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拉擠成型典型工藝應用及解析
發布日期:2018-07-30  來源:美倫復合材料制品  瀏覽次數:714
 
   拉擠工藝是一種連續生產復合材料型材的方法,它是將紗架上的無捻玻璃纖維粗紗和其他連續增強材料、聚脂表面氈等進行樹脂浸漬,然后通過保持一定截面形狀的成型模具,并使其在模內固化成型后連續出模,由此形成拉擠制品的一種自動化生產工藝。
 
  利用拉擠工藝生產的產品其拉伸強度高于普通鋼材。表面的富樹脂層又使其具有良好的防腐性,故在具有腐蝕性的環境的工程中是取代鋼材的最佳產品,廣泛應用于交通運輸、電工、電氣、電氣絕緣、化工、礦山、海洋、船艇、腐蝕性環境及生活、民用各個領域。
 
  拉擠成型工藝流程
 
  拉擠成型工藝形式很多,分類方法也很多。如間歇式和連續式,立式和臥式,濕法和干法,履帶式牽引和夾持式牽引,模內固化和模內凝膠模外固化,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——預成型——擠壓模塑及固化——牽引——切割——制品拉擠成型設備組成
 
  1、增強材料傳送系統:如紗架、氈鋪展裝置、紗孔等。
 
  2、樹脂浸漬:直槽浸漬法最常用,在整個浸漬過程中,纖維和氈排列應十分整齊。
 
  3、預成型:浸漬過的增強材料穿過預成型裝置,以連續方式謹慎地傳遞,以便確保它們的相對位置,逐漸接近制品的最終形狀,并擠出多余的樹脂,然后再進入模具,進行成型固化。
 
  4、模具:模具是在系統確定的條件下進行設計的。根據樹脂固化放熱曲線及物料與模具的摩擦性能,將模具分成三個不同的加熱區,其溫度由樹脂系統的性能確定。模具是拉擠成型工藝中最關鍵的部分,典型模具的長度范圍在0.6~1.2m之間。
 
  5、牽引裝置:牽引裝置本身可以是一個履帶型拉出器或兩個往復運動的夾持裝置,以便確保連續運動。
 
  6、切割裝置:型材由一個自動同步移動的切割鋸按需要的長度切割。
 
  成型模具的作用是實現坯料的壓實、成型和固化。模具截面尺寸應考慮樹脂的成型收縮率。模具長度與固化速度、模具溫度、制品尺寸、拉擠速度、增強材料性質等有關,一般為600~1200mm。模腔光潔度要高以減少摩擦力,延長使用壽命,易于脫模。通常用電加熱,對高性能復合材料采用微波加熱。模具人口處需有冷卻裝置,以防膠液過早固化。浸膠工序主要掌握膠液相對密度(黏度)和浸漬時間。其要求和影響因素與預浸料相同。
 
  固化成型工序主要掌握成型溫度、模具溫度分布、物料通過模具的時間(拉擠速度),這是拉擠成型工藝的關鍵工序。在拉擠成型過程中,預浸料穿過模具時產生一系列物理的、化學的和物理化學的復雜變化,迄今仍不很清楚。大體上講按照預浸料通過模具時的狀態,可把模具分成三個區域。增強材料以等速穿過模具,而樹脂則不同。在模具入口處樹脂的行為近似牛頓流體,樹脂與模具內壁表面處的黏滯阻力減緩了樹脂的前進速度,并隨離模具內表面距離的增加,逐漸恢復到與纖維相當的水平。
 
  預浸料在前進過程中,樹脂受熱發生交聯反應,黏度降低,黏滯阻力增加,并開始凝膠,進入凝膠區。逐漸變硬,收縮并與模具脫離。樹脂與纖維一起以相同的速度均勻向前移動。在固化區受熱繼續固化,并保證出模時達到規定的固化度。固化溫度通常大于膠液放熱峰的峰值,并使溫度、凝膠時間和牽引速度相匹配。預熱區溫度應較低,溫度分布的控制應使固化放熱峰出現在模具中部靠后些,脫離點控制在模具中部。三段的溫差控制在20~30℃,溫度梯度不宜過大。還應考慮固化反應放熱的影響。通常三個區域分別用三對加熱系統來控溫。
 
  牽引力是保證制品順利出模的關鍵。牽引力的大小取決于產品與模具間的界面剪應力。剪應力隨牽引速度的增加而降低,并在模具的入口處、中部和出口處出現三個峰值。人口處的峰值是由該處樹脂的黏滯阻力產生的。其大小取決于樹脂黏性流體的性質、入口處溫度及填料含量。在模具內樹脂黏度隨溫度升高而降低,剪應力下降。隨著固化反應的進行,黏度及剪應力增加。第二個峰值與脫離點相對應,并隨牽引速度的增加,大幅度降低。第三個峰值在出口處,是制品固化后與模具內壁摩擦而產生的,其值較小。牽引力在工藝控制中很重要。要使制品表面光潔,則要求脫離點處的剪應力(第二個峰值)小,并且盡早脫離模具。牽引力的變化反應了制品在模具中的反應狀態,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。
 
  拉擠成型玻璃鋼用主要原材料
 
  樹脂基體
 
  拉擠成型玻璃鋼主要采用不飽和聚酯樹脂和乙烯基酯樹脂,其他樹脂也用酚醛樹脂、環氧樹脂、甲基丙烯酸等樹脂。近年來由于酚醛樹脂具有防火性等優點,現在國外已開發出適合拉擠成型玻璃鋼用的酚醛樹脂,稱第二代酚醛樹脂,已推廣使用。除熱固性樹脂外,根據需要也選用熱塑性樹脂。
 
  纖維增強材料
 
  拉擠成型玻璃鋼所用的纖維增強材料,主要是E玻璃纖維無捻粗紗居多,根據制品需要也可選用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度,還可采用連續纖維氈、布、帶等作為增強材料。
 
  輔助材料
 
 ?。?)引發劑
 
  引發劑的特性通常用活性氧含量、臨界溫度、半衰期來表示。
 
  目前常用的引發劑有:
 
  MEKP(過氧化甲乙酮)
 
  TBPB(過氧化苯甲酸叔丁酯)
 
  BPO(過氧化苯甲酰)
 
  Lm-P(拉擠專用固化劑)
 
  TBPO(過氧化異辛酸叔丁酯)
 
  BPPD(過氧化二碳酸二苯氧乙基酯)
 
  P-16[過氧化二碳酸雙(4—叔丁基環已酯]
 
  實際應用中很少有用單組分的,通常都是雙組分或三組分按不同的臨界溫度搭配使用。
 
 ?。?)環氧樹脂固化劑
 
  常用的有酸酐類、叔胺、咪唑類固化劑。
 
 ?。?)著色劑
 
  拉擠中的著色劑一般以顏料糊的形式出現。
 
 ?。?)填料
 
  填料可以降低制品的收縮率,提高制品的尺寸穩定性、表面光潔度、平滑性以及平光性或無光性等;有效的調節樹脂粘度;可滿足不同性能要求,提高耐磨性、改善導電性及導熱性等,大多數填料能提高材料沖擊強度及壓縮強度,但不能提高拉伸強度;可提高顏料的著色效果;某些填料具有極好的光穩定性和耐化學腐蝕性;可降低成本。選擇填料的粒度最好要有個梯度,以達到最佳,的使用效果?,F在也有對填料進行表面處理來加大用量。
 
 ?。?)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,達到脫模效果。優良的脫模效果是保證拉擠成型工藝順利進行的主要條件。
 
  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量不理想,現已采用內脫模劑。
 
  內脫模劑是將其直接加入到樹脂中,在一定加工溫度條件下,從樹脂基體滲出擴散到固化制品表面,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。在拉擠生產中,人們通常更愿意使用在常溫下為液體狀的內脫模劑。目前市售的內脫模劑多為伯胺、仲胺和有機磷酸酯與酯肪酸的共聚體的混合物。
 
  拉擠成型制品應用
 
  拉擠成型制品包括各種桿棒、平板、空心管及型材,應用范圍非常廣泛,包括以下幾個方面:
 
  1、電氣市場
 
  這是拉擠玻璃鋼應用最早的個市場,目前成功開發應用的產品有:電纜橋架、梯架、支架、絕緣梯、變壓器隔離棒、電機槽楔、路燈柱、電鐵第三軌護板、光纖電纜芯材等。在這個市場中還有許多值得我們進一步開發的產品。
 
  2、化工、防腐市場
 
  化工防腐是拉擠玻璃鋼的一大用戶,成功應用的有:玻璃鋼抽油桿、冷卻塔支架、海上采油設備平臺、行走格柵、樓梯扶手及支架、各種化學腐蝕環境下的結構支架、水處理廠蓋板等。
 
  3、消費娛樂市場
 
  這是一個潛力巨大的市場,目前開發應用的有:釣魚竿、帳篷桿、雨傘骨架、旗桿、工具手柄、燈柱、欄桿、扶手、樓梯、無線電天線、游艇碼頭、園林工具及附件。
 
  4、建筑市場
 
  在建筑市場拉擠玻璃鋼己滲入傳統材料的市場,如:門窗、混凝土模板、腳手架、樓梯扶手、房屋隔間墻板、筋材、裝飾材料等。值得注意的是筋材和裝飾材料將有很大的上升空間。
 
  5、道路交通市場
 
  成功應用的有:高速公路兩側隔離欄、道路標志牌、人行天橋、隔音壁、冷藏車構件等。
 
  拉擠成型工藝常見問題及解決辦法
 
  在拉擠成型工藝過程中常出現制品表面剝落,開裂,氣泡,色差等問題,下文列舉了7大問題及相應的解決辦法。
 
  1. 剝落
 
  當部件表面有固化樹脂顆粒從模中出來時,這種現象稱為剝落或脫落。
 
  解決措施:
 
  提高固化樹脂早期模的入口喂料端溫度。
 
  降低線速度,使樹脂更早固化。
 
  停線清理(30至60秒)。
 
  增加低溫引發劑的濃度。
 
  2. 起泡
 
  部件表面出現起泡現象時。
 
  解決措施:
 
  提高入口端模的溫度,使樹脂更快固化
 
  降低線速度,與上述措施作用相同
 
  提高強化水平。起泡經常由玻纖含量低導致的空隙引起。
 
  3. 表面裂縫
 
  表面裂縫由過度收縮引起。
 
  解決措施:
 
  提高模溫以加快固化速度
 
  降低線速度,與上述措施作用相同
 
  增加裝填物的加載量或玻纖含量,增加富含樹脂表面的強韌性,從而減少收縮率、壓力和裂縫向部件添加表面襯墊或面紗
 
  增加低溫引發劑的含量或使用低于當前溫度的引發劑。
 
  4. 內部裂縫
 
  內部裂縫通常與截面過厚有關,裂縫可能出現在層壓制品的中心位置,也可能出現在表面。
 
  解決措施:
 
  提高喂料端的溫度,以使樹脂更早固化
 
  降低模尾端的模溫,使其作為散熱器,以降低放熱峰如無法改變模溫,則提高線速度,以此來降低部件外部輪廓的溫度以及放熱峰,從而減少任何熱應力。
 
  降低引發劑水平,特別是高溫引發劑。這是最好的永久解決方案,但需要一些實驗進行輔助。
 
  將高溫引發劑替換為低放熱但固化效果較好的引發劑。
 
  5 .色差
 
  熱點會導致不均勻收縮,從而產生色差(又稱顏色轉移)解決措施:
 
  檢查加熱器,確保其處于適當位置,從而不會在模上出現溫度不均勻的現象檢查樹脂混合料以確保填充物和/或顏料不會出現沉降或分離(色差)6. 巴士硬度低
 
  巴氏硬度計的讀數低;由于未完全固化。
 
  解決措施:
 
  降低線速度以加速樹脂的固化
 
  提高模溫以提高模內的固化速率和固化程度
 
  檢查導致過度塑化的混合物配方
 
  檢查其他污染物,例如水或能夠影響固化速率的顏料注意: 巴氏硬度讀數只能被用于對比使用相同樹脂的固化效果。它們不能被用于對比使用不同樹脂的固化效果,因為不同樹脂會使用各自特定的乙二醇來生產,其交聯深度也不盡相同。
 
  7. 氣泡或氣孔
 
  在表面會出現氣泡或氣孔。
 
  解決措施:
 
  檢查下多余的水汽和溶劑是否是在混合過程中或由于不正確的加熱而導致。水和溶劑在放熱過程中會沸騰蒸發,造成表面的氣泡或氣孔。
 
  降低線速,和/或升高模溫,通過增加表面樹脂硬度來更好地克服這個問題。
 
  使用表面罩或表面氈。這將加固表層樹脂,有助消除氣泡或氣孔。
 
  向部件添加表面襯墊或面紗.
 
  拉擠成型工藝中脫模劑的使用注意事項
 
  內脫模劑的選擇
 
  內脫模劑是將其直接加入到樹脂中,它與液態樹脂相容,但與固化樹脂不相容,在一定加工溫度條件下,從樹脂基體滲出擴散到固化制品表面,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。由于樹脂粘度大,直接加入粉狀硬脂酸鋅難以攪拌均勻,且硬脂酯鋅松散、體積大,夾帶空氣較多,致使樹脂汽泡多。所以,通常在使用前先把硬脂酸鋅加入交聯劑中,使之成為均勻的糊狀物,再加入到樹脂之中。使用硬脂酸鋅作內脫模劑對制品的顏色、固化速度及樹脂粘度均無顯著影響。
 
  在拉擠生產中,通常更愿意使用在常溫下為液體狀的內脫模劑。目前市售的內脫模劑多為伯胺、仲胺和有機磷酸與脂肪酯共聚體的混合物。
 
  脫模劑的作用
 
  在產品的成型過程中,成型產品和模具表面之間會產當很強的粘合力。另外,從拉擠物料進入模具口起,隨著溫度的上升,樹脂粘度降低,體積彭脹,作用在模具壁上的壓力逐漸形成、增大和積累,并在膠凝區達到最大值。
 
  為了防止成型的玻璃鋼制品在模具上粘著的附加荷載,必須在制品與模具之間施加一類隔離膜(即脫模劑)以便制品很容易從模具中脫出,以保證制品表面質量和模具的完好無損。
 
  所有物質表面,都有表面自由能。大小隨物質不同而各異。一般來說金屬表面自由能比較高。有機物也是一種固體,那么該液體將擴散并均勻分布于該固體的表面上。脫模劑就是要有極低的表面自由能,從而均勻浸濕模具表面,在模具表面形成一層低表面能的涂層,從而達到容易脫模的效果。
 
  因為拉擠成型工藝的生產是一連續過程,因此優良的脫模效果是保證拉擠成型工藝順利進行的主要條件。脫模劑按使用方式不同有外脫模劑及內脫模劑之分。早期的拉擠成型工藝是用外脫模劑,常用的有硅油等。使用中是將脫模劑放入專用的槽中,當產品被牽引時,將脫模劑帶到浸有樹脂的玻璃纖維成型物的表面,然后進入成型模成型固化,來達到脫模作用,但脫模劑用量很大且制品表面質量不理想,現已改用內脫模劑。
 
  液體狀內脫模劑在拉擠工藝上有許多優點:
 
  1、很容易在樹脂中分散;
 
  2、有清潔模具的作用;
 
  3、能保護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提高生產效率;5、能降低樹脂混合物的表面張力,降低樹脂粘度,改善樹脂對增強材料、填料的浸潤性,改善樹脂的流動性;6、輔助消泡及改進部件的表面質量,使制品表面光潔;7、不影響樹脂的固化特性,不改變混合樹脂的適用期,不影響制品的物理力學性能,不影響制品的耐候性等。
 
  脫模劑使用中注意的問題
 
  由于大多數液體狀內脫模劑都是酸性的,所以在使用中要注意以下問題:
 
  1、在使用對酸敏感的顏料時會導致顏色變化;2、在使用堿性填料時,如碳酸鈣,酸性脫模劑會與之起反應,引起混合料的粘度增加,但不會影響脫模效果;3、如果填料為氫氧化鋁,酸性脫模劑除了會使混合料的粘度增加外,還會在混合料固化過程中放出水份,導致氣泡、裂紋等問題。
 
  通常,內脫模劑的起始用量為樹脂量的1%,有效添加范圍是基于樹脂重量的0.75-2%。應根據實際情況適當調整。
 
  1、薄壁的簡單型材,用量可以適當少些,比如0.8%或更少.
 
  2、厚壁或形狀復雜的型材需要多加一些。
 
  3、在高填料體系內,應提高內脫模劑的添加量,但內脫模劑添加量過多,會延遲固化。
 
  4、在拉擠生產中,如果阻力過大又找不到原因時,就需要適當增加脫模劑用量。在使用時應注意加料順序,在混合時應在加入固化劑、填料和其它樹脂添加劑之前,將內脫模劑加樹脂體系中并混合均勻。這樣可以達到最佳的脫模效果。
 
 
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