拉挤成型主要工序、工艺原理及常见缺陷原因分析

• 整体成型模其成型模孔是由整体钢材加工而成， 一般适于棒材和管材，模外有加热装置。热成 型模前端装有循环水冷却系统，其目的是形成 低温的预成型区，避免树脂过早固化，影响下 步成型。 整
体 成 型 模
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(4）固化炉
浸胶后的玻璃纤维通过模具发生变化示意图
模具加热条件确定
• 模具的加热条件是根据树脂-引发剂体系来确 定的。 • 通用的不饱和聚酯树脂，一般采用有机过氧 化物为引发剂，设定的固化温度一般要略高 于有机过氧化物分解的临界温度。如采用协 同引发剂体系，在促进剂的作用下引发剂的 引发固化温度则较低。引发剂的用量通常是 通过不饱和聚酯树脂固化放热曲线来确定的， 而环氧树脂的固化剂用量可以计算出来。
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(3）预成型模和成型模
•
1)预成型模 作用是将浸透了树脂的增强材 料进一步均匀并除去多余的树脂和排除气泡， 使其形状逐渐形成成型模的进口形状。 • 如拉挤成型管材时，一般使用圆环状预成型模； 制造空心型材时，通常使用带有芯模的预成型 模；生产异型材时，大都使用形状与型材截面 形状接近的金属预成型模具。 • 在预成型模中，材料被逐渐地成型到所要求的 形状，使增强材料在制品断面的分布符合设计 要求。
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6.6.3 拉挤工艺用原料
• （1）树脂 • 拉挤成型工艺使用的树脂主要有不饱和聚酯 树脂、环氧树脂、乙烯基树脂等。其中不饱 和聚酯树脂应用最多，技术上也最成熟，大 约占总量的90%。一般来讲，用于模塑料的 不饱和聚酯树脂都可用于拉挤成型制品。国 外已生产出拉挤制品专用的不饱和聚酯树脂. • 为获不同性能，改性酚醛树脂、多种热塑性 树脂也已应用。
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模腔温度
• 用于拉挤的树脂体系对温度都很敏感，模腔温度 的控制应十分严格。温度低，树脂不能固化 ； 温度过高，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。模腔分 布温度应两端高， 中间低。
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(5)牵引切割：
• 牵引装置可以是一个履带型牵引机，它将 固化型材从模具中拉出来，它一般应具有 10t以上的拉力。也可以用液压拉拔机。
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6.6.2 拉挤成型设备
• • • • • • • ①增强材料架； ②预成型导向装置； ③树脂浸渍装置； ④带加热控制的金属模具； ⑤固化炉 ⑥牵引设备； ⑦切割设备。
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(1）送纱装置
• 作用 将无捻粗纱从安装在纱架上的纱筒中 引出，通过导纱装置进入浸胶槽浸胶。 • 最简单的送纱装置是纱架。 • 纱架结构及大小取决于产品规格及所用纱 团的数量。纱架结构根据需要可制成整体 式或组合式。纱筒在纱架上可以纵向或横 向安装. • 需要精确导向时,通常使用孔板导纱器或塑 料管导纱器.
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（5）牵引装置
• 牵引设备是将固化的型材从成型模具拉 出的装置，它要根据拉挤制品种类来选 择牵引力的大小和夹紧方式。牵引机分 为液压机械式和履带式两种。牵引力一 般为5O～10OkN。 牵引速度通常采用无 级调速，可以根据制品加工工艺要求而 定，通常为0.l～3m/min，若采用快速固 化配方，牵引速度可大幅度提高。
拉挤成型
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拉挤成型工艺特点
• 拉挤是指玻璃纤维粗纱或其织物在外力牵 引下,经过浸胶、挤压成型、加热固化、定长 切割，连续生产玻璃钢线型制品的一种方法。 • 它不同于其它生产玻璃钢成型工艺的地方是 外力拉拔浸胶玻璃钢纤维或织物，挤压通过 加热模具成型、固化形成玻璃钢线型材, 用 于生产断面形状固定不变的玻璃钢制品。
拉挤成型的环氧树脂配方
• • • • • • 基本配方： 环氧树脂 E-55 脱模剂（硬脂酸锌） 固化剂 （590#） 增韧剂 稀释剂
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100份 3 ～5 份 15～20份 10～15份 适量
（2）增强材料
• 拉挤成型所用的增强材料绝大部分 是玻璃纤维，其次是聚酯纤维。碳纤 维等高强度纤维 主要用于宇航、体育 器材等。玻璃纤维中，用得最多的是 无捻粗纱。所用玻纤都采用增强型浸 润剂。
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典型拉挤用不饱和聚酯树脂配方 (生产配方)
• • • • • • 树脂196 填料 （轻质碳酸钙） 脱模剂（硬脂酸锌） 固化剂 （过氧化物） 低收缩剂 （PVC树脂） 颜料 100份 5-15份 3 ～5 份 1- 3份 5-15份 0.1-1份
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（6）切割装置
• 切割是在连续生产过程中进行的。当制品长 度达到要求时，制品端部到达控制长度的位 置（一般采用红外线控制器），控制器接通 切割电机电路，切割装置便开始工作。首先 是装有橡皮垫的夹具，将制品抱紧，然后用 合金刀具进行切割。切割过程由两种运动完 成，即纵向运动和横向运动。纵向运动是切 割装置跟随制品同步向前移动。横向运动是 切割刀具的进给运动。切割过程中，刀具的 磨耗非常严重。
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6.6.4 拉挤工艺控制
• 拉挤成型工艺条件的控制对稳定生产 和制品的质量都有很大的影响，控制工 艺条件主要包括浸胶时间、树脂温度、 模腔温度、模腔压力、固化速度、固化 程度、牵引张力及速度、纱团数量等。
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复合材料应用技术网卧式拉挤成型过程示意图
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6.6.1 拉挤成型工艺流程
• 玻璃纤维粗纱排布—→浸胶—→预成 型 — →拉挤模塑及固化 — →牵引 — →切 割—→—制品→包装
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主要成型工序
• （1）排纱 • 排纱是将安装在纱架上的增强材料从纱筒上引 出并均匀整齐排布的过程。 • 排纱系统包括如纱架、毡铺展装置、缠绕机或 编织机等。 • 增强材料输送排纱时，为了排纱平整，一般采 用旋转芯轴，纤维从纱筒外壁引出的，这样可 避免扭转现象。如采用纤维从纱筒内壁引出的， 纱筒固定会使纱发生扭曲不利于玻璃纤维的整 齐排布。
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(2） 浸胶装置
•
浸胶装置一般包括导向辊、树脂槽、压辊、 分纱栅板、挤胶辊等。由纱架引出的玻璃纤维粗 纱，在浸胶槽中浸渍树脂，并通过挤胶辊的加紧 来控制树脂含量。胶槽长度根据浸胶时间长短和 玻璃纤维运行速度而定。胶槽中的胶液应连续不 断地循环更新，以防止因胶液中溶剂挥发造成树 脂粘度加大，胶槽一般采用夹层结构，通过调控 夹套中的水温来保持胶液的温度。挤胶辊的作用 是使树脂进一步浸渍增强材料，同时起到控制含 胶量和排气的作用。分栅板的作用是将浸渍树脂 后的玻璃纤维无捻粗纱分开。确保按设计的要求 合理分布， 复合材料应用技术网WWW.FRPAPP.COM
模温控制
• 一般把模具人为地分为三段，即加热区、胶 凝和固化区。在模具上使用三组加热板来加 热，并严格控制温度。树脂在加热过程中， 温度逐渐升高，粘度降低。通过加热区后， 树脂体系开始胶凝、固化，这时产品与模具 界面处的粘滞阻力增加，壁面上零速度的边 界条件被打破，基本固化的型材以均匀的速 度在模具表面摩擦运动，在离开模具后基本 固化,型材在烘道中受热继续固化，以保证进 复合材料应用技术网入牵引机时有足够的固化度。 WWW.FRPAPP.COM
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2)成型模具
• 成型模具一般为钢模，成型的内表面应加工的十 分光滑并镀铬以降低表面摩擦力，降低牵引力， 延长模具使用寿命，使制品易脱模。
• • •
模具长度由固化时间和牵引速度来决定. 芯模尾部大约200～300mm处应加工成 1/200～ 1/300mm的锥度，以减少脱模时的阻力 成型模具按结构形式可分为： 整体成型模 组合式成型模两类 复合材料应用技术网WWW.FRPAPP.COM
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（2)树脂浸渍：
• 是将排布整齐的增强纤维均匀浸渍上已 配制好的不饱和树脂的过程，一般是采 用将纤维通过装有树脂胶槽时进行的。 一般分为: • 直槽浸渍法, • 滚筒浸渍法， • 其中以直槽浸渍法最为常用。在整个浸 渍过程中，必须保证纤维和毡排列十分 整齐。
•
成为型材形状的浸胶增强材料进入模具在 模具中固化成型。 • 模具的温度根据固化工艺过程进行设计。主要 根据树脂在固化中的放热曲线及物料与模具的 摩擦性能。 • 一般将模具分成三个不同的加热区：预热区、 凝胶区和固化区，以控制固化速度。 • 模塑及固化是拉挤成型工艺中最关键的部分， 典型模具的长度范围在500～1500mm之间。模 具出口与牵引机械之间要有一定的距离。一般 复合材料应用技术网采用风冷的方式冷却型材。 WWW.FRPAPP.COM
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(3) 预成型
• 预浸好的增强材料穿过预成型装置， 以连续方式运转，以便确保它们的相应 位置，经预成型装置将预浸好的增强材 料逐步过度成为型材的形状同时挤出多 余的树脂，然后进入模具，进行成型固 化。
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(4)模塑及固化：
（3）张力及牵引力
• 张力是指拉挤过程中玻璃纤维粗纱张紧的力。 可使浸胶后的玻璃纤维粗纱不松散。其大小 与胶槽中的调胶辊到模具的入口之间距离有 关，也与拉挤制品的形状、树脂含量要求有 关。一般情况下，要根据具体制品的几何形 状、尺寸，通过实验确定。 • 牵引力的变化反映了产品在模具中的反应状 态，它与许多因素，如:纤维含量、制品的几 何形状与尺寸、脱模剂、模具的温度、拉挤 速度等有关系。
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(1)浸胶时间：
• 浸胶时间是指无捻粗纱及其织物通 过浸胶槽所用时间。时间长短应以玻 璃纤维被浸透为宜，它与胶液的粘度 和组分有关，一般对不饱和聚酯树脂 的浸胶时间控制在15～20s为宜。
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（2）成型温度
• 在拉挤成型过程中，浸渍了胶液的玻璃 纤维和织物在穿越模具时受热发生交联 反应，树脂由线型液状的物体逐步变化 成为体型的固态型材。这种变化必须是 在进入模具开始到进入牵引机之前基本 完成的。温度以及引发剂等助剂的用量 则是最关键的。当配方确定后，温度是 拉挤工艺控制的重点。
• 在拉挤成型中，处于一定固化度的玻璃钢型材 拉出模具后，再进入固化环境以保证制品充分 固化所需的装置。固化炉温度要严格控制并与 牵引速度相适应。固化炉的结构取决于制品形 状及几何尺寸。 • 设计时除考虑固化炉结构、加热方式外，还要 便于拉挤操作。根据工艺要求，炉中温度分段 控制，炉体适当保温，并设有观察孔、控温装 置和排风装置的安装固定部位等。固化炉的加 热方法通常有电阻加热或远红外加热。
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模腔压力
• 模腔压力是由于树脂粘性，制品与 模腔壁间的摩擦力，材料受热产生的 体积膨胀，以及部分材料受热气化产 生的。因此，模腔压力使制品在模腔 内行为的一个综合反映参数。一般模 腔压力在1.7~8.6MPa之间。
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模具温度控制
• 加热区温度可以较低，胶凝区与固化 区温度相似。温度分布应使固化放热峰 出现在模具中部靠后，胶凝固化分界点 应控制在模具中部。一般三段温差控制 在10-20℃左右，温度梯度不宜过大。温 度的设定与配方、牵引速度、模具的尺 寸、形式有密切的关系。