dt!_复合材料制备技术讲义(9)-拉挤成型实例

3.4模具尺寸的确定 模具尺寸的确定
目前国内模具长度一般设计为 左右。 目前国内模具长度一般设计为900mm左右。一般模具厚度为制品厚 模具长度一般设计为 左右 一般模具厚度为制品厚 度的2～ 倍 度的 ～3倍。
玻璃钢窗框型材大多是中空制品，一般芯模具的有效长度为模具长 玻璃钢窗框型材大多是中空制品，一般芯模具的有效长度为 芯模具的有效长度 度的2/3～ ，而在拉挤工艺过程中要考虑到芯棒固定及调整以及防止 芯棒固定及调整以及 度的 ～3/4，而在拉挤工艺过程中要考虑到芯棒固定及调整以及防止 偏心，此外芯棒还要考虑到配重的问题， 考虑到配重的问题 偏心，此外芯棒还要考虑到配重的问题， 对于模具长度为 左右的模具， 可设计为1200mm 对于模具长度为900mm左右的模具，芯棒的长度可设计为 模具长度为 左右的模具 芯棒的长度可设计为 左右。 左右。
浸渍区：
预成型区(preforming area) ： （1）赋于概略形状，可以降低纤维束与固化模入口处的摩 擦与多余树脂。 （2）赋于纤维束、mat、或其它补强材适当的位置，以进 入固化模。
固化区：
拉挤模具 (die) ：赋于工件的形状 加热装置： 电热板 电波加热 热油循环
辅助加热：在含浸纤维入模口之前先行预加热（微波加 热） 。 优点：树脂所需热传导的时间缩短，模具长度可以缩短，用 于大型工件。
建立拉挤模具温度传递模型，利用计算机辅助设计可以确定最佳的模 具温度分布及分析。 牵引速度：是平衡固化程度和生产速度的参数。在保证固化度的条件下 应尽可能提高牵引速度。 牵引力：是保证制品顺利出模的关键，牵引力的大小由制品与模具之间 的界面上的剪切应力确定。 温度参数、拉挤速度、牵引力在三个参数中，温度参数是由树脂系统的 特性确定的，是拉挤工艺中首要解决的因素。通过树脂固化体系的放热 曲线的峰值和有关条件，确定模具加热的各段温度值。拉挤速度确定的 原则是在给定的模内温度下的凝胶时间，保证制品在模具中部凝胶、固 化。牵引力与模具温度关系很大，并受拉挤速度的控制。脱模剂的影响 也是重要因素。
（1）较高的强度，耐疲劳性和耐磨性； （2）较高的耐热性和较小的热变形性； （3）良好的耐腐蚀性； （4）良好的切削性和表面抛光性能； （5）受热变形小，尺寸稳定性好。
3.2分型面的选择
在满足模具制造的前提下，尽量减少分型面，保证合缝严密。
3.3模具入口设计 模具入口设计
模具入口处周边设计1/4倒角，带有锥度（角度在 ～ ° 模具入口处周边设计 倒角，带有锥度（角度在5～8°，长度在 倒角 50～100mm） ～ ）
A－模具初始温度 B－工艺过程中最佳温度
B A
模腔温度分布曲线
基于UP/复合型引发剂的固化工艺特性，将模具分为加热温度不同的三 个区段。 （1）预热段 使增强材料浸渍的树脂匀化。 （2）固化段 使树脂体系从粘稠态经凝胶态、橡胶态而迅速固化。 （3）离型段 减少温差对型材的内应力和体积收缩的影响。 由于模具长度一定，加热设备长度也一定，故制品的固化温度和时间主 要取决于树脂的引发固化体系。通用的不饱和聚酯树脂，多采用有机过 氧化物为引发剂，其固化温度一般要略高于有机过氧化物的临界温度。 若采用协同引发剂体系，则通常是通过不饱和聚酯树脂固化放热曲线来 确定。一般地，模具的温度应大于树脂的放热峰值，温度的上限是树脂 的降解温度。同时做树脂的凝胶试验，保证温度、凝主要的拉挤制品（部分制品实例及应用）
9.4 拉挤成型工艺分类
1.卧式拉挤成型工艺 （1）间歇式 牵引机构间断工作，浸胶的纤维在热模中固化定型，然后牵引出模， 下一段浸胶纤维在进入热模中固化定型后，再牵引出模。 主要特点：成型物在模具中加热固化，固化时间不受限制。生产效率低， 制品表面易出现间断分界线。 （2）连续式 牵引机构连续工作。 主要特点：牵引和模塑过程均连续，生产效率高。成型制品质量关键是 控制凝胶时间和固化程度、模具温度和牵引速度。 2.立式拉挤成型工艺 宜生产空腹型材。
9.8 拉挤成型工艺参数
工艺参数：模腔温度、树脂温度、模腔压力、树脂粘度、固化速度、 固化程度、牵引张力及速度、纱团数量等。 模腔温度：用于拉挤的树脂体系对温度敏感，模腔温度控制严格。温 度低，树脂不能固化，温度过高时，坯料一入模就固化，使成型、牵 引困难，严重时会产生废品甚至损坏设备。
300 250 200 150 100 50
复 合 材 料 成 型 与 加 工 技 术
曾竟成 教授 杜 刚 讲师
第9章 拉挤制备技术（Pultrusion Process） 9.1 拉挤制备技术含义：
拉挤成型工艺是将浸渍树脂胶液的连续纤维束、带或布等，在牵 引力的作用下，通过挤压模具成型、固化，连续不断地生产长度不限的 玻璃钢型材。这种工艺最适于生产各种断面形状的型材，如棒、管、实 体型材（工字形、槽形、方形型材）和空腹型材（门窗型材、叶片等） 等。
未完全固化
白粉
沟痕， 沟痕，不平
制品的平面部分不平整， 制品的平面部分不平整，局部有沟状痕迹
纤维含量低， 纤维含量低，局部的纤维纱过少 模具粘制品， 模具粘制品，划伤制品 纱和毡浸渍树脂不完全，毡层过厚， 纱和毡浸渍树脂不完全，毡层过厚， 或毡的本身性能不好 有杂志混入， 有杂志混入，在毡层间形成气泡 制品表面树脂层过薄 裂纹只在表层， 裂纹只在表层，树脂层过厚产生表层 裂纹； 裂纹； 树脂固化不均引起热应力集中， 树脂固化不均引起热应力集中，形成 应力开裂。 应力开裂。 纤维过多 树脂与纤维不能充分粘结 留树脂层过厚 模具内压力不够 纤维含量太少 制品固化不均，非同步， 制品固化不均，非同步，产生固化应 力 制品出模后压力降低， 制品出模后压力降低，在应力作用下 变形 制品里的材料不均匀， 制品里的材料不均匀，导致固化收缩 程度不同 出模时制品未完全固化， 出模时制品未完全固化，在牵引力作 用下产生变形。 用下产生变形。
白斑
含有表面毡，连续毡的制品表层， 含有表面毡，连续毡的制品表层，出现局 部发白或露有白纱现象
裂纹
制品表面有微小裂纹
表面起毛 表面起皮、 表面起皮、 破碎
纤维露出制品表面
制品弯曲、 制品弯曲、 扭曲变形
实例1 拉挤玻璃钢窗框模具的设计（南玻纤院） 实例 拉挤玻璃钢窗框模具的设计（南玻纤院） 1. 拉挤玻璃钢窗框的前景
履帶式拉拔机构
往覆式拉拔机构
环形拉挤成型机
往复式拉拔机构
9.6 拉挤成型模具
一般由预成型模和成型模两部分组成。 ①预成型模具：在拉挤成型过程中，增强材料浸渍树脂后（或被浸渍的 同时），在进入成型模具前，必须经过由一组导纱元件组成的预成型模 具，预成型模的作用是将浸胶后的增强材料，按照型材断面配置形式， 逐步形成近似成型模腔形状和尺寸的预成型体，然后进入成型模，这样 可以保证制品断面含纱量均匀。 ②成型模具：成型模具横截面面积与产品横截面面积之比一般应大于或 等于10，以保证模具有足够的强度和刚度，加热后热量分布均匀和稳定。 拉挤模具长度是根据成型过程中牵引速度和树脂凝胶固化速度决定，以 保证制品拉出时达到脱模固化程度。一般采用钢镀铬，模腔表面要求光 洁，耐磨，借以减少拉挤成型是的摩擦阻力和提高模具的使用寿命。 模具设计的好坏，直接影响拉挤过程中所用牵引力大小，若牵引阻力 过大，易造成机械事故。经常因某段模具被拉毛，表面不够光滑，树脂 易固化，造成牵引机履带与轮之间打滑，致使玻璃纤维都固化在模具中， 牵引机拉不动。
典型的模具长度在30～150 cm 之间； 模具材料：工具钢； 模具形式：整体式、组合式、悬垂式（空腹结构）
拉拔区：
拉拔区提供工件拉挤时所需的拉拔力与速度控制，拉拔的方式主要有两种 履带式 (caterpillar) 及往覆式 (reciprocating) ，和环型迥旋式拉拔机构（结 合了拉拔与卷曲）。
实例2 玻璃钢型材－槽钢拉挤成型制备 项目来源：株洲广缘火车线槽
纱架 导向板 拉拔机构 成型模具
集束板 浸胶槽
预成型模
成型模具按结构形式可分为整体成型模具和组合式成型模具两类。整体模具 是由整体钢材加工而成，一般适用于棒材和管材。组合成型模具有上、下模 对合而成。这种类型的模具易于加工，可生产各种类型的型材，但制品表面 有分型线痕迹。 空腹制品采用芯模。芯模一端固定，另一端悬臂伸入上、下模所形成的空间， 与上、下模一起构成产品所需的截面形状。为减少脱模时芯模产生的阻力， 芯模尾部加工成1/300~1/200的锥度，较大的芯模应考虑采用模心加热装置。
9.7 拉挤成型用增强材料
用于拉挤制品的增强材料多为玻璃纤维及其织物，如无捻粗纱、布带和 各种毡。 无捻粗纱：不产生悬垂现象，集束性好，易被树脂浸透，力学性能较高； 玻璃纤维毡：有能承受牵引力的足够强度。 拉挤制品横向增强的主要方法：玻璃纤维毡和纤维织物，纤维环向缠绕 或螺旋缠绕（过去）；纤维针织物（现在）。 纤维针织物：以单束纱线连续围绕交叉的形式重叠在一起，并相互缠结 固定。针织物单重均匀，强度高，弹性好且不易悬垂，可以提高制品的 冲击强度和剪切强度，并可加工成定向或三向织物。
9.5 拉挤制备技术的流程分布 (1) 纤维区 (2) 浸渍区 (3) 预成型区 (4) 固化区 (5) 拉拔区
纤维区：
以E-glass为主，和较高性能的S-glass及carbon。 纤 维 的 形 态 主 要 有 粗 纱 （ roving ） ， 短 切 毡 (mat) ， 及 表 面 毡 (surfacing veil)，平面织物等。
20世纪80年代初开发（加拿大）； 20世纪90年代，扩展到美国、俄罗斯、德国、日本等国；
我国是建筑窗框产量最多的国家。
2. 拉挤玻璃钢窗框的工艺
材料：UP树脂＋玻璃纤维＋短切毡＋表面毡； 温区控制：根据UP放热曲线确定； 拉挤速度； 纱量； 树脂配方。
3. 拉挤玻璃钢窗框模具 3.1模具的选材
鸟巢
增强纤维在模具入口处相互缠绕， 增强纤维在模具入口处相互缠绕，导致制 品在模具内破坏。 品在模具内破坏。