拉挤工艺

摘要

乙烯基酯树脂拉挤工艺（简称VER Pultrusion Process）是国内外近年来迅速发展的一种低成本高品质复合材料制造技术，其制品以独特的性能而被广泛应用于结构、防腐、电力、建筑等诸多领域。但对其工艺的研究论文少见发表，有些VER拉挤产品性能也名不符实，本文依此而立。

本文在拉挤工艺共性理论的指导下，通过对VER分子结构及其固化行为的分析，采用“特殊”SPI凝胶试验法，在大量试验的基础上确定VER拉挤配方初型和最佳成型温度区域，再通过10mm棒在线试验，以“性能容忍速度”恒大于等于“工作效率容忍速度”作为指标来确定其工艺参数，并通过成型物中心温度在线测量对配方及工艺参数的合理性进行验证。并在前人大量工作的基础上对VER拉挤工艺过程进行了数值模拟。通过用户委托产品验证，本文配方和工艺参数设计过程及结论对VER拉挤工艺具有一定的指导作用。

1. 模具温度设置采用前低后高对VER拉挤工艺来说是合理的，与VER固化过程的先快后慢相对应。

2. 每一树脂配方体系都有最佳成型温度区域，并不是越高越好，在某一温度范围内体系的反应速率并不是温度的增函数。

3. 为了提高VER的拉挤速度，固化剂的总量在UPR的基础上提高一个百分点是可行的。钴盐催化体系对提高生产效率很有帮助，但模具入口的冷却及适量阻聚剂的加入很有必要。

4. 本文的拉挤配方及工艺参数对壁厚少于10mm的VER拉挤制品只要稍加调整可以采用。

5. 拉载模型的建立对选择拉挤机的工作参数具有一定的指导意义。

目录

第一章绪论

§1.1 课题来源及其意义

§1.2 国内外的研究现状及发展

§1.3 本文的工作重点

第二章UPR拉挤工艺介绍及VER拉挤工艺预测

§2.1 UPR拉挤工艺介绍

2.1.1 UPR拉挤工艺示意图

2.1.2 主要原辅材料

2.1.3 成型物在热模中的过程行为

2.1.4 UPR拉挤工艺成败不等式

2.1.5 关于拉挤速度的几个问题

2.1.6 树脂在模具中的相对运动

§2.2 VER拉挤工艺预测

2.2.1 VER分子结构及性能特点

2.2.2 VER与UPR固化行为的比较

2.2.3 VER拉挤工艺预测

第三章VER拉挤工艺配方设计及其工艺参数VER拉挤配方设计

§3.1 引发体系的确定

3.1.1 常用热固化引发剂

3.1.2 引发剂活性的评价方法

3.1.3 引发剂的选用

3.1.4 复合引发体系

3.1.5 VER拉挤配方试验方案

§3.2 工艺参数的确定

3.2.1 普通VER拉挤配方工艺参数的确定

3.2.2 快速固化VER拉挤配方工艺参数的确定§3.3 成型物中心温度在线测量

3.3.1试验设备

3.3.2试验结果

§3.4配方及工艺参数的局限性及其优化方向第四章VER拉挤工艺模型

§4.1 拉挤工艺模型发展简介

§4.2 热化学模型

4.2.1 VER拉挤工艺的反应动力学模型

4.2.2 VER拉挤工艺的热传导方程

4.2.3 VER拉挤工艺的系统方程

§4.3 VER拉挤工艺的拉载模型

4.3.1 工艺过程中拉载的影响因素

4.3.2 拉载表达式

4.3.2.1 整体思路

4.3.2.2 关于拉载表达式的几个问题

4.3.3 拉载对工艺缺陷的响应

第五章总结

参考文献

第一章绪论

§1.1 课题来源及其意义

本课题旨在对树脂基复合材料拉挤工艺的技术与机理进行探讨。

树脂基复合材料有多种成型方法，拉挤（Pultrusion）是其中自动化程度最高、产品质量最稳定、原材料利用率最高的先进制造工艺。拉挤制品不但具有其它树脂基复合材料的共性，而且具有其独特的轴向性能和连续性能，从而在结构、防腐、电力、建筑、交通及体育用品等领域得到了广泛应用。

复合材料的性能一般由其制造方法、结构形式、组成物构成等决定，对组成物来说，树脂基复合材料主要由树脂基体和增强材料两部分组成，在增强材料一定的情况下，树脂基体对复合材料的性能起着至关重要的作用。而乙烯基酯树脂（VER）具有优异的性能价格比，与增强材料间的界面作用能高，优良的断裂延伸率，以及其在耐腐蚀领域更是性能突出，因此将拉挤工艺（Pultrusion Process）与VER有机组合在一起将是一件有意义的工作。

我国的拉挤工作者虽然在VER拉挤工艺中做了大量的实际工作，但仅仅是在不饱和聚酯树脂（UPR）拉挤工艺的基础上进行简单的“嫁接”，没有针对VER树脂的特殊性进行深入细致的个性研究，因此产品性能也就名不符实了。在拉挤工

艺共性理论基础上，探索其固有个性，以提高我国VER拉挤工艺的整体水平和产品质量将是一个刻不容缓的问题。[32][43][44]

§1.2 国内外的研究现状及发展

树脂基复合材料拉挤工艺出现于50年代初期的美国，1956年Morrison Molded Fiber Glass公司开始用拉挤工艺生产建筑型材并成为拉挤工艺发展的早期领导者[8]。70年代以后，拉挤复合材料制品和工艺逐步走向标准化、规范化。80年代至今其工艺和制品的应用领域得到了迅速的发展。我国对拉挤工艺的研究始于60年代中期，北京玻璃钢研究设计院、武汉工业大学、哈尔滨玻璃钢研究所、上海玻璃钢研究所、秦皇岛耀华玻璃钢厂、西安绝缘材料厂等在这一领域做了大量的研究和应用开发工作，但基体主要集中在UPR和环氧树脂（EPR），而采用VER和酚醛树脂（PHR）作为基体少有涉及（本文作者与人合作于1998年对PHR拉挤工艺进行了近一年的研究）。由于拉挤制品应用领域的不断扩大，环境对制品的性能价格比要求进一步提高，VER拉挤制品应运而生。从国内外复合材料刊物所发表的文献情况来看，对VER拉挤工艺研究论文少有发表，只是对VER的合成及其制品性能进行评价的论文较多。对拉挤工艺的共性问题，国外学者进行了大量的研究工作，现阶段的热点主要集中在对拉挤工艺模型的完善和发展及计算机技术的应用、拉挤产品的开发及性能研究、热塑性复合材料拉挤工艺研究、拉挤工艺的技术改进研究（如RIM－Pultrusion、环形拉挤、原位拉挤、编织辅助拉挤等）等。客观地讲，现阶段我国的拉挤工艺技术水平还处于发达国家80年代初期的水平，由于没有专业的科研机构及大专院校的加盟，加之我国生产力水平及原辅材料的制约，故技术发展速度较慢，甚至于各企业在激烈的市场竞争中把生产过程中获得的一些实践经验都作为一种“技艺”而加以保密。因此提高我国的整体拉挤技术水平是一项紧迫而艰巨的任务。对拉挤工艺而言，提高生产效率、降低成本、充分发挥产品的性能将是研究工作的永恒主题，VER拉挤工艺的研究也不例外。

§1.3 本文的工作重点

本文从实际出发，利用简单有效的试验手段对VER拉挤工艺进行研究，具体工作如下：