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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

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