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拉挤成型

2018-2-1 19:33| 发布者: fiber| 查看: 545| 评论: 0

摘要: 拉挤成型于1951年首次在美国注册专利,60年代发展很慢,70-80年代进入快速发展阶段。我国起步则较晚,直到90年代随着拉挤专用树脂技术的引进生产才进入快速发展时期。目前,引进及国产拉挤生产线已超过200条。我国 ...

拉挤成型于1951年首次在美国注册专利,60年代发展很慢,70-80年代进入快速发展阶段。我国起步则较晚,直到90年代随着拉挤专用树脂技术的引进生产才进入快速发展时期。目前,引进及国产拉挤生产线已超过200条。我国发展拉挤与欧美形式相似:先开发形状简单的棒材,然后随着化工防腐、电力、采矿等行业的发展与需求,开发了型材制品,目前这些技术已经比较成熟。

拉挤工艺是一种连续生产复合材料型材的方法,它是将纱架上的无捻玻璃纤维粗纱和其他连续增强材料、聚脂表面毡等进行树脂浸渍,然后通过保持一定截面形状的成型模具,并使其在模内固化成型后连续出模,由此形成拉挤制品的一种自动化生产工艺。

利用拉挤工艺生产的产品其拉伸强度高于普通钢材。表面的富树脂层又使其具有良好的防腐性,故在具有腐蚀性的环境的工程中是取代钢材的最佳产品,广泛应用于交通运输、电工、电气、电气绝缘、化工、矿山、海洋、船艇、腐蚀性环境及生活、民用各个领域。

拉挤成型工艺流程

拉挤成型工艺形式很多,分类方法也很多。如间歇式和连续式,立式和卧式,湿法和干法,履带式牵引和夹持式牵引,模内固化和模内凝胶模外固化,加热方式有电加热、红外加热、高频加热、微波加热或组合式加热等。

拉挤成型典型工艺流程为:

玻璃纤维粗纱排布——浸胶——预成型——挤压模塑及固化——牵引——切割——制品

 

拉挤成型设备组成

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:直槽浸渍法最常用,在整个浸渍过程中,纤维和毡排列应十分整齐。

3、预成型:浸渍过的增强材料穿过预成型装置,以连续方式谨慎地传递,以便确保它们的相对位置,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,进行成型固化。

4、模具:模具是在系统确定的条件下进行设计的。根据树脂固化放热曲线及物料与模具的摩擦性能,将模具分成三个不同的加热区,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0.6~1.2m之间。

5、牵引装置: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、切割装置:型材由一个自动同步移动的切割锯按需要的长度切割。

成型模具的作用是实现坯料的压实、成型和固化。模具截面尺寸应考虑树脂的成型收缩率。模具长度与固化速度、模具温度、制品尺寸、拉挤速度、增强材料性质等有关,一般为600~1200mm。模腔光洁度要高以减少摩擦力,延长使用寿命,易于脱模。通常用电加热,对高性能复合材料采用微波加热。模具人口处需有冷却装置,以防胶液过早固化。浸胶工序主要掌握胶液相对密度(黏度)和浸渍时间。其要求和影响因素与预浸料相同。

固化成型工序主要掌握成型温度、模具温度分布、物料通过模具的时间(拉挤速度),这是拉挤成型工艺的关键工序。在拉挤成型过程中,预浸料穿过模具时产生一系列物理的、化学的和物理化学的复杂变化,迄今仍不很清楚。大体上讲按照预浸料通过模具时的状态,可把模具分成三个区域。增强材料以等速穿过模具,而树脂则不同。在模具入口处树脂的行为近似牛顿流体,树脂与模具内壁表面处的黏滞阻力减缓了树脂的前进速度,并随离模具内表面距离的增加,逐渐恢复到与纤维相当的水平。

预浸料在前进过程中,树脂受热发生交联反应,黏度降低,黏滞阻力增加,并开始凝胶,进入凝胶区。逐渐变硬,收缩并与模具脱离。树脂与纤维一起以相同的速度均匀向前移动。在固化区受热继续固化,并保证出模时达到规定的固化度。固化温度通常大于胶液放热峰的峰值,并使温度、凝胶时间和牵引速度相匹配。预热区温度应较低,温度分布的控制应使固化放热峰出现在模具中部靠后些,脱离点控制在模具中部。三段的温差控制在20~30℃,温度梯度不宜过大。还应考虑固化反应放热的影响。通常三个区域分别用三对加热系统来控温。

牵引力是保证制品顺利出模的关键。牵引力的大小取决于产品与模具间的界面剪应力。剪应力随牵引速度的增加而降低,并在模具的入口处、中部和出口处出现三个峰值。人口处的峰值是由该处树脂的黏滞阻力产生的。其大小取决于树脂黏性流体的性质、入口处温度及填料含量。在模具内树脂黏度随温度升高而降低,剪应力下降。随着固化反应的进行,黏度及剪应力增加。第二个峰值与脱离点相对应,并随牵引速度的增加,大幅度降低。第三个峰值在出口处,是制品固化后与模具内壁摩擦而产生的,其值较小。牵引力在工艺控制中很重要。要使制品表面光洁,则要求脱离点处的剪应力(第二个峰值)小,并且尽早脱离模具。牵引力的变化反应了制品在模具中的反应状态,并与纤维含量、制品形状和尺寸、脱模剂、温度、牵引速度等有关。

 

主要原材料

拉挤成型玻璃钢用主要原材料:

树脂基体

拉挤成型玻璃钢主要采用不饱和聚酯树脂和乙烯基酯树脂,其他树脂也用酚醛树脂、环氧树脂、甲基丙烯酸等树脂。近年来由于酚醛树脂具有防火性等优点,现在国外已开发出适合拉挤成型玻璃钢用的酚醛树脂,称第二代酚醛树脂,已推广使用。除热固性树脂外,根据需要也选用热塑性树脂。

纤维增强材料

拉挤成型玻璃钢所用的纤维增强材料,主要是E玻璃纤维无捻粗纱居多,根据制品需要也可选用C玻璃纤维、S玻璃纤维、T玻璃纤维、AR玻璃纤维等。此外,为了特殊用途制品的需要也可选用碳纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、维尼纶等合成纤维。为了提高中空制品的横向强度,还可采用连续纤维毡、布、带等作为增强材料。

辅助材料

(1)引发剂

引发剂的特性通常用活性氧含量、临界温度、半衰期来表示。

目前常用的引发剂有:

MEKP(过氧化甲乙酮)

TBPB(过氧化苯甲酸叔丁酯)

BPO(过氧化苯甲酰)

Lm-P(拉挤专用固化剂)

TBPO(过氧化异辛酸叔丁酯)

BPPD(过氧化二碳酸二苯氧乙基酯)

P-16[过氧化二碳酸双(4—叔丁基环已酯]

实际应用中很少有用单组分的,通常都是双组分或三组分按不同的临界温度搭配使用。

(2)环氧树脂固化剂

常用的有酸酐类、叔胺、咪唑类固化剂。

(3)着色剂

拉挤中的着色剂一般以颜料糊的形式出现。

(4)填料

填料可以降低制品的收缩率,提高制品的尺寸稳定性、表面光洁度、平滑性以及平光性或无光性等;有效的调节树脂粘度;可满足不同性能要求,提高耐磨性、改善导电性及导热性等,大多数填料能提高材料冲击强度及压缩强度,但不能提高拉伸强度;可提高颜料的着色效果;某些填料具有极好的光稳定性和耐化学腐蚀性;可降低成本。选择填料的粒度最好要有个梯度,以达到最佳,的使用效果。现在也有对填料进行表面处理来加大用量。

(5)脱模剂

脱模剂具有极低的表面自由能,能均匀浸湿模具表面,达到脱模效果。优良的脱模效果是保证拉挤成型工艺顺利进行的主要条件。

早期的拉挤成型工艺是用外脱模剂,常用的有硅油等。但用量很大且制品表面质量不理想,现已采用内脱模剂。

内脱模剂是将其直接加入到树脂中,在一定加工温度条件下,从树脂基体渗出扩散到固化制品表面,在模具和制品之间形成一层隔离膜,起到脱模作用。

内脱模剂一般有磷酸酯、卵磷酸、硬脂酸盐类、三乙醇胺油等。其中以硬脂酸锌的脱模效果较好。在拉挤生产中,人们通常更愿意使用在常温下为液体状的内脱模剂。目前市售的内脱模剂多为伯胺、仲胺和有机磷酸酯与酯肪酸的共聚体的混合物。

 

拉挤成型制品应用

拉挤成型制品包括各种杆棒、平板、空心管及型材,应用范围非常广泛,包括以下几个方面:

1、电气市场

这是拉挤玻璃钢应用最早的个市场,目前成功开发应用的产品有:电缆桥架、梯架、支架、绝缘梯、变压器隔离棒、电机槽楔、路灯柱、电铁第三轨护板、光纤电缆芯材等。在这个市场中还有许多值得我们进一步开发的产品。

2、化工、防腐市场

化工防腐是拉挤玻璃钢的一大用户,成功应用的有:玻璃钢抽油杆、冷却塔支架、海上采油设备平台、行走格栅、楼梯扶手及支架、各种化学腐蚀环境下的结构支架、水处理厂盖板等。

3、消费娱乐市场

这是一个潜力巨大的市场,目前开发应用的有:钓鱼竿、帐篷杆、雨伞骨架、旗杆、工具手柄、灯柱、栏杆、扶手、楼梯、无线电天线、游艇码头、园林工具及附件。

4、建筑市场

在建筑市场拉挤玻璃钢己渗入传统材料的市场,如:门窗、混凝土模板、脚手架、楼梯扶手、房屋隔间墙板、筋材、装饰材料等。值得注意的是筋材和装饰材料将有很大的上升空间。

5、道路交通市场

成功应用的有:高速公路两侧隔离栏、道路标志牌、人行天桥、隔音壁、冷藏车构件等。

 

拉挤成型技术团队

1.           哈尔滨玻璃钢研究院

哈尔滨玻璃钢研究院作为国内最早从事拉挤技术研究的科研生产单位,经过多年的研究和发展,现已拥有自主的拉挤核心技术,我院在该领域处于领先水平,并形成了一套完整的工艺体系,其产品远销国外。现已建立了一支完善的阶梯式生产、研发团队,在高性能拉挤产品制造技术、不等壁厚异性拉挤型材制造技术、大尺寸薄壁拉挤型材制造技术以及耐高压绝缘子芯棒制造技术等方面处于国内领先地位。

其中研制的碳纤维加强芯具有重量轻、拉伸强度大的特点,试运行状况良好。研制的大型伸展机构复合材料杆件具有优良的力学性能和良好的耐空间环境性能。地铁保护罩系列产品属于大尺寸薄壁制品,成型难度大,具有耐腐蚀、阻燃(等级达到B1级)等特性,现已成功应用于北京、广州地铁工程中,并出口至伊朗。研制的耐高压绝缘子芯棒长期使用电压达500KV,并在全国多个省份挂网运行。

2. 北京玻钢院复合材料有限公司

是中国复合材料工业协会副会长单位、中国硅酸盐学会玻璃钢学会理事长单位;国家纤维增强模塑料工程技术研究中心、国家玻璃钢制品质量监督检验中心、全国纤维增强塑料标准化技术委员会、特种纤维复合材料国家重点试验室 、国家玻璃钢行业职业技能鉴定站等行业组织的挂靠单位,负责编辑出版《玻璃钢/复合材料》学术期刊。

3.北京化工大学杨小平团队

先进复合材料是以高性能纤维(包括碳纤维、芳纶纤维、PBO纤维等)为增强体的树脂基复合材料,采用先进的缠绕、预浸、拉挤等成型工艺,研究高性能复合材料的结构、工艺和性能的关系,其目标是建立国内领先的先进复合材料的研究平台,实现先进复合材料在航天、航空、基础工业等领域的实际应用。

研究方向包括:高性能纤维增强树脂基复合材料碳纤维拉挤复合材料的制造及连续抽油杆的工业应用碳纤维缠绕复合材料的树脂基体及发动机壳体应用高强高韧的环氧树脂基体及碳纤维预浸复合材料高性能纤维的表面处理及表征树脂基复合材料的湿热老化环境失效分析高性能树脂的合成、改性及固化反应机理PAN原丝及其预氧化炭化过程表征测试等

1.碳纤维拉挤复合材料连续抽油杆

2.北京欧亚瑞康新材料科技有限公司致力于发展新型口腔材料,是国家级高新技术企业。公司生产地址位于风景秀丽的昌平区阳坊镇,销售总部位于中关村科技园朝阳区北京创业大厦。2008年成立至今,公司已形成完善的现代化质量管理体系,拥有先进的生产检测设备和专业的研发团队,成为中国生物医用材料产业技术创新联盟会员。公司与北京大学口腔医学院,清华大学,北京化工大学等科研院所和临床医院展开长期合作,承担并成功转化国家“863”项目,国家科技支撑项目等多项技术成果。公司生产的纤维桩系列产品广受国内外市场的欢迎。一体化纤维桩,光固化高强度纤维,光固化复合树脂等新产品也将陆续投放市场。



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