拉挤成型工艺

拉挤成型工艺
第一节原料配制
（一）胶液的配制方法配胶是拉挤生产过程中关键的工序之一其操作是否合理，配料是否准确，将决定着最终产品的质量。

因此，应加强对这一工序的过程控制，要做到操作准确，记录清楚，具有可追溯性。

拉挤产品配方中所用到的原材料，主要有：树脂、低收缩剂、引发剂、脱模剂、填料、色浆及辅助剂（如消泡剂、分散剂等）。

配胶时应严格按以下列步骤进行：
1．填料装在托盘里放入温度（110士5℃）烘箱里烘干约0. 5h。

2.校正称量器具如：磅秤、天平等。

3.按工艺文件要求量取或称取树脂。

4.按拉挤工艺配方的比例加入分散剂等组分，搅拌5-
l0min;
5.依次加入低收缩剂、色浆等组分，搅拌约5-l0min：同时称取内脱模剂、固化剂；
6．加入内脱模剂，再加入固化剂，保持搅拌机的搅拌状态；
7.从烘箱中取出烘过的填料，称量并加入后，继续搅拌约5-l0min;
8.最后关闭搅拌机，清理配胶现场。

以上所提到的搅拌时间，仅是一个参考时间，操作者可以根据所使用的搅拌器的转速大小、配方的实际情况、配胶量的多少进行调整。

搅拌时间过短，不利于各种原材料的均匀混合，搅拌时间过长，会导致胶液温度的升高，影响胶液的储存期。

在产品正常生产的情况下，视产品大小，一般以10-15kg 的树脂量配置为宜。

如果一次配置树脂量过大，会增加操作人员的负担，影响操作效率。

在搅拌过程中，要严格按照搅拌机操作规程进行操作，注意安全。

每次倒入液体组分时要尽可能将称量容器中的液体倒尽。

并且在生产过程中，待胶槽中的胶液快被用完之前应及时准备好下一桶胶，以免造成生产的停顿。

在配胶过程中要学会正确操作和使用天平。

首先要保持砝码和托盘的清洁，如粘有树脂、色浆等要将其擦拭干净；在称量前一定要调整天平的水平，使指针对准刻度盘的。

刻度或左右摇摆幅度一致：将要称量的物体放在左托盘上（一般通过烧杯来盛装），在右托盘上放砝码，放砝码时按照从大到小的顺序，最后调整横梁上的游砝，直至天平平衡，累计砝码总重量，减去烧杯的重量，所得差即为所称量物体重量。

表5-1 配制胶液过程中必备的工器具
第二节拉挤成型
（一）拉挤机操作步骤和要领
以一台3 吨的小型拉挤设各为例，其操作步骤如下：
1.打开总电源，此时机器上的总电源指示灯会亮起。

2.按下设备上的加热按钮，按照设备说明的操作，进行模具温度的设置。

3.按拉挤工艺作业指导书的要求，依次进行模具前区、中区、后区的温度设置，然后按确下认键，进行模具的加热
4.当温控表测量温度显示在设定值左右时，即可开机进行生产，此时将拉过模具的白纱集结成束，放入牵引上下夹具之间后，按下控制面板上的牵引按键，启动牵引装置，开始纤维的连续牵引。

同时还可以按照工艺单上的规定，进行牵引速度的调整。

5.牵引拉力的调整一般根据拉制产品的大小和阻力进行调节，在履带式设备和气动往复式设备的控制面板上都会设置拉力的显示仪表，但无法直接调节，一般通过夹紧力来增强牵引的力度。

在液压式拉挤设备黔上有专门的拉力和夹紧调节阀，可以很方便地分别调整。

6.在生产过程中，应时刻注意拉力仪表的显示值，当其超
过一定的是否有异常情况发生，包括在线的工艺是否正常，并果
断停机排查，以免拉力超出设备负荷，导致损依次关闭加热控制
按键、动力控制按键，最后关闭围的环境卫生。

7.生产结束后，依次关闭加热控制按键、动力控制按键，
最后关闭总电源。

8.清理设备及周围的环境卫生
（二）排纱、接纱操作步骤和要领
排纱就是将增强材料放置在纱架上并将这些材料按照设计要求引出。

只有增强材料放置在正确的位置，才能保证拉挤生产的顺利进行，并发挥拉挤产品的综合性能，实现产品的设计目的。

完成这一工序的主要设备就是送纱装置，送纱装置包括纱架和集束器。

纤维从纱架上引出的方式有两种，一种以纤维内退方式引出，另一种以纤维外退方式引出。

前者的纱筒是静止地放在纱架上的，当纤维从内壁引出时，必然产生加捻现象，大部分情况下，玻璃纤维都是采用这种方式引出。

而后者的纱筒是放置在旋转芯轴上的，它可以避免纤维加捻现象，这种方式适用于碳纤维、芳纶纤维等特种纤维的引出。

不论哪种方式的引出，在进行穿纱操作时，都必须遵循一个原则，即不管在一层纱架上要穿多少束纤维，引出的纤维都不能互相之间产生缠结现象，必须严格独立，互不干扰。

这样才能保证生产的连续进行，而不发生由于纤维
打结、乱纱而产生的中断。

纤维从纱架的一侧引出后，通过专用的导纱环进入下一道生产工序。

为了提高拉挤制品的横向性能，从原材料架上引出进入浸渍
工序的还有各种形式的织物，如缝编毡、针刺毡、表面毡、多轴
向织物、连续毡等。

（三）预成型与固化预成型的主要作用是引导浸胶后的呈扁平带状纤维逐渐演变成最接近拉挤产品的形状。

同时挤去增强材料中多余的树脂，并排除带入材料中的气泡，以获得结构致密的拉挤制品。

预成型过程是依靠预成型模来完成的，而且预成型模是从简单到复杂逐渐过渡的，其一系列模板所占用的长度约为0.6-1.2m.增强材料在预成型中逐渐成型为所设计的形状，并使纤维在制品中的分布符合设计要求。

通常，拉挤成型棒材时般使用管状预成型模，最简单的设计是在一块板上制作一定数量的、呈放射性分布的过纱孔。

生产管材则需使用芯轴预成型模。

制造异型材时大多需要制作2到6块左右的预成型模，以保证纤维与毡材能够较为顺利地合理过渡到合适的形状，与型材截面形状接近。

预成型模的设计是拉挤工艺中非常值得研究的学问，它非常灵活，需要设计者具有开阔的思路和丰富的经验，还需要很强的动手能力。

一件复杂拉挤制品的正常拉制，离不开设计合理，思路新颖的预成型体系只要理解好预成型的重要作用，可以不必局限于任何一种预成型模式，开拓创新，自成体系。

以下为拉挤槽钢预成型的一种设计方式：
材料从预成型模具中拉出后，进入加热模具，在模具中固化成型后从模具中拉出。

这一过程是拉挤工艺过程中最重要也是主要的工艺过程。

固化成型模具的长度一般为0. 5m-1. 55m，其具体长度取决于产品厚度、拉挤速度及树脂体系的化学反应特性等因素。

成型模一般用模具钢制造，然后将其表面进行镀铬或渗氮处理，以提高硬度，减少磨损，降低牵引力，延长模具寿命。

模具的加热方式有蒸汽加热、导热油加热、电加热等加热方式，其中电加热易于控制模具长度方向不同区域的温度较为常见。

拉挤机的模具通常包含一到四个加热区，加热区数目通常由树脂体系、拉挤速度以及模具的长度等因素决定。

在成型模具的设计中，除了考虑截面的任何尺寸外，还应主要考虑以下二个主要因素：一是树脂体系固化反应的化学及物理特性；二是拉挤材料与模具壁的摩擦性能。

在很多情况下根据树脂反应特性及相关物料性能，将模具设计成三个不同的加热区，即预热区、凝胶区及固化区，三区的温度又是相互协调一致的。

树脂纤维混合材料首先进入预热区、使树脂粘度降低，提高树脂的流动性并使树脂进一步浸润增强材料；然后材料进入凝胶区，树脂开始反应，树脂从粘稠液体变成凝胶状态：最后材料进入固化区使材料充分固化；树脂的反应主要发生在凝胶区。

树脂在较高温度下进行反应至凝胶状态的位置被称为“凝胶点”，在凝胶区内的固化反应的过程为放热反应的过程，反应放热速率最快的点称之为“放热峰”；当树脂固化
为固体时，因固化收缩而压力下降，制品从模具表面脱离下来，
该点称为“脱离点”。

成功的拉挤工艺是使凝胶点、放热峰及
脱离点靠近而且集中在凝胶区，否则可能出现产品力学性能差以
及粘膜等现象。

（四）牵引操作步骤和要领当制品在模具中固化后，就需要一个牵引力将制品从模具中拉出，这种牵引力来自牵引装置。

为了满足拉挤工艺的需求，对牵引装置有如下几个基本要求：在拉挤过程中，牵引装置必须保证连续牵引，如果停止牵引制品，或停机时间过长，就会破坏模具内的热平衡，造成堵模等严重的工艺事故；牵引力、牵引速度可调，因此不同截面不同尺寸及不同材料的制品所需的牵引力的大小也各不相同，而牵引速度则应根据树脂基体化学反应特性、模具温度分布、模具长度等因素调节，牵引速度过慢，树脂在模具内停留时间长，凝胶点和脱离点靠前，会造成脱模困难，反之则会使树脂固化不完全而影响制品的性能；夹持力可调，因为牵引力是靠夹持力产生的摩擦力传递给制品的，因此不同牵引力其夹持力也不同；夹头可随意更换，并在夹持时夹头需设计衬垫，以增强摩擦力，并减少对产品外表面的损伤。

在拉挤工艺中广泛使用的牵引装置有两种。

一种是往复式夹
持牵引装置，它具有两对可以在拉挤方向前后交替运动的牵引装置。

当一对牵引夹紧制品向前运动时，另一对牵引夹松开并向后
移动到起始位置。

两者相互补充，轮流夹紧制品，实现连续的拉
挤过程。

第三节制品的切割及设备工作原理与操作
（一）切割机的开停步骤和操作要领
当产品达到生产所需尺寸时，进行定长切割，切割有两种方式，设备自动切割和手动切割。

对于没有切割系统的设备，可以
采用手工切割，一般使用云石机作为切割工具，切割过程中右手
握住切割机的手柄，左手把住产品与锯片保持一定的距离，注意
安全。

要求产品不能有劈头，尺寸误差不得超过允许范围。

将切
割好的产品整齐码放在指定地点，同时注意保护产品表面。

在产
品上要标明产品名称、数量、批次及生产班次，以便在产品出现问题时，能够通过这些标识有效的发现和处理。

其技术要求:
1．能根据工艺文件在拉挤机控温仪表上设置各区温度，能根据工艺文件设定拉挤机牵引速度、清模时间、清模频率。

2．能根据工艺文件调整搅拌速度与运转时间，能在生产完毕后清洗叶轮。

3．能在切割机使用前进行试运转，检查电器系统、机械传动系统动作是否安全可靠，能将毡卷安装在芯上，能安装和更换切割刀具。

(二)拉挤机结构和操作规程
1.拉挤成型设备由以下部分组成：
(1)增强材料传送系统：如纱架、毡铺展装置、纱孔等。

(2)树脂浸渍区：直槽浸渍法最常用，在整个浸渍过程中，纤维和毡排列应整齐有序。

(3)预成型区域：浸渍过的增强材料依次穿过预成型装置，
以渐变方式行进，逐渐接近制品的最终形状，并挤出多余的树脂，然后再进入模具，成型固化。

(4)模具放置及加热区：根据树脂固化放热曲线及物料与模具的摩擦性能。

将模具分成2 一3 个不同的加热区，其温度由树脂系统的性能确定。

模具是拉挤成型工艺中最关键的部分，典型模具的长度范围在0.5m-1.2m 之间。

(5)牵引区：牵引装置本身可以是一个履带型拉出器或两个往复运动的夹持装置，以便确保连续运动。

(6)切割区：在自动化程度较高的拉挤设备上，该区由一个自动同步移动的切割锯按需要的长度对产品进行切割，考虑到成本原因，大部分的拉挤设备更多的是采用人工进行切割。

（三）搅拌机工作原理及操作搅拌机，又称为分散机，是化工、食品、建筑等行业中的常用机械，其核心部件是转子结构，转子高速旋转所产生的高切线速度和高频机械效应带来强劲的动能，使物料受到强烈的机械剪切、液力剪切、离心挤压、液层磨擦、撞击撕裂和湍流等综合作用，使不相溶的固相、液相瞬间均匀地分散，经过高频的循环往复，最终得到稳定的混合物。

搅拌机在拉挤工艺中主要用来配制胶液，其操作如下：
1. 在使用搅拌机时，首先要对电源插头进行检查，并检查电动机传动装置上护罩是否盖牢。

2．将配料桶放在支撑平台上时，必须调整转子在桶的正中央，并用夹具将配料桶夹紧。

3.在搅拌完毕后，待搅拌完全停止下来后，方可降下支撑平台并把配料桶取下。

（四）切毡机工作原理及操作规程切毡机拉挤生产线主要辅助设备之一，主要用来裁切不同宽度的增强毡材。

切毡机的种类主要有两种，一种是将毡固定在转轴上，开动电机后毡卷随轴转动，在毡层上部，设置有活动下压切割锯条，通过事先测量好的裁毡宽度，固定好锯条位置，控制好锯条下压力度，实现毡卷的切割。

另一种是通过收卷原理设计，在收卷之前设置多个刀片，收卷同时实现多种宽度的裁切，一次可裁切出多个小的毡卷。

在拉挤中使用较多的是第一种切毡方式，这种方式使用比较灵活，适用范围广。

其操作如下：
1.在使用前应空转运行，检查空载时的整体协调性和安全性。

2.将毡卷外部用胶带纸缠上，防止毡卷在切害“过程中散落，然后将毡卷纸筒对准切毡机支撑杆插入，用顶杆顶紧后，一头固定好定位盘；另一头调节膨胀卡头大小，使之与毡卷纸筒内壁卡紧后，启动电源开关
3.根据毡卷的松紧和毡的规格选用不同的转速，表面毡可采用高速,连续毡中速或高速，短切纤维毡低速。

4.按要求切割完毕后，将切割锯片放置在安全位置，并取下切好的毡，做好规格标识，放置在规定区域，以备生产人员选用。

5.关闭切毡设备，并清理现场。

第四节拉挤工艺参数控制及纱架布置拉挤成型工艺，共有8 道工序：纤维的引出、纤维浸渍、预成型、加热、固化、冷却、牵引和切割。

在整个产品的生产过程中，并不是所有的工序都可以设置参数，这取决于操作者所用的设备的自动化程度。

在下表中，列出了在产品生产之前，操作者必须定出的工艺参数，而打三角的参数则是备选的参数。

以上参数可在一定范围内进行调整，这些工艺参数，有些可
以通过拉挤设备直接进行调整，例如模具的温度、牵引的速度
等。

但还有一些工艺参数，例如制品的牵引力、清模时间等，对
于功能简单的设备，则无法直接进行调整，只能在必要的时候，
采取辅助的措施进行调整。

（二）模具温度设置模具温度设定。

拉挤模具一般有三个加热区，它的温度控制与分布是拉挤工艺的关键工艺参数之一，三区温度不仅影响产品的表面质量而且严重影响产品的力学性能。

若预热区温度太高，凝胶点前移，脱离点离模具末端太远，牵引力增加，可能发生局部粘膜，生产中掉沫严重，制品表面粗糙；但预热区温度太低，材料预热不充分，会造成脱模困难，牵引力增大，甚至堵模，工艺失败。

凝胶区的温度也必须控制在适当的范围内，若该区温度太高，而且树脂固化反应时放出的大量热量可能致树脂基体因局部温度过高而裂解，使复合材料性能降低；若凝胶区温度太低，
使树脂在凝胶区的固化反应不够充分，从而导致粘膜，牵引力增加，制品表面质量差。

固化区的温度控制以使树脂在该区充分固化为原则。

温度太低不能使树脂完全固化；温度太高，一是浪费能源，二是可能增大制品的内应力，影响制品的尺寸稳定性以及它的机械性能，甚至可能使使树脂基体裂解而影响制品性能。

（三）纱架与毡架工艺布置
纱架的合理布置，是确保生产顺利进行的重要条件之一。

其做法，应依据产品工艺卡片的要求，从纱架上选取一定数量的纱团，从纱架上的小环里引出，注意不能有缠结、交又等现象，再依次穿过分纱板、压纱夹和预成板。

在穿纱过程中，始终遵循“前后对齐、上下左右平行”的原则，使纱不管在哪一阶段，都应层次分明，没有交叉、缠结的现象。

有些产品要加入毡，依据产品工艺卡片对毡的宽度要求，进行裁剪。

纱束穿过预成型板后，用棉线或细的纤维束将纱集束捆在一起，由操作人员在模具出口用铜丝将其牵引过模具，并
拽至牵引夹具。

用胶带纸每隔一段距离将纱束缠上几圈，缠的过程中要把纱整体拉直，尽量不能出现松紧股，确保牵引夹具将纱束夹紧后，所有纱束能同时传递牵引力。

在实际生产过程中，纱团经常会出现纱结、乱纱等现象，对于这些现象要及时发现及时解决，不能让其进入压纱夹、预成型板，以免造成堵纱、断纱，严重时会使生产中断。

较小的纱结可
以将其解开即可，大的纱结可以将纱结、乱纱剪断，再用棉线结
上或采用编辫子的方式编上。

对于强度要求较为严格的产品，纱
结的存在会严重影响强度，接纱时可以先将其编上，等编的接头
快走到模具入口前时，把编的纱解开，纱头包裹在行进的纱束
里，用镊子夹住，直到接头进入模具。

如不将其展开，被编的那
段纱不易被树脂浸透，会造成局部层间粘接强度下降，同时由于
局部含纱量增加，在工作弯曲受力时会造成局部受力不均，产品
易出现表面起毛、开裂、断裂等现象。

在换毡时，先把接头对齐，采用对接的方式，用针线将前后
毡缝在一起，在接头进入模具时要用镊子将其理顺，以防接头在
入模口处堵塞。

也可等前段毡快进入模具时，将后
段毡的接头夹在前段毡与纱之间，用镊子将接头压住，直至所接毡能自动跟着纱同步向前走。

第五节新产品试制与开发
（一）拉挤工艺国内外发展状况
玻璃钢（FRP拉）挤工业，是从50 年代在美国开始发展起来的，最初只是生产简单的棒材，到了70 年代，拉挤工业才在世界范围内得到了速发展。

我国是从70 年代开始研究拉挤技术，研究单位有北京二五一厂、武汉工业大学等。

国内有不少厂家先后从国外引进了先进的拉挤技术和设备，如北京玻钢院复合材料有限公司从英国Pultrex公司引进8 吨的拉挤设备，用于生产帐篷杆、电工梯等型材；秦皇岛耀华玻璃公司玻璃钢分厂从英国Pultrex 公司引进拉挤设备，生产石油开采抽油杆等产品；中意玻璃钢有限公司从意大利TOp Glass公司引进5 条拉挤生产线，其中有一条是我国首家引进的光缆增强芯拉挤设备，其拉挤速度可达15m/min-35m/min 。

由于拉挤工艺的不断发展，从小截面尺寸、形状简单、对称结构的制品向大型、复杂、非对称结构的拉挤制品发展。

在拉挤制品宽度方面，己能生产1．5m 左右的建筑板材，北京玻钢院就曾利用拉挤工艺研制过幅宽1. 2 米的夹芯板材，用于土木工程项目中使用。

在截面形状方面，由于应用的领域越来越广泛，各种复杂截面的型材己纷纷问世，由此也带来拉挤技术的不断飞跃。

（二）玻璃钢拉挤制品开发和研制现状在以往工艺中，拉挤制品横断面上的材料或结构呈不对称时，固化后势必产生扭曲。

因此，拉挤制品的材料设计原则被认为是制品的横断面里的材料或结构必须对称，但现在这种限制已被先进的拉挤工艺技术打破了。

设计者可根据需要设计不对称的截面结构，也可以采用对称材料进行铺设设计。

工艺设计者可以利用先进的拉挤设备，采用计算机控制方法使拉挤制品保持直线。

一个拉挤新产品的开发，包括产品结构的设计、模具的设计、工艺参数的确定等诸多内容。

大部分的厂家在接到客户的研发任务时，基本上不需要进行产品结构的设计，客户
往往会对己经确定结构的产品进行咨询。

拉挤制造者需要做的只是考虑拉挤工艺是否适合某种产品的生产，并进一步着手模具的设计、制作，最后根据客户提出的性能指标，提出合适的工艺参数的配置方案，再经过在线的反复调整和试验，最终满足客户的要求。

其中模具设计在拉挤成型工艺中非常重要。

这里重点介绍模具设计与工艺参数的制定。

1.模具设计要求模具是拉挤成型技术中的重要工具，成型模具设计基本要求如下：
(1)成型模具的截面面积与产品横截面面积之比一般应大于或等于l0 。

其目的一是保证模具有足够的强度和刚度：二是加热后热量分布均匀和稳定；
(2)拉挤模具的长度与树脂固化速度、模具加热条件及拉挤成型速度有关。

最主要的是保证制品拉出时达到一定的固化程度。

模具长度可以在500-1500mm 之间进行选择。

除了薄壁制品和细小杆件，普通的拉挤制品模具都可以按照800-900mm 长度设计，来达到正常的生产要求。

2.在模具加工过程中，应着重对型腔加工精度作出要求，主要包括以下方面：
(1)合模偏差是影响产品合模线质量的指标，一般要求＜士0. 05mm。

(2)模具内腔粗糙度是直接影响产品外观的重要指标，对于拉挤模具而言，粗糙度要求应在0.2 以上；加工完毕的模具，目测应光亮平整，无明显的划痕、加工痕、黑斑，并手感光滑，棱边无毛刺等。

(3)模腔硬度一般要求大于HRC50这, 一指标直接影响到模具的使用寿命，硬度越高，模具可拉制的产品数量越多，通常拉挤模具应该具备5-8 万米的使用寿命。

(4)型腔直线度要求＜± 0.55mm，该指标必须严格控制，以确保拉挤模具能够顺利拉出制品，直线度精度不够的模具往往出现一种现象：即在正常的工艺参数设置情况下，会出现毫无任何征兆的堵塞模现象。

其原因往往是因为模具出口厚度小于入口厚度，导致产品在模具中固化后，在模具出口附近受到强烈挤压，致使产品表面磨损严重，甚至。