第二章拉擠工藝

拉擠成型工藝拉擠成型于1951年首次在美國注冊專利，60年代發(fā)展很慢，70－80年代進入快速發(fā)展階段。我國起步則較晚，直到90年代隨著拉擠專用樹脂技術的引進生產(chǎn)才進入快速發(fā)展時期。目前，引進及國產(chǎn)拉擠生產(chǎn)線已超過200條。我國發(fā)展拉擠與歐美形式相似：先開發(fā)形狀簡單的棒材，然后隨著化工防腐、電力、采礦等行業(yè)的發(fā)展與需求，開發(fā)了型材制品，目前這些技術已經(jīng)比較成熟。

拉擠工藝是一種連續(xù)生產(chǎn)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(xù)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(xù)出模，由此形成拉擠制品的一種自動化生產(chǎn)工藝。

利用拉擠工藝生產(chǎn)的產(chǎn)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(huán)境的工程中是取代鋼材的最佳產(chǎn)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(huán)境及生活、民用各個領域。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(tǒng)：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(xù)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(tǒng)確定的條件下進行設計的。根據(jù)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(qū)，其溫度由樹脂系統(tǒng)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(xù)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(xiàn)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(chǎn)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(tài)，可把模具分成三個區(qū)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?shù)乃?。預浸料在前進過程中，樹脂受熱發(fā)生交聯(lián)反應，黏度降低，黏滯阻力增加，并開始凝膠，進入凝膠區(qū)。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(qū)受熱繼續(xù)固化，并保證出模時達到規(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、凝膠時間和牽引速度相匹配。預熱區(qū)溫度應較低，溫度分布的控制應使固化放熱峰出現(xiàn)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(qū)域分別用三對加熱系統(tǒng)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(chǎn)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(xiàn)三個峰值。人口處的峰值是由該處樹脂的黏滯阻力產(chǎn)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(chǎn)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(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。主要原材料

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(huán)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(yōu)點，現(xiàn)在國外已開發(fā)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(jù)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(jù)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(xù)纖維氈、布、帶等作為增強材料。

輔助材料

（1）引發(fā)劑

引發(fā)劑的特性通常用活性氧含量、臨界溫度、半衰期來表示。

目前常用的引發(fā)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(huán)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。

（2）環(huán)氧樹脂固化劑

常用的有酸酐類、叔胺、咪唑類固化劑。

（3）著色劑

拉擠中的著色劑一般以顏料糊的形式出現(xiàn)。

（4）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光性等；有效的調節(jié)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(shù)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(wěn)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(xiàn)在也有對填料進行表面處理來加大用量。

（5）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(yōu)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(xiàn)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(chǎn)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。液體狀內脫模劑在拉擠工藝上有許多優(yōu)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(chǎn)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(shù)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(jù)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(chǎn)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。

優(yōu)點

1、典型拉擠速度0.5-2m/min，效率高，適于批量生產(chǎn)，制造長尺寸制品；

2、樹脂含量可精確控制；

3、由于纖維呈縱向，且體種比可較高(40%-80%)，因而型材軸向結構特性可非常好；

4、主要用無捻粗紗增強，原材料成本低，多種增強材料組合使用，可調節(jié)制品力學性能；

5、制品質量穩(wěn)定，外觀平滑。缺點

1、模具費用較高；

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(fā)應用的產(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(fā)的產(chǎn)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(huán)境下的結構支架、水處理廠蓋板等。

3、消費娛樂市場

這是