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拉挤成型工艺
发布时间:2019-06-27   浏览次数:128

拉挤工艺是一种连续生产复合材料型材的方法,它是将纱架上的无捻玻璃纤维粗纱和其他连续增强材料、聚脂表面毡等进行树脂浸渍,然后通过保持一定截面形状的成型模具,并使其在模内固化成型后连续出模,由此形成拉挤制品的一种自动化生产工艺。

利用拉挤工艺生产的产品其拉伸强度高于普通钢材。表面的富树脂层又使其具有良好的防腐性,故在具有腐蚀性的环境的工程中是取代钢材的最佳产品,广泛应用于交通运输、电工、电气、电气绝缘、化工、矿山、海洋、船艇、腐蚀性环境及生活、民用各个领域。

拉挤成型工艺流程

拉挤成型工艺形式很多,分类方法也很多。如间歇式和连续式,立式和卧式,湿法和干法,履带式牵引和夹持式牵引,模内固化和模内凝胶模外固化,加热方式有电加热、红外加热、高频加热、微波加热或组合式加热等。

拉挤成型典型工艺流程为:

玻璃纤维粗纱排布——浸胶——预成型——挤压模塑及固化——牵引——切割——制品

拉挤成型设备组成

1、增强材料传送系统:如纱架、毡铺展装置、纱孔等。

2、树脂浸渍:直槽浸渍法最常用,在整个浸渍过程中,纤维和毡排列应十分整齐。

3、预成型:浸渍过的增强材料穿过预成型装置,以连续方式谨慎地传递,以便确保它们的相对位置,逐渐接近制品的最终形状,并挤出多余的树脂,然后再进入模具,进行成型固化。

4、模具:模具是在系统确定的条件下进行设计的。根据树脂固化放热曲线及物料与模具的摩擦性能,将模具分成三个不同的加热区,其温度由树脂系统的性能确定。模具是拉挤成型工艺中最关键的部分,典型模具的长度范围在0.6~1.2m之间。

5、牵引装置:牵引装置本身可以是一个履带型拉出器或两个往复运动的夹持装置,以便确保连续运动。

6、切割装置:型材由一个自动同步移动的切割锯按需要的长度切割。

成型模具的作用是实现坯料的压实、成型和固化。模具截面尺寸应考虑树脂的成型收缩率。模具长度与固化速度、模具温度、制品尺寸、拉挤速度、增强材料性质等有关,一般为600~1200mm。模腔光洁度要高以减少摩擦力,延长使用寿命,易于脱模。通常用电加热,对高性能复合材料采用微波加热。模具人口处需有冷却装置,以防胶液过早固化。浸胶工序主要掌握胶液相对密度(黏度)和浸渍时间。其要求和影响因素与预浸料相同。

固化成型工序主要掌握成型温度、模具温度分布、物料通过模具的时间(拉挤速度),这是拉挤成型工艺的关键工序。在拉挤成型过程中,预浸料穿过模具时产生一系列物理的、化学的和物理化学的复杂变化,迄今仍不很清楚。大体上讲按照预浸料通过模具时的状态,可把模具分成三个区域。增强材料以等速穿过模具,而树脂则不同。在模具入口处树脂的行为近似牛顿流体,树脂与模具内壁表面处的黏滞阻力减缓了树脂的前进速度,并随离模具内表面距离的增加,逐渐恢复到与纤维相当的水平。

预浸料在前进过程中,树脂受热发生交联反应,黏度降低,黏滞阻力增加,并开始凝胶,进入凝胶区。逐渐变硬,收缩并与模具脱离。树脂与纤维一起以相同的速度均匀向前移动。在固化区受热继续固化,并保证出模时达到规定的固化度。固化温度通常大于胶液放热峰的峰值,并使温度、凝胶时间和牵引速度相匹配。预热区温度应较低,温度分布的控制应使固化放热峰出现在模具中部靠后些,脱离点控制在模具中部。三段的温差控制在20~30℃,温度梯度不宜过大。还应考虑固化反应放热的影响。通常三个区域分别用三对加热系统来控温。

牵引力是保证制品顺利出模的关键。牵引力的大小取决于产品与模具间的界面剪应力。剪应力随牵引速度的增加而降低,并在模具的入口处、中部和出口处出现三个峰值。人口处的峰值是由该处树脂的黏滞阻力产生的。其大小取决于树脂黏性流体的性质、入口处温度及填料含量。在模具内树脂黏度随温度升高而降低,剪应力下降。随着固化反应的进行,黏度及剪应力增加。第二个峰值与脱离点相对应,并随牵引速度的增加,大幅度降低。第三个峰值在出口处,是制品固化后与模具内壁摩擦而产生的,其值较小。牵引力在工艺控制中很重要。要使制品表面光洁,则要求脱离点处的剪应力(第二个峰值)小,并且尽早脱离模具。牵引力的变化反应了制品在模具中的反应状态,并与纤维含量、制品形状和尺寸、脱模剂、温度、牵引速度等有关。

拉挤成型玻璃钢用主要原材料:

树脂基体

拉挤成型玻璃钢主要采用不饱和聚酯树脂和乙烯基酯树脂,其他树脂也用酚醛树脂、环氧树脂、甲基丙烯酸等树脂。近年来由于酚醛树脂具有防火性等优点,现在国外已开发出适合拉挤成型玻璃钢用的酚醛树脂,称第二代酚醛树脂,已推广使用。除热固性树脂外,根据需要也选用热塑性树脂。

纤维增强材料

拉挤成型玻璃钢所用的纤维增强材料,主要是E玻璃纤维无捻粗纱居多,根据制品需要也可选用C玻璃纤维、S玻璃纤维、T玻璃纤维、AR玻璃纤维等。此外,为了特殊用途制品的需要也可选用碳纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、维尼纶等合成纤维。为了提高中空制品的横向强度,还可采用连续纤维毡、布、带等作为增强材料。

辅助材料

(1)引发剂

引发剂的特性通常用活性氧含量、临界温度、半衰期来表示。

目前常用的引发剂有:

MEKP(过氧化甲乙酮)

TBPB(过氧化苯甲酸叔丁酯)

BPO(过氧化苯甲酰)

Lm-P(拉挤专用固化剂)

TBPO(过氧化异辛酸叔丁酯)

BPPD(过氧化二碳酸二苯氧乙基酯)

P-16[过氧化二碳酸双(4—叔丁基环已酯]

实际应用中很少有用单组分的,通常都是双组分或三组分按不同的临界温度搭配使用。

(2)环氧树脂固化剂

常用的有酸酐类、叔胺、咪唑类固化剂。

(3)着色剂

拉挤中的着色剂一般以颜料糊的形式出现。

(4)填料

填料可以降低制品的收缩率,提高制品的尺寸稳定性、表面光洁度、平滑性以及平光性或无光性等;有效的调节树脂粘度;可满足不同性能要求,提高耐磨性、改善导电性及导热性等,大多数填料能提高材料冲击强度及压缩强度,但不能提高拉伸强度;可提高颜料的着色效果;某些填料具有极好的光稳定性和耐化学腐蚀性;可降低成本。选择填料的粒度最好要有个梯度,以达到最佳,的使用效果。现在也有对填料进行表面处理来加大用量。

(5)脱模剂

脱模剂具有极低的表面自由能,能均匀浸湿模具表面,达到脱模效果。优良的脱模效果是保证拉挤成型工艺顺利进行的主要条件。

早期的拉挤成型工艺是用外脱模剂,常用的有硅油等。但用量很大且制品表面质量不理想,现已采用内脱模剂。

内脱模剂是将其直接加入到树脂中,在一定加工温度条件下,从树脂基体渗出扩散到固化制品表面,在模具和制品之间形成一层隔离膜,起到脱模作用。

内脱模剂一般有磷酸酯、卵磷酸、硬脂酸盐类、三乙醇胺油等。其中以硬脂酸锌的脱模效果较好。在拉挤生产中,人们通常更愿意使用在常温下为液体状的内脱模剂。目前市售的内脱模剂多为伯胺、仲胺和有机磷酸酯与酯肪酸的共聚体的混合物。

拉挤成型制品应用

拉挤成型制品包括各种杆棒、平板、空心管及型材,应用范围非常广泛,包括以下几个方面:

1、电气市场

这是拉挤玻璃钢应用最早的个市场,目前成功开发应用的产品有:电缆桥架、梯架、支架、绝缘梯、变压器隔离棒、电机槽楔、路灯柱、电铁第三轨护板、光纤电缆芯材等。在这个市场中还有许多值得我们进一步开发的产品。

2、化工、防腐市场

化工防腐是拉挤玻璃钢的一大用户,成功应用的有:玻璃钢抽油杆、冷却塔支架、海上采油设备平台、行走格栅、楼梯扶手及支架、各种化学腐蚀环境下的结构支架、水处理厂盖板等。

3、消费娱乐市场

这是一个潜力巨大的市场,目前开发应用的有:钓鱼竿、帐篷杆、雨伞骨架、旗杆、工具手柄、灯柱、栏杆、扶手、楼梯、无线电天线、游艇码头、园林工具及附件。

4、建筑市场

在建筑市场拉挤玻璃钢己渗入传统材料的市场,如:门窗、混凝土模板、脚手架、楼梯扶手、房屋隔间墙板、筋材、装饰材料等。值得注意的是筋材和装饰材料将有很大的上升空间。

5、道路交通市场

成功应用的有:高速公路两侧隔离栏、道路标志牌、人行天桥、隔音壁、冷藏车构件等。

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来源: 玻纤复材
 关键词:工艺技术
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