生產(chǎn)復(fù)合材料型材的方法，它是將紗架上的無(wú)捻玻璃纖維粗紗和其他連續(xù)增強(qiáng)材料、聚脂表面氈等進(jìn)行樹(shù)脂浸漬，然后通過(guò)保持一定截面形狀的成型模具，并使其在模內(nèi)固化成型后連續(xù)出模，由此形成拉擠制品的一種自動(dòng)化生產(chǎn)工藝。 利用拉擠工藝

2、生產(chǎn)的產(chǎn)品其拉伸強(qiáng)度高于普通鋼材。表面的富樹(shù)脂層又使其具有良好的防腐性，故在具有腐蝕性的環(huán)境的工程中是取代鋼材的最佳產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、電工、電氣、電氣絕緣、化工、礦山、海洋、船艇、腐蝕性環(huán)境及生活、民用各個(gè)領(lǐng)域。拉擠成型工藝形式很多，分類方法也很多。如間歇式和連續(xù)式，立式和臥式，濕法和干法，履帶式牽引和夾持式牽引，模內(nèi)固化和模內(nèi)凝膠模外固化，加熱方式有電加熱、紅外加熱、高頻加熱、微波加熱或組合式加熱等。 拉擠成型典型工藝流程為： 玻璃纖維粗紗排布浸膠預(yù)成型擠壓模塑及固化牽引切割制品 拉擠成型設(shè)備組成拉擠成型設(shè)備組成 1、增強(qiáng)材料傳送系統(tǒng)：如紗架、氈鋪展裝置、紗孔等。 2、樹(shù)脂浸漬：直槽

3、浸漬法最常用，在整個(gè)浸漬過(guò)程中，纖維和氈排列應(yīng)十分整齊。 3、預(yù)成型：浸漬過(guò)的增強(qiáng)材料穿過(guò)預(yù)成型裝置，以連續(xù)方式謹(jǐn)慎地傳遞，以便確保它們的相對(duì)位置，逐漸接近制品的最終形狀，并擠出多余的樹(shù)脂，然后再進(jìn)入模具，進(jìn)行成型固化。4、模具：模具是在系統(tǒng)確定的條件下進(jìn)行設(shè)計(jì)的。根據(jù)樹(shù)脂固化放熱曲線及物料與模具的摩擦性能，將模具分成三個(gè)不同的加熱區(qū)，其溫度由樹(shù)脂系統(tǒng)的性能確定。模具是拉擠成型工藝中最關(guān)鍵的部分，典型模具的長(zhǎng)度范圍在0.61.2m之間。 5、牽引裝置：牽引裝置本身可以是一個(gè)履帶型拉出器或兩個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的夾持裝置，以便確保連續(xù)運(yùn)動(dòng)。 6、切割裝置：型材由一個(gè)自動(dòng)同步移動(dòng)的切割鋸按需要的長(zhǎng)度切割。成

4、型模具的作用是實(shí)現(xiàn)坯料的壓實(shí)、成型和固化。模具截面尺寸應(yīng)考慮樹(shù)脂的成型收縮率。模具長(zhǎng)度與固化速度、模具溫度、制品尺寸、拉擠速度、增強(qiáng)材料性質(zhì)等有關(guān)，一般為6001200mm。模腔光潔度要高以減少摩擦力，延長(zhǎng)使用壽命，易于脫模。通常用電加熱，對(duì)高性能復(fù)合材料采用微波加熱。模具人口處需有冷卻裝置，以防膠液過(guò)早固化。浸膠工序主要掌握膠液相對(duì)密度(黏度)和浸漬時(shí)間。其要求和影響因素與預(yù)浸料相同。固化成型工序主要掌握成型溫度、模具溫度分布、物料通過(guò)模具的時(shí)間(拉擠速度)，這是拉擠成型工藝的關(guān)鍵工序。在拉擠成型過(guò)程中，預(yù)浸料穿過(guò)模具時(shí)產(chǎn)生一系列物理的、化學(xué)的和物理化學(xué)的復(fù)雜變化，迄今仍不很清楚。大體上講按

5、照預(yù)浸料通過(guò)模具時(shí)的狀態(tài)，可把模具分成三個(gè)區(qū)域。增強(qiáng)材料以等速穿過(guò)模具，而樹(shù)脂則不同。在模具入口處樹(shù)脂的行為近似牛頓流體，樹(shù)脂與模具內(nèi)壁表面處的黏滯阻力減緩了樹(shù)脂的前進(jìn)速度，并隨離模具內(nèi)表面距離的增加，逐漸恢復(fù)到與纖維相當(dāng)?shù)乃?。預(yù)浸料在前進(jìn)過(guò)程中，樹(shù)脂受熱發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，黏度降低，黏滯阻力增加，并開(kāi)始凝膠，進(jìn)入凝膠區(qū)。逐漸變硬，收縮并與模具脫離。樹(shù)脂與纖維一起以相同的速度均勻向前移動(dòng)。在固化區(qū)受熱繼續(xù)固化，并保證出模時(shí)達(dá)到規(guī)定的固化度。固化溫度通常大于膠液放熱峰的峰值，并使溫度、凝膠時(shí)間和牽引速度相匹配。預(yù)熱區(qū)溫度應(yīng)較低，溫度分布的控制應(yīng)使固化放熱峰出現(xiàn)在模具中部靠后些，脫離點(diǎn)控制在模具中部。

6、三段的溫差控制在2030，溫度梯度不宜過(guò)大。還應(yīng)考慮固化反應(yīng)放熱的影響。通常三個(gè)區(qū)域分別用三對(duì)加熱系統(tǒng)來(lái)控溫。牽引力是保證制品順利出模的關(guān)鍵。牽引力的大小取決于產(chǎn)品與模具間的界面剪應(yīng)力。剪應(yīng)力隨牽引速度的增加而降低，并在模具的入口處、中部和出口處出現(xiàn)三個(gè)峰值。人口處的峰值是由該處樹(shù)脂的黏滯阻力產(chǎn)生的。其大小取決于樹(shù)脂黏性流體的性質(zhì)、入口處溫度及填料含量。在模具內(nèi)樹(shù)脂黏度隨溫度升高而降低，剪應(yīng)力下降。隨著固化反應(yīng)的進(jìn)行，黏度及剪應(yīng)力增加。第二個(gè)峰值與脫離點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，并隨牽引速度的增加，大幅度降低。第三個(gè)峰值在出口處，是制品固化后與模具內(nèi)壁摩擦而產(chǎn)生的，其值較小。牽引力在工藝控制中很重要。要使制品表

7、面光潔，則要求脫離點(diǎn)處的剪應(yīng)力(第二個(gè)峰值)小，并且盡早脫離模具。牽引力的變化反應(yīng)了制品在模具中的反應(yīng)狀態(tài)，并與纖維含量、制品形狀和尺寸、脫模劑、溫度、牽引速度等有關(guān)。主要原材料主要原材料 拉擠成型玻璃鋼用主要原材料： 樹(shù)脂基體樹(shù)脂基體 拉擠成型玻璃鋼主要采用不飽和聚酯樹(shù)脂和乙烯基酯樹(shù)脂，其他樹(shù)脂也用酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、甲基丙烯酸等樹(shù)脂。近年來(lái)由于酚醛樹(shù)脂具有防火性等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在國(guó)外已開(kāi)發(fā)出適合拉擠成型玻璃鋼用的酚醛樹(shù)脂，稱第二代酚醛樹(shù)脂，已推廣使用。除熱固性樹(shù)脂外，根據(jù)需要也選用熱塑性樹(shù)脂。纖維增強(qiáng)材料纖維增強(qiáng)材料 拉擠成型玻璃鋼所用的纖維增強(qiáng)材料，主要是E玻璃纖維無(wú)捻粗紗居多，根據(jù)制品需要也

8、可選用C玻璃纖維、S玻璃纖維、T玻璃纖維、AR玻璃纖維等。此外，為了特殊用途制品的需要也可選用碳纖維、芳綸纖維、聚酯纖維、維尼綸等合成纖維。為了提高中空制品的橫向強(qiáng)度，還可采用連續(xù)纖維氈、布、帶等作為增強(qiáng)材料。輔助材料輔助材料 （1 1）引發(fā)劑）引發(fā)劑 引發(fā)劑的特性通常用活性氧含量、臨界溫度、半衰期來(lái)表示。 目前常用的引發(fā)劑有： MEKP(過(guò)氧化甲乙酮） TBPB（過(guò)氧化苯甲酸叔丁酯） BPO（過(guò)氧化苯甲酰） Lm-P（拉擠專用固化劑） TBPO（過(guò)氧化異辛酸叔丁酯） BPPD(過(guò)氧化二碳酸二苯氧乙基酯） P-16過(guò)氧化二碳酸雙（4叔丁基環(huán)已酯 實(shí)際應(yīng)用中很少有用單組分的，通常都是雙組分或三組

9、分按不同的臨界溫度搭配使用。（2 2）環(huán)氧樹(shù)脂固化劑）環(huán)氧樹(shù)脂固化劑 常用的有酸酐類、叔胺、咪唑類固化劑。 （3 3）著色劑）著色劑 拉擠中的著色劑一般以顏料糊的形式出現(xiàn)。（4 4）填料）填料 填料可以降低制品的收縮率，提高制品的尺寸穩(wěn)定性、表面光潔度、平滑性以及平光性或無(wú)光性等；有效的調(diào)節(jié)樹(shù)脂粘度；可滿足不同性能要求，提高耐磨性、改善導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性等，大多數(shù)填料能提高材料沖擊強(qiáng)度及壓縮強(qiáng)度，但不能提高拉伸強(qiáng)度；可提高顏料的著色效果；某些填料具有極好的光穩(wěn)定性和耐化學(xué)腐蝕性；可降低成本。選擇填料的粒度最好要有個(gè)梯度，以達(dá)到最佳，的使用效果?，F(xiàn)在也有對(duì)填料進(jìn)行表面處理來(lái)加大用量。（5 5）脫模劑

10、）脫模劑 脫模劑具有極低的表面自由能，能均勻浸濕模具表面，達(dá)到脫模效果。優(yōu)良的脫模效果是保證拉擠成型工藝順利進(jìn)行的主要條件。 早期的拉擠成型工藝是用外脫模劑，常用的有硅油等。但用量很大且制品表面質(zhì)量不理想，現(xiàn)已采用內(nèi)脫模劑。 內(nèi)脫模劑是將其直接加入到樹(shù)脂中，在一定加工溫度條件下，從樹(shù)脂基體滲出擴(kuò)散到固化制品表面，在模具和制品之間形成一層隔離膜，起到脫模作用。內(nèi)脫模劑一般有磷酸酯、卵磷酸、硬脂酸鹽類、三乙醇胺油等。其中以硬脂酸鋅的脫模效果較好。在拉擠生產(chǎn)中，人們通常更愿意使用在常溫下為液體狀的內(nèi)脫模劑。目前市售的內(nèi)脫模劑多為伯胺、仲胺和有機(jī)磷酸酯與酯肪酸的共聚體的混合物。液體狀內(nèi)脫模劑在拉擠工藝

11、上有許多優(yōu)點(diǎn)： 1、很容易在樹(shù)脂中分散；2、有清潔模具的作用；3、能保護(hù)金屬模具使其免受腐蝕；4、在降低拉擠阻力、減少模具損耗的同時(shí)提高生產(chǎn)效率；5、能降低樹(shù)脂混合物的表面張力，降低樹(shù)脂粘度，改善樹(shù)脂對(duì)增強(qiáng)材料、填料的浸潤(rùn)性，改善樹(shù)脂的流動(dòng)性；6、輔助消泡及改進(jìn)部件的表面質(zhì)量，使制品表面光潔；7、不影響樹(shù)脂的固化特性，不改變混合樹(shù)脂的適用期，不影響制品的物理力學(xué)性能，不影響制品的耐候性等。脫模劑使用中注意的問(wèn)題脫模劑使用中注意的問(wèn)題 由于大多數(shù)液體狀內(nèi)脫模劑都是酸性的，所以在使用中要注意以下問(wèn)題： 1、在使用對(duì)酸敏感的顏料時(shí)會(huì)導(dǎo)致顏色變化； 2、在使用堿性填料時(shí)，如碳酸鈣，酸性脫模劑會(huì)與之起反

12、應(yīng)，引起混合料的粘度增加，但不會(huì)影響脫模效果； 3、如果填料為氫氧化鋁，酸性脫模劑除了會(huì)使混合料的粘度增加外，還會(huì)在混合料固化過(guò)程中放出水份，導(dǎo)致氣泡、裂紋等問(wèn)題。通常，內(nèi)脫模劑的起始用量為樹(shù)脂量的1%，有效添加范圍是基于樹(shù)脂重量的0.75-2%。應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整。 1、薄壁的簡(jiǎn)單型材，用量可以適當(dāng)少些，比如0.8%或更少； 2、厚壁或形狀復(fù)雜的型材需要多加一些。 3、在高填料體系內(nèi)，應(yīng)提高內(nèi)脫模劑的添加量，但內(nèi)脫模劑添加量過(guò)多，會(huì)延遲固化。4、在拉擠生產(chǎn)中，如果阻力過(guò)大又找不到原因時(shí)，就需要適當(dāng)增加脫模劑用量。在使用時(shí)應(yīng)注意加料順序，在混合時(shí)應(yīng)在加入固化劑、填料和其它樹(shù)脂添加劑之前，將

13、內(nèi)脫模劑加樹(shù)脂體系中并混合均勻。這樣可以達(dá)到最佳的脫模效果。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 1、典型拉擠速度0.5-2m/min，效率高，適于批量生產(chǎn)，制造長(zhǎng)尺寸制品； 2、樹(shù)脂含量可精確控制； 3、由于纖維呈縱向，且體種比可較高(40%-80%)，因而型材軸向結(jié)構(gòu)特性可非常好； 4、主要用無(wú)捻粗紗增強(qiáng)，原材料成本低，多種增強(qiáng)材料組合使用，可調(diào)節(jié)制品力學(xué)性能； 5、制品質(zhì)量穩(wěn)定，外觀平滑。 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 1、模具費(fèi)用較高； 2、一般限于生產(chǎn)恒定橫截面的制品。拉擠成型制品應(yīng)用拉擠成型制品應(yīng)用 拉擠成型制品包括各種桿棒、平板、空心管及型材，應(yīng)用范圍非常廣泛，包括以下幾個(gè)方面： 1 1、電氣市場(chǎng)、電氣市場(chǎng)這是拉擠玻璃鋼應(yīng)用最早的個(gè)市場(chǎng)，目前成功開(kāi)發(fā)應(yīng)用的產(chǎn)品有：電纜橋架、梯架、支架、絕緣梯、變壓器隔離棒、電機(jī)槽楔、路燈柱、電鐵第三軌護(hù)板、光纖電纜芯材等。在這個(gè)市場(chǎng)中還有許多值得我們進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品。2 2、化工、防腐市場(chǎng)、化工、防腐市場(chǎng)化工防腐是拉擠玻璃鋼的一大用戶，成功應(yīng)用的有：玻璃鋼抽油桿、冷卻塔支架、海上采油設(shè)備平臺(tái)、行走格柵、樓梯扶手及支架、各種化學(xué)腐蝕環(huán)境下的結(jié)構(gòu)支架、水處理廠蓋板等。 3 3、消費(fèi)娛樂(lè)市場(chǎng)、消費(fèi)娛樂(lè)市場(chǎng) 這是一個(gè)潛力巨大的