關于玻璃鋼拉擠工藝、原材料及應用領域的解析
時間:2022-06-07 13:56:16 瀏覽量:
拉擠工藝是一種連續生產玻璃纖維復合材料型材的方法,它是將紗架上的無捻玻璃纖維粗紗和其他連續增強材料、聚脂表面氈等進行樹脂浸漬,然后通過保持一定截面形狀的成型模具,并使其在模內固化成型后連續出模,由此形成拉擠制品的一種自動化生產工藝。
利用拉擠工藝生產的玻璃鋼產品其拉伸強度高于普通鋼材。表面的富樹脂層又使其具有良好的防腐性,故在具有腐蝕性的環境的工程中是取代鋼材的理想產品,廣泛應用于交通運輸、電工、電氣、電氣絕緣、化工、礦山、海洋、船艇、腐蝕性環境及生活、民用各個領域。
拉擠成型工藝形式很多,分類方法也很多。如間歇式和連續式,立式和臥式,濕法和干法,履帶式牽引和夾持式牽引,模內固化和模內凝膠模外固化,加熱方式有電加熱、紅外加熱、高頻加熱、微波加熱或組合式加熱等。
拉擠成型典型工藝流程為:
玻璃纖維粗紗排布——浸膠——預成型——擠壓模塑及固化——牽引——切割——制品
拉擠成型設備組成
1、增強材料傳送系統:如紗架、氈鋪展裝置、紗孔等。
2、樹脂浸漬:直槽浸漬法最常用,在整個浸漬過程中,纖維和氈排列應十分整齊。
3、預成型:浸漬過的增強材料穿過預成型裝置,以連續方式謹慎地傳遞,以便確保它們的相對位置,逐漸接近制品的最終形狀,并擠出多余的樹脂,然后再進入模具,進行成型固化。
4、模具:模具是在系統確定的條件下進行設計的。根據樹脂固化放熱曲線及物料與模具的摩擦性能,將模具分成三個不同的加熱區,其溫度由樹脂系統的性能確定。模具是拉擠成型工藝中最關鍵的部分,典型模具的長度范圍在0.6~1.2m之間。
5、牽引裝置:牽引裝置本身可以是一個履帶型拉出器或兩個往復運動的夾持裝置,以便確保連續運動。
6、切割裝置:型材由一個自動同步移動的切割鋸按需要的長度切割。
成型模具的作用是實現坯料的壓實、成型和固化。模具截面尺寸應考慮樹脂的成型收縮率。模具長度與固化速度、模具溫度、制品尺寸、拉擠速度、增強材料性質等有關,一般為600~1200mm。
模腔光潔度要高以減少摩擦力,延長使用壽命,易于脫模。通常用電加熱,對高性能復合材料采用微波加熱。模具入口處需有冷卻裝置,以防膠液過早固化。浸膠工序主要掌握膠液相對密度(黏度)和浸漬時間。其要求和影響因素與預浸料相同。
固化成型工序主要掌握成型溫度、模具溫度分布、物料通過模具的時間(拉擠速度),這是拉擠成型工藝的關鍵工序。在拉擠成型過程中,預浸料穿過模具時產生一系列物理的、化學的和物理化學的復雜變化,迄今仍不很清楚。
大體上講按照預浸料通過模具時的狀態,可把模具分成三個區域。增強材料以等速穿過模具,而樹脂則不同。在模具入口處樹脂的行為近似牛頓流體,樹脂與模具內壁表面處的黏滯阻力減緩了樹脂的前進速度,并隨離模具內表面距離的增加,逐漸恢復到與纖維相當的水平。
預浸料在前進過程中,樹脂受熱發生交聯反應,黏度降低,黏滯阻力增加,并開始凝膠,進入凝膠區。
逐漸變硬,收縮并與模具脫離。樹脂與纖維一起以相同的速度均勻向前移動。在固化區受熱繼續固化,并保證出模時達到規定的固化度。固化溫度通常大于膠液放熱峰的峰值,并使溫度、凝膠時間和牽引速度相匹配。預熱區溫度應較低,溫度分布的控制應使固化放熱峰出現在模具中部靠后些,脫離點控制在模具中部。
三段的溫差控制在20~30℃,溫度梯度不宜過大。還應考慮固化反應放熱的影響。通常三個區域分別用三對加熱系統來控溫。
牽引力是保證制品順利出模的關鍵。牽引力的大小取決于產品與模具間的界面剪應力。剪應力隨牽引速度的增加而降低,并在模具的入口處、中部和出口處出現三個峰值。
入口處的峰值是由該處樹脂的黏滯阻力產生的。其大小取決于樹脂黏性流體的性質、入口處溫度及填料含量。在模具內樹脂黏度隨溫度升高而降低,剪應力下降。隨著固化反應的進行,黏度及剪應力增加。第二個峰值與脫離點相對應,并隨牽引速度的增加,大幅度降低。第三個峰值在出口處,是制品固化后與模具內壁摩擦而產生的,其值較小。
牽引力在工藝控制中很重要。要使制品表面光潔,則要求脫離點處的剪應力(第二個峰值)小,并且盡早脫離模具。牽引力的變化反應了制品在模具中的反應狀態,并與纖維含量、制品形狀和尺寸、脫模劑、溫度、牽引速度等有關。
拉擠成型玻璃鋼用主要原材料
樹脂基體
拉擠成型玻璃鋼主要采用不飽和聚酯樹脂和乙烯基酯樹脂,其他樹脂也用酚醛樹脂、環氧樹脂、甲基丙烯酸等樹脂。近年來由于酚醛樹脂具有防火性等優點,現在國外已開發出適合拉擠成型玻璃鋼用的酚醛樹脂,稱第二代酚醛樹脂,已推廣使用。除熱固性樹脂外,根據需要也選用熱塑性樹脂。
纖維增強材料
拉擠成型玻璃鋼所用的纖維增強材料,主要是E玻璃纖維無捻粗紗居多,根據制品需要也可選用C玻璃纖維、S玻璃纖維、T玻璃纖維、AR玻璃纖維等。此外,為了特殊用途制品的需要也可選用碳纖維、芳綸纖維、聚酯纖維、維尼綸等合成纖維。為了提高中空制品的橫向強度,還可采用連續纖維氈、布、帶等作為增強材料。
輔助材料
(1)引發劑
引發劑的特性通常用活性氧含量、臨界溫度、半衰期來表示。
目前常用的引發劑有:
MEKP(過氧化甲乙酮)
TBPB(過氧化苯甲酸叔丁酯)
BPO(過氧化苯甲酰)
Lm-P(拉擠專用固化劑)
TBPO(過氧化異辛酸叔丁酯)
BPPD(過氧化二碳酸二苯氧乙基酯)
P-16[過氧化二碳酸雙(4—叔丁基環已酯]
實際應用中很少有用單組分的,通常都是雙組分或三組分按不同的臨界溫度搭配使用。
(2)環氧樹脂固化劑
常用的有酸酐類、叔胺、咪唑類固化劑。
(3)著色劑
拉擠中的著色劑一般以顏料糊的形式出現。
(4)填料
填料可以降低制品的收縮率,提高制品的尺寸穩定性、表面光潔度、平滑性以及平光性或無光性等;有效的調節樹脂粘度;可滿足不同性能要求,提高耐磨性、改善導電性及導熱性等,大多數填料能提高材料沖擊強度及壓縮強度,但不能提高拉伸強度;可提高顏料的著色效果;某些填料具有極好的光穩定性和耐化學腐蝕性;可降低成本。
選擇填料的粒度最好要有個梯度,以達到最佳的使用效果。現在也有對填料進行表面處理來加大用量。
(5)脫模劑
脫模劑具有極低的表面自由能,能均勻浸濕模具表面,達到脫模效果。優良的脫模效果是保證拉擠成型工藝順利進行的主要條件。
早期的拉擠成型工藝是用外脫模劑,常用的有硅油等。但用量很大且制品表面質量不理想,現已采用內脫模劑。
內脫模劑是將其直接加入到樹脂中,在一定加工溫度條件下,從樹脂基體滲出擴散到固化制品表面,在模具和制品之間形成一層隔離膜,起到脫模作用。
內脫模劑一般有磷酸酯、卵磷酸、硬脂酸鹽類、三乙醇胺油等。其中以硬脂酸鋅的脫模效果較好。在拉擠生產中,人們通常更愿意使用在常溫下為液體狀的內脫模劑。目前市售的內脫模劑多為伯胺、仲胺和有機磷酸酯與酯肪