拉擠成型原理及其制造工藝

關(guān)于拉擠成型原理及其制造工藝第一頁，共五十五頁，2022年，8月28日

拉擠成型工藝特點拉擠是指玻璃纖維粗紗或其織物在外力牽引下,經(jīng)過浸膠、擠壓成型、加熱固化、定長切割，連續(xù)生產(chǎn)玻璃鋼線型制品的一種方法。它不同于其它生產(chǎn)玻璃鋼成型工藝的地方是外力拉拔浸膠玻璃鋼纖維或織物，擠壓通過加熱模具成型、固化形成玻璃鋼線型材,用于生產(chǎn)斷面形狀固定不變的玻璃鋼制品。第二頁，共五十五頁，2022年，8月28日6.6.1拉擠成型工藝流程玻璃纖維粗紗排布—→浸膠—→預(yù)成型—→拉擠模塑及固化—→牽引—→切割—→—制品→包裝第三頁，共五十五頁，2022年，8月28日主要成型工序

（1）排紗排紗是將安裝在紗架上的增強材料從紗筒上引出并均勻整齊排布的過程。排紗系統(tǒng)包括如紗架、氈鋪展裝置、纏繞機或編織機等。增強材料輸送排紗時，為了排紗平整，一般采用旋轉(zhuǎn)芯軸，纖維從紗筒外壁引出的，這樣可避免扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。如采用纖維從紗筒內(nèi)壁引出的，紗筒固定會使紗發(fā)生扭曲不利于玻璃纖維的整齊排布。

第四頁，共五十五頁，2022年，8月28日第五頁，共五十五頁，2022年，8月28日第六頁，共五十五頁，2022年，8月28日（2)樹脂浸漬：是將排布整齊的增強纖維均勻浸漬上已配制好的不飽和樹脂的過程，一般是采用將纖維通過裝有樹脂膠槽時進行的。一般分為:直槽浸漬法,滾筒浸漬法，其中以直槽浸漬法最為常用。在整個浸漬過程中，必須保證纖維和氈排列十分整齊。

第七頁，共五十五頁，2022年，8月28日(3)預(yù)成型預(yù)浸好的增強材料穿過預(yù)成型裝置，以連續(xù)方式運轉(zhuǎn)，以便確保它們的相應(yīng)位置，經(jīng)預(yù)成型裝置將預(yù)浸好的增強材料逐步過度成為型材的形狀同時擠出多余的樹脂，然后進入模具，進行成型固化。第八頁，共五十五頁，2022年，8月28日(4)模塑及固化：

成為型材形狀的浸膠增強材料進入模具在模具中固化成型。模具的溫度根據(jù)固化工藝過程進行設(shè)計。主要根據(jù)樹脂在固化中的放熱曲線及物料與模具的摩擦性能。一般將模具分成三個不同的加熱區(qū)：預(yù)熱區(qū)、凝膠區(qū)和固化區(qū)，以控制固化速度。模塑及固化是拉擠成型工藝中最關(guān)鍵的部分，典型模具的長度范圍在500～1500mm之間。模具出口與牽引機械之間要有一定的距離。一般采用風(fēng)冷的方式冷卻型材。第九頁，共五十五頁，2022年，8月28日(5)牽引切割：牽引裝置可以是一個履帶型牽引機，它將固化型材從模具中拉出來，它一般應(yīng)具有10t以上的拉力。也可以用液壓拉拔機。第十頁，共五十五頁，2022年，8月28日6.6.2拉擠成型設(shè)備

①增強材料架；②預(yù)成型導(dǎo)向裝置；③樹脂浸漬裝置；④帶加熱控制的金屬模具；⑤固化爐⑥牽引設(shè)備；⑦切割設(shè)備。第十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日(1）送紗裝置

作用

將無捻粗紗從安裝在紗架上的紗筒中引出，通過導(dǎo)紗裝置進入浸膠槽浸膠。最簡單的送紗裝置是紗架。紗架結(jié)構(gòu)及大小取決于產(chǎn)品規(guī)格及所用紗團的數(shù)量。紗架結(jié)構(gòu)根據(jù)需要可制成整體式或組合式。紗筒在紗架上可以縱向或橫向安裝.需要精確導(dǎo)向時,通常使用孔板導(dǎo)紗器或塑料管導(dǎo)紗器.第十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日(2）浸膠裝置

浸膠裝置一般包括導(dǎo)向輥、樹脂槽、壓輥、分紗柵板、擠膠輥等。由紗架引出的玻璃纖維粗紗，在浸膠槽中浸漬樹脂，并通過擠膠輥的加緊來控制樹脂含量。膠槽長度根據(jù)浸膠時間長短和玻璃纖維運行速度而定。膠槽中的膠液應(yīng)連續(xù)不斷地循環(huán)更新，以防止因膠液中溶劑揮發(fā)造成樹脂粘度加大，膠槽一般采用夾層結(jié)構(gòu)，通過調(diào)控夾套中的水溫來保持膠液的溫度。擠膠輥的作用是使樹脂進一步浸漬增強材料，同時起到控制含膠量和排氣的作用。分柵板的作用是將浸漬樹脂后的玻璃纖維無捻粗紗分開。確保按設(shè)計的要求合理分布，第十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日第十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日(3）預(yù)成型模和成型模

1)預(yù)成型模作用是將浸透了樹脂的增強材料進一步均勻并除去多余的樹脂和排除氣泡，使其形狀逐漸形成成型模的進口形狀。如拉擠成型管材時，一般使用圓環(huán)狀預(yù)成型模；制造空心型材時，通常使用帶有芯模的預(yù)成型模；生產(chǎn)異型材時，大都使用形狀與型材截面形狀接近的金屬預(yù)成型模具。在預(yù)成型模中，材料被逐漸地成型到所要求的形狀，使增強材料在制品斷面的分布符合設(shè)計要求。

第十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日2)成型模具成型模具一般為鋼模，成型的內(nèi)表面應(yīng)加工的十分光滑并鍍鉻以降低表面摩擦力，降低牽引力，延長模具使用壽命，使制品易脫模。

模具長度由固化時間和牽引速度來決定.芯模尾部大約200～300mm處應(yīng)加工成1/200～1/300mm的錐度，以減少脫模時的阻力

成型模具按結(jié)構(gòu)形式可分為：整體成型模組合式成型模兩類第十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日整體成型模其成型?？资怯烧w鋼材加工而成，一般適于棒材和管材，模外有加熱裝置。熱成型模前端裝有循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，其目的是形成低溫的預(yù)成型區(qū)，避免樹脂過早固化，影響下步成型。

整體成型模第十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日第十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日(4）固化爐

在拉擠成型中，處于一定固化度的玻璃鋼型材拉出模具后，再進入固化環(huán)境以保證制品充分固化所需的裝置。固化爐溫度要嚴(yán)格控制并與牽引速度相適應(yīng)。固化爐的結(jié)構(gòu)取決于制品形狀及幾何尺寸。設(shè)計時除考慮固化爐結(jié)構(gòu)、加熱方式外，還要便于拉擠操作。根據(jù)工藝要求，爐中溫度分段控制，爐體適當(dāng)保溫，并設(shè)有觀察孔、控溫裝置和排風(fēng)裝置的安裝固定部位等。固化爐的加熱方法通常有電阻加熱或遠紅外加熱。

第十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日（5）牽引裝置

牽引設(shè)備是將固化的型材從成型模具拉出的裝置，它要根據(jù)拉擠制品種類來選擇牽引力的大小和夾緊方式。牽引機分為液壓機械式和履帶式兩種。牽引力一般為5O～10OkN。牽引速度通常采用無級調(diào)速，可以根據(jù)制品加工工藝要求而定，通常為0.l～3m/min，若采用快速固化配方，牽引速度可大幅度提高。第二十頁，共五十五頁，2022年，8月28日（6）切割裝置

切割是在連續(xù)生產(chǎn)過程中進行的。當(dāng)制品長度達到要求時，制品端部到達控制長度的位置（一般采用紅外線控制器），控制器接通切割電機電路，切割裝置便開始工作。首先是裝有橡皮墊的夾具，將制品抱緊，然后用合金刀具進行切割。切割過程由兩種運動完成，即縱向運動和橫向運動?？v向運動是切割裝置跟隨制品同步向前移動。橫向運動是切割刀具的進給運動。切割過程中，刀具的磨耗非常嚴(yán)重。第二十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日6.6.3拉擠工藝用原料

（1）樹脂拉擠成型工藝使用的樹脂主要有不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂等。其中不飽和聚酯樹脂應(yīng)用最多，技術(shù)上也最成熟，大約占總量的90%。一般來講，用于模塑料的不飽和聚酯樹脂都可用于拉擠成型制品。國外已生產(chǎn)出拉擠制品專用的不飽和聚酯樹脂.為獲不同性能，改性酚醛樹脂、多種熱塑性樹脂也已應(yīng)用。第二十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日典型拉擠用不飽和聚酯樹脂配方

(生產(chǎn)配方)樹脂196100份填料（輕質(zhì)碳酸鈣）5-15份脫模劑（硬脂酸鋅）3～5份固化劑（過氧化物）1-3份低收縮劑（PVC樹脂）5-15份顏料0.1-1份第二十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日拉擠成型的環(huán)氧樹脂配方

基本配方：環(huán)氧樹脂E-55100份脫模劑（硬脂酸鋅）3～5份固化劑（590#）15～20份增韌劑10～15份稀釋劑適量第二十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日（2）增強材料

拉擠成型所用的增強材料絕大部分是玻璃纖維，其次是聚酯纖維。碳纖維等高強度纖維主要用于宇航、體育器材等。玻璃纖維中，用得最多的是無捻粗紗。所用玻纖都采用增強型浸潤劑。第二十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日6.6.4拉擠工藝控制拉擠成型工藝條件的控制對穩(wěn)定生產(chǎn)和制品的質(zhì)量都有很大的影響，控制工藝條件主要包括浸膠時間、樹脂溫度、模腔溫度、模腔壓力、固化速度、固化程度、牽引張力及速度、紗團數(shù)量等。

第二十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日臥式拉擠成型過程示意圖第二十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日(1)浸膠時間：

浸膠時間是指無捻粗紗及其織物通過浸膠槽所用時間。時間長短應(yīng)以玻璃纖維被浸透為宜，它與膠液的粘度和組分有關(guān)，一般對不飽和聚酯樹脂的浸膠時間控制在15～20s為宜。第二十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日（2）成型溫度在拉擠成型過程中，浸漬了膠液的玻璃纖維和織物在穿越模具時受熱發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，樹脂由線型液狀的物體逐步變化成為體型的固態(tài)型材。這種變化必須是在進入模具開始到進入牽引機之前基本完成的。溫度以及引發(fā)劑等助劑的用量則是最關(guān)鍵的。當(dāng)配方確定后，溫度是拉擠工藝控制的重點。第二十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日模腔溫度用于拉擠的樹脂體系對溫度都很敏感，模腔溫度的控制應(yīng)十分嚴(yán)格。溫度低，樹脂不能固化；溫度過高，坯料一入模就固化，使成型、牽引困難，嚴(yán)重時會產(chǎn)生廢品甚至損壞設(shè)備。模腔分布溫度應(yīng)兩端高，中間低。第三十頁，共五十五頁，2022年，8月28日模溫控制一般把模具人為地分為三段，即加熱區(qū)、膠凝和固化區(qū)。在模具上使用三組加熱板來加熱，并嚴(yán)格控制溫度。樹脂在加熱過程中，溫度逐漸升高，粘度降低。通過加熱區(qū)后，樹脂體系開始膠凝、固化，這時產(chǎn)品與模具界面處的粘滯阻力增加，壁面上零速度的邊界條件被打破，基本固化的型材以均勻的速度在模具表面摩擦運動，在離開模具后基本固化,型材在烘道中受熱繼續(xù)固化，以保證進入牽引機時有足夠的固化度。第三十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日浸膠后的玻璃纖維通過模具發(fā)生變化示意圖

第三十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日模具加熱條件確定模具的加熱條件是根據(jù)樹脂-引發(fā)劑體系來確定的。通用的不飽和聚酯樹脂，一般采用有機過氧化物為引發(fā)劑，設(shè)定的固化溫度一般要略高于有機過氧化物分解的臨界溫度。如采用協(xié)同引發(fā)劑體系，在促進劑的作用下引發(fā)劑的引發(fā)固化溫度則較低。引發(fā)劑的用量通常是通過不飽和聚酯樹脂固化放熱曲線來確定的，而環(huán)氧樹脂的固化劑用量可以計算出來。第三十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日模具溫度控制

加熱區(qū)溫度可以較低，膠凝區(qū)與固化區(qū)溫度相似。溫度分布應(yīng)使固化放熱峰出現(xiàn)在模具中部靠后，膠凝固化分界點應(yīng)控制在模具中部。一般三段溫差控制在10-20℃左右，溫度梯度不宜過大。溫度的設(shè)定與配方、牽引速度、模具的尺寸、形式有密切的關(guān)系。第三十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日模腔壓力模腔壓力是由于樹脂粘性，制品與模腔壁間的摩擦力，材料受熱產(chǎn)生的體積膨脹，以及部分材料受熱氣化產(chǎn)生的。因此，模腔壓力使制品在模腔內(nèi)行為的一個綜合反映參數(shù)。一般模腔壓力在1.7~8.6MPa之間。第三十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日（3）張力及牽引力

張力是指拉擠過程中玻璃纖維粗紗張緊的力?？墒菇z后的玻璃纖維粗紗不松散。其大小與膠槽中的調(diào)膠輥到模具的入口之間距離有關(guān)，也與拉擠制品的形狀、樹脂含量要求有關(guān)。一般情況下，要根據(jù)具體制品的幾何形狀、尺寸，通過實驗確定。牽引力的變化反映了產(chǎn)品在模具中的反應(yīng)狀態(tài)，它與許多因素，如:纖維含量、制品的幾何形狀與尺寸、脫模劑、模具的溫度、拉擠速度等有關(guān)系。第三十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日（4）牽引速度牽引速度是平衡固化程度和生產(chǎn)速度的參數(shù)。在保證固化度的前提下應(yīng)盡可能提高牽引速度。第三十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日工藝控制實際是控制制品的固化條件，是十分重要的。第三十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日紗團數(shù)量根據(jù)加工制品的結(jié)構(gòu)以及要求的性能，確定所用紗團的數(shù)量和增強材料的品種以及排布方式。一般的玻璃鋼制品的玻璃纖維和織物的含量在40%-60%，采用合理的增強材料的含量和分布對于成型工藝和制品性能是十分重要的，要根據(jù)拉擠成型的制品要求和工藝條件來確定。

第三十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日6.6.5拉擠工藝變量的關(guān)系

溫度、牽引速度、牽引力三個重要工藝參數(shù)中，溫度是由樹脂系統(tǒng)的特性來確定的，是拉擠工藝中應(yīng)當(dāng)解決的首要因素。通過樹脂固化體系的DSC曲線的峰值和有關(guān)條件，確定模具加熱的各段溫度值。拉擠速度確定的原則是確定模內(nèi)溫度下的膠凝時間，保證制品在模具中部膠凝、固化，出模具時具有一定的固化程度。牽引力的制約因素較多，如:它與模具溫度關(guān)系很大，并受到纖維含量、制品的幾何形狀與尺寸、膠液配方和拉擠速度的控制。第四十頁，共五十五頁，2022年，8月28日6.6.6樹脂預(yù)熱與制品后固化樹脂進入模具前進行預(yù)熱對工藝是非常有利。一方面預(yù)熱使樹脂溫度提高，粘度下降，增加了纖維的浸潤效果，另一方面可以降低樹脂固化反應(yīng)溫度，使產(chǎn)品表面優(yōu)良。并且為提高牽引速度創(chuàng)造了條件。在許多樹脂體系中，如環(huán)氧樹脂等都需要預(yù)熱。第四十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日預(yù)熱的效果

預(yù)熱的效果還表現(xiàn)在使浸膠的纖維束內(nèi)外溫度梯度減小。因為在進入模具后，由于樹脂和纖維的導(dǎo)熱系數(shù)都很小,由模具傳遞給產(chǎn)品的熱量從產(chǎn)品表面到產(chǎn)品中心部分溫度呈梯狀分布，產(chǎn)品中心線的溫度低于產(chǎn)品表面的溫度。如果提高拉擠速度，那么制品中心線和表面之間的溫度和固化度的滯后量都會增加。滯后量又會相反地隨著中心固化放熱的增加而減小，最后制品的中心溫度高于表面溫度，造成熱應(yīng)力對制品性能產(chǎn)生影響。要想實現(xiàn)產(chǎn)品內(nèi)外均勻固化，減少熱應(yīng)力，樹脂應(yīng)該預(yù)熱。第四十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日后固化不飽和聚酯樹脂的固化可以分為三個階段：凝膠階段、定型階段（硬化階段）、熟化階段（完全固化階段）。一般從拉擠生產(chǎn)線下來的玻璃鋼型材是處于硬化階段，還需要將切割好的型材放到恒溫室中繼續(xù)固化一段時間，使型材的強度進一步提高?？梢栽?0～100℃恒溫室放置15～30小時。第四十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日拉擠制品可能出現(xiàn)的外觀缺陷１

鳥巢：一般是由于增強纖維分布不均勻，在模具入口處相互纏繞，導(dǎo)致產(chǎn)品在模具內(nèi)破壞。它產(chǎn)生的原因有:a.纖維斷了；b.纖維懸垂的影響；c.牽引速度過高；d.纖維粘附著的樹脂太多；e.樹脂粘度高；f.模具入口的設(shè)計不合理。第四十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日拉擠制品可能出現(xiàn)的外觀缺陷２質(zhì)量不穩(wěn)定性：由于未固化的型材在模具內(nèi)粘附力突然增加，導(dǎo)致型材在模具內(nèi)表面拉裂以至型材破壞。原因分析:a.牽引速度過高；b.纖維被拉斷；c.配方問題；d.溫度控制問題。

第四十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日外觀缺陷３粘模：未固化的型材與模具粘附，使產(chǎn)品拉擠破壞。原因分析:a.纖維量小、填料加入量過多；b.內(nèi)脫模劑效果不好或用量太少；e.固化溫度不合適。表面魚鱗狀：型材表面有魚鱗狀，光潔度差。原因分析:a.型材表面粘度太高，產(chǎn)生爬行蠕動；b.脫離點超前于固化點；c.溫度與牽引速度調(diào)整。第四十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日外觀缺陷４型材擠壓變形：由于未完全固化，經(jīng)牽引機擠壓變形。分析其原因:a.速度太快；b.溫度太低；c.模具太短；d.引發(fā)體系不合適。固化不均勻：由于型材的內(nèi)