復合材料拉擠成型實例課件

復合材料成型與加工技術曾竟成教授杜剛講師復合材料曾竟成教授1第9章拉擠制備技術（PultrusionProcess）9.1拉擠制備技術含義：

拉擠成型工藝是將浸漬樹脂膠液的連續(xù)纖維束、帶或布等，在牽引力的作用下，通過擠壓模具成型、固化，連續(xù)不斷地生產(chǎn)長度不限的玻璃鋼型材。這種工藝最適于生產(chǎn)各種斷面形狀的型材，如棒、管、實體型材（工字形、槽形、方形型材）和空腹型材（門窗型材、葉片等）等。第9章拉擠制備技術（PultrusionProcess）2（1）自動化、連續(xù)化生產(chǎn)工藝；（2）生產(chǎn)效率高，可多模多件；（3）拉擠制品中纖維含量可高達80%，浸膠在張力下進行，能充分發(fā)揮連續(xù)纖維的力學性能，產(chǎn)品強度高；（4）制品縱、橫向強度可任意調整，可以滿足不同力學性能制品的使用要求；（5）制品性能穩(wěn)定可靠，波動范圍在±5％之內；（6）原材料利用率在95％以上，廢品率低；（7）不能利用非連續(xù)增強材料；（8）產(chǎn)品形狀單調，只能生產(chǎn)線形型材（非變截面制品），橫向強度不高。9.2拉擠成型的特點（1）自動化、連續(xù)化生產(chǎn)工藝；9.2拉擠成型的特點39.3目前主要的拉擠制品（部分制品實例及應用）9.3目前主要的拉擠制品（部分制品實例及應用）4復合材料拉擠成型實例ppt課件5復合材料拉擠成型實例ppt課件69.4拉擠成型工藝分類1.臥式拉擠成型工藝（1）間歇式牽引機構間斷工作，浸膠的纖維在熱模中固化定型，然后牽引出模，下一段浸膠纖維在進入熱模中固化定型后，再牽引出模。主要特點：成型物在模具中加熱固化，固化時間不受限制。生產(chǎn)效率低，制品表面易出現(xiàn)間斷分界線。（2）連續(xù)式牽引機構連續(xù)工作。主要特點：牽引和模塑過程均連續(xù)，生產(chǎn)效率高。成型制品質量關鍵是控制凝膠時間和固化程度、模具溫度和牽引速度。2.立式拉擠成型工藝宜生產(chǎn)空腹型材。9.4拉擠成型工藝分類1.臥式拉擠成型工藝79.5拉擠制備技術的流程分布(1)纖維區(qū)(2)浸漬區(qū)(3)預成型區(qū)(4)固化區(qū)(5)拉拔區(qū)9.5拉擠制備技術的流程分布8纖維區(qū)：以E-glass為主，和較高性能的S-glass及carbon。纖維的形態(tài)主要有粗紗（roving），短切氈(mat)，及表面氈(surfacingveil)，平面織物等。纖維區(qū)：9復合材料拉擠成型實例ppt課件10浸漬區(qū)：

浸漬區(qū)：11預成型區(qū)(preformingarea)：（1）賦于概略形狀，可以降低纖維束與固化模入口處的摩擦與多余樹脂。（2）賦于纖維束、mat、或其它補強材適當?shù)奈恢?，以進入固化模。預成型區(qū)(preformingarea)：12固化區(qū)：拉擠模具(die)：賦于工件的形狀加熱裝置：電熱板

電波加熱熱油循環(huán)輔助加熱：在含浸纖維入模口之前先行預加熱（微波加熱）。優(yōu)點：樹脂所需熱傳導的時間縮短，模具長度可以縮短，用于大型工件。固化區(qū)：輔助加熱：在含浸纖維入?？谥跋刃蓄A加熱（微波加熱）13典型的模具長度在30～150cm之間；模具材料：工具鋼；模具形式：整體式、組合式、懸垂式（空腹結構）典型的模具長度在30～150cm之間；14拉拔區(qū)：拉拔區(qū)提供工件拉擠時所需的拉拔力與速度控制，拉拔的方式主要有兩種履帶式(caterpillar)及往覆式(reciprocating)，和環(huán)型迥旋式拉拔機構（結合了拉拔與卷曲）。履帶式拉拔機構往覆式拉拔機構拉拔區(qū)：履帶式拉拔機構往覆式拉拔機構15往復式拉拔機構環(huán)形拉擠成型機往復式拉拔機構環(huán)形拉擠成型機16

一般由預成型模和成型模兩部分組成。①預成型模具：在拉擠成型過程中，增強材料浸漬樹脂后（或被浸漬的同時），在進入成型模具前，必須經(jīng)過由一組導紗元件組成的預成型模具，預成型模的作用是將浸膠后的增強材料，按照型材斷面配置形式，逐步形成近似成型模腔形狀和尺寸的預成型體，然后進入成型模，這樣可以保證制品斷面含紗量均勻。②成型模具：成型模具橫截面面積與產(chǎn)品橫截面面積之比一般應大于或等于10，以保證模具有足夠的強度和剛度，加熱后熱量分布均勻和穩(wěn)定。拉擠模具長度是根據(jù)成型過程中牽引速度和樹脂凝膠固化速度決定，以保證制品拉出時達到脫模固化程度。一般采用鋼鍍鉻，模腔表面要求光潔，耐磨，借以減少拉擠成型是的摩擦阻力和提高模具的使用壽命。

模具設計的好壞，直接影響拉擠過程中所用牽引力大小，若牽引阻力過大，易造成機械事故。經(jīng)常因某段模具被拉毛，表面不夠光滑，樹脂易固化，造成牽引機履帶與輪之間打滑，致使玻璃纖維都固化在模具中，牽引機拉不動。9.6拉擠成型模具一般由預成型模和成型模兩部分組成。9.6拉擠成型模具17復合材料拉擠成型實例ppt課件18空腹型材模具示意圖成型模具按結構形式可分為整體成型模具和組合式成型模具兩類。整體模具是由整體鋼材加工而成，一般適用于棒材和管材。組合成型模具有上、下模對合而成。這種類型的模具易于加工，可生產(chǎn)各種類型的型材，但制品表面有分型線痕跡?？崭怪破凡捎眯灸！Ｐ灸Ｒ欢斯潭?，另一端懸臂伸入上、下模所形成的空間，與上、下模一起構成產(chǎn)品所需的截面形狀。為減少脫模時芯模產(chǎn)生的阻力，芯模尾部加工成1/300~1/200的錐度，較大的芯模應考慮采用模心加熱裝置?？崭剐筒哪＞呤疽鈭D成型模具按結構形式可分為整體成型模具和組合19特性鋼號高耐磨GCr9、Cr12、Cr12MoV、Cr5Mo1V低變形T13、9Mn2V、CrWMn加工性好T12、4CrMo、WCrV滲碳、滲氮20Cr、12CrNi2、20Mn2、20CrMnTi預硬型40Cr、38VrMoAl、3Cr2Mo、38CrMnAlA淬硬型4CrB、9MnZY、T7耐沖擊型6CrW2Si、5CrNiMo拉擠模具用鋼分類特性鋼號高耐磨GCr9、Cr12、Cr12MoV、C209.7拉擠成型用增強材料用于拉擠制品的增強材料多為玻璃纖維及其織物，如無捻粗紗、布帶和各種氈。無捻粗紗：不產(chǎn)生懸垂現(xiàn)象，集束性好，易被樹脂浸透，力學性能較高；玻璃纖維氈：有能承受牽引力的足夠強度。拉擠制品橫向增強的主要方法：玻璃纖維氈和纖維織物，纖維環(huán)向纏繞或螺旋纏繞（過去）；纖維針織物（現(xiàn)在）。纖維針織物：以單束紗線連續(xù)圍繞交叉的形式重疊在一起，并相互纏結固定。針織物單重均勻，強度高，彈性好且不易懸垂，可以提高制品的沖擊強度和剪切強度，并可加工成定向或三向織物。9.7拉擠成型用增強材料用于拉擠制品的增強材料多為玻璃纖維219.8拉擠成型工藝參數(shù)工藝參數(shù)：模腔溫度、樹脂溫度、模腔壓力、樹脂粘度、固化速度、固化程度、牽引張力及速度、紗團數(shù)量等。模腔溫度：用于拉擠的樹脂體系對溫度敏感，模腔溫度控制嚴格。溫度低，樹脂不能固化，溫度過高時，坯料一入模就固化，使成型、牽引困難，嚴重時會產(chǎn)生廢品甚至損壞設備。50100150200250300ABA－模具初始溫度B－工藝過程中最佳溫度模腔溫度分布曲線9.8拉擠成型工藝參數(shù)工藝參數(shù)：模腔溫度、樹脂溫度、模腔壓22基于UP/復合型引發(fā)劑的固化工藝特性，將模具分為加熱溫度不同的三個區(qū)段。（1）預熱段使增強材料浸漬的樹脂勻化。（2）固化段使樹脂體系從粘稠態(tài)經(jīng)凝膠態(tài)、橡膠態(tài)而迅速固化。（3）離型段減少溫差對型材的內應力和體積收縮的影響。由于模具長度一定，加熱設備長度也一定，故制品的固化溫度和時間主要取決于樹脂的引發(fā)固化體系。通用的不飽和聚酯樹脂，多采用有機過氧化物為引發(fā)劑，其固化溫度一般要略高于有機過氧化物的臨界溫度。若采用協(xié)同引發(fā)劑體系，則通常是通過不飽和聚酯樹脂固化放熱曲線來確定。一般地，模具的溫度應大于樹脂的放熱峰值，溫度的上限是樹脂的降解溫度。同時做樹脂的凝膠試驗，保證溫度、凝膠時間、拉速應當匹配?；赨P/復合型引發(fā)劑的固化工藝特性，將模具分為加熱溫度不同23牽引速度：是平衡固化程度和生產(chǎn)速度的參數(shù)。在保證固化度的條件下應盡可能提高牽引速度。牽引力：是保證制品順利出模的關鍵，牽引力的大小由制品與模具之間的界面上的剪切應力確定。溫度參數(shù)、拉擠速度、牽引力在三個參數(shù)中，溫度參數(shù)是由樹脂系統(tǒng)的特性確定的，是拉擠工藝中首要解決的因素。通過樹脂固化體系的放熱曲線的峰值和有關條件，確定模具加熱的各段溫度值。拉擠速度確定的原則是在給定的模內溫度下的凝膠時間，保證制品在模具中部凝膠、固化。牽引力與模具溫度關系很大，并受拉擠速度的控制。脫模劑的影響也是重要因素。

建立拉擠模具溫度傳遞模型，利用計算機輔助設計可以確定最佳的模具溫度分布及分析。牽引速度：是平衡固化程度和生產(chǎn)速度的參數(shù)。在保證固化度的條件249.9拉擠制品常見的缺陷及改進措施缺陷部位現(xiàn)象原因鳥巢增強纖維在模具入口處相互纏繞，導致制品在模具內破壞。纖維斷了纖維懸垂的影響樹脂粘度高纖維粘附著的樹脂太多牽引速度過高模具入口設計不合理固化不穩(wěn)定在模具內粘附力突然增加，可引起制品在模具內破壞。牽引速度過高由預固化引起的熱樹脂突然回流表觀粗糙表面光潔度差，起鱗。玻璃纖維量不足固化區(qū)應力太高，產(chǎn)生爬行蠕動粘模部分制品與模具粘附，使制品拉伸破壞纖維體積含量低，填料加入量少內脫模劑效果不好或用量太少未完全固化速度太快溫度太低模具太短樹脂體系選擇不恰當白粉制品出模后，制品表面附著白粉狀物模具內表面光潔度差脫模時，產(chǎn)品粘模，導致制品表面損傷9.9拉擠制品常見的缺陷及改進措施缺陷部位現(xiàn)象原因鳥巢增25溝痕，不平制品的平面部分不平整，局部有溝狀痕跡纖維含量低，局部的纖維紗過少模具粘制品，劃傷制品白斑含有表面氈，連續(xù)氈的制品表層，出現(xiàn)局部發(fā)白或露有白紗現(xiàn)象紗和氈浸漬樹脂不完全，氈層過厚，或氈的本身性能不好有雜志混入，在氈層間形成氣泡制品表面樹脂層過薄裂紋制品表面有微小裂紋裂紋只在表層，樹脂層過厚產(chǎn)生表層裂紋；樹脂固化不均引起熱應力集中，形成應力開裂。表面起毛纖維露出制品表面纖維過多樹脂與纖維不能充分粘結表面起皮、破碎留樹脂層過厚模具內壓力不夠纖維含量太少制品彎曲、扭曲變形制品固化不均，非同步，產(chǎn)生固化應力制品出模后壓力降低，在應力作用下變形制品里的材料不均勻，導致固化收縮程度不同出模時制品未完全固化，在牽引力作用下產(chǎn)生變形。溝痕，不平制品的平面部分不平整，局部有溝狀痕跡纖維含量低，局26實例1拉擠玻璃鋼窗框模具的設計（南玻纖院）拉擠玻璃鋼窗框的前景

20世紀80年代初開發(fā)（加拿大）；20世紀90年代，擴展到美國、俄羅斯、德國、日本等國；我國是建筑窗框產(chǎn)量最多的國家。實例1拉擠玻璃鋼窗框模具的設計（南玻纖院）拉擠玻璃鋼窗框272.拉擠玻璃鋼窗框的工藝

材料：UP樹脂＋玻璃纖維＋短切氈＋表面氈；溫區(qū)控制：根據(jù)UP放熱曲線確定；拉擠速度；紗量；樹脂配方。2.拉擠玻璃鋼窗框的工藝

283.1模具的選材（1）較高的強度，耐疲勞性和耐磨性；（2）較高的耐熱性和較小的熱變形性；（3）良好的耐腐蝕性；（4）良好的切削性和表面拋光性能；（5）受熱變形小，尺寸穩(wěn)定性好。3.拉擠玻璃鋼窗框模具3.1模具的選材3.拉擠玻璃鋼窗框模具293.2分型面的選擇

在滿足模具制造的前提下，盡量減少分型面，保證合縫嚴密。3.2分型面的選擇

303.3模具入口設計

模具入口處周邊設計1/4倒角，帶有錐度（角度在5～8°，長度在50～100mm）3.3模具入口設計313.4模具尺寸的確定

目前國內模具長度一般設計為900mm左右。一般模具厚度為制品厚度的2～3倍。

玻璃鋼窗框型材大多是中空制品，一般芯模具的有效長度為模具長度的2/3～3/4，而在拉擠工藝過程中要考慮到芯棒固定及調整以及防止偏心，此外芯棒還要考慮到配重的問題，對于模具長度為900mm左右的模具，芯棒的長度可設計為1200mm左右。3.4模具尺寸的確定

32實例2玻璃鋼型材－槽鋼拉擠成型制備項目來源：株洲廣緣火車線槽實例2玻璃鋼型材－槽鋼拉擠成型制備項目來源：株洲廣緣火車線33復合材料拉擠成型實例ppt課件34拉擠槽鋼各部分位置示意圖預成型模成型模具浸膠槽集束板紗架拉拔機構導向板拉擠槽鋼各部分位置示意圖預成型模成型模具浸膠槽集束板紗架拉拔351.金屬模具制備由株洲廣緣通過專業(yè)的拉擠模具設計公司制備151.6713增強材料形式：2400Tex玻璃纖維粗紗＋短切氈（面密度）1.金屬模具制備151.6713增強材料形式：2400Te362.拉擠槽鋼纖維用量計算前提條件：玻璃纖維無捻粗紗：2400TEX纖維體積含量（不計短切氈所占體積）：45％（1）計算模具橫截面積A（模）＝（71－3）×3×2＋151.6×3＝863（mm2）（2）計算單根玻璃纖維的橫截面積