拉擠成型原理及其制造工藝

關(guān)于拉擠成型原理及其制造工藝

拉擠成型工藝特點拉擠是指玻璃纖維粗紗或其織物在外力牽引下,經(jīng)過浸膠、擠壓成型、加熱固化、定長切割，連續(xù)生產(chǎn)玻璃鋼線型制品的一種方法。它不同于其它生產(chǎn)玻璃鋼成型工藝的地方是外力拉拔浸膠玻璃鋼纖維或織物，擠壓通過加熱模具成型、固化形成玻璃鋼線型材,用于生產(chǎn)斷面形狀固定不變的玻璃鋼制品。第2頁,共55頁，2024年2月25日，星期天6.6.1拉擠成型工藝流程玻璃纖維粗紗排布—→浸膠—→預(yù)成型—→拉擠模塑及固化—→牽引—→切割—→—制品→包裝第3頁,共55頁，2024年2月25日，星期天主要成型工序

（1）排紗排紗是將安裝在紗架上的增強(qiáng)材料從紗筒上引出并均勻整齊排布的過程。排紗系統(tǒng)包括如紗架、氈鋪展裝置、纏繞機(jī)或編織機(jī)等。增強(qiáng)材料輸送排紗時，為了排紗平整，一般采用旋轉(zhuǎn)芯軸，纖維從紗筒外壁引出的，這樣可避免扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。如采用纖維從紗筒內(nèi)壁引出的，紗筒固定會使紗發(fā)生扭曲不利于玻璃纖維的整齊排布。

第4頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第5頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第6頁,共55頁，2024年2月25日，星期天（2)樹脂浸漬：是將排布整齊的增強(qiáng)纖維均勻浸漬上已配制好的不飽和樹脂的過程，一般是采用將纖維通過裝有樹脂膠槽時進(jìn)行的。一般分為:直槽浸漬法,滾筒浸漬法，其中以直槽浸漬法最為常用。在整個浸漬過程中，必須保證纖維和氈排列十分整齊。

第7頁,共55頁，2024年2月25日，星期天(3)預(yù)成型預(yù)浸好的增強(qiáng)材料穿過預(yù)成型裝置，以連續(xù)方式運轉(zhuǎn)，以便確保它們的相應(yīng)位置，經(jīng)預(yù)成型裝置將預(yù)浸好的增強(qiáng)材料逐步過度成為型材的形狀同時擠出多余的樹脂，然后進(jìn)入模具，進(jìn)行成型固化。第8頁,共55頁，2024年2月25日，星期天(4)模塑及固化：

成為型材形狀的浸膠增強(qiáng)材料進(jìn)入模具在模具中固化成型。模具的溫度根據(jù)固化工藝過程進(jìn)行設(shè)計。主要根據(jù)樹脂在固化中的放熱曲線及物料與模具的摩擦性能。一般將模具分成三個不同的加熱區(qū)：預(yù)熱區(qū)、凝膠區(qū)和固化區(qū)，以控制固化速度。模塑及固化是拉擠成型工藝中最關(guān)鍵的部分，典型模具的長度范圍在500～1500mm之間。模具出口與牽引機(jī)械之間要有一定的距離。一般采用風(fēng)冷的方式冷卻型材。第9頁,共55頁，2024年2月25日，星期天(5)牽引切割：牽引裝置可以是一個履帶型牽引機(jī)，它將固化型材從模具中拉出來，它一般應(yīng)具有10t以上的拉力。也可以用液壓拉拔機(jī)。第10頁,共55頁，2024年2月25日，星期天6.6.2拉擠成型設(shè)備

①增強(qiáng)材料架；②預(yù)成型導(dǎo)向裝置；③樹脂浸漬裝置；④帶加熱控制的金屬模具；⑤固化爐⑥牽引設(shè)備；⑦切割設(shè)備。第11頁,共55頁，2024年2月25日，星期天(1）送紗裝置

作用

將無捻粗紗從安裝在紗架上的紗筒中引出，通過導(dǎo)紗裝置進(jìn)入浸膠槽浸膠。最簡單的送紗裝置是紗架。紗架結(jié)構(gòu)及大小取決于產(chǎn)品規(guī)格及所用紗團(tuán)的數(shù)量。紗架結(jié)構(gòu)根據(jù)需要可制成整體式或組合式。紗筒在紗架上可以縱向或橫向安裝.需要精確導(dǎo)向時,通常使用孔板導(dǎo)紗器或塑料管導(dǎo)紗器.第12頁,共55頁，2024年2月25日，星期天(2）浸膠裝置

浸膠裝置一般包括導(dǎo)向輥、樹脂槽、壓輥、分紗柵板、擠膠輥等。由紗架引出的玻璃纖維粗紗，在浸膠槽中浸漬樹脂，并通過擠膠輥的加緊來控制樹脂含量。膠槽長度根據(jù)浸膠時間長短和玻璃纖維運行速度而定。膠槽中的膠液應(yīng)連續(xù)不斷地循環(huán)更新，以防止因膠液中溶劑揮發(fā)造成樹脂粘度加大，膠槽一般采用夾層結(jié)構(gòu)，通過調(diào)控夾套中的水溫來保持膠液的溫度。擠膠輥的作用是使樹脂進(jìn)一步浸漬增強(qiáng)材料，同時起到控制含膠量和排氣的作用。分柵板的作用是將浸漬樹脂后的玻璃纖維無捻粗紗分開。確保按設(shè)計的要求合理分布，第13頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第14頁,共55頁，2024年2月25日，星期天(3）預(yù)成型模和成型模

1)預(yù)成型模作用是將浸透了樹脂的增強(qiáng)材料進(jìn)一步均勻并除去多余的樹脂和排除氣泡，使其形狀逐漸形成成型模的進(jìn)口形狀。如拉擠成型管材時，一般使用圓環(huán)狀預(yù)成型模；制造空心型材時，通常使用帶有芯模的預(yù)成型模；生產(chǎn)異型材時，大都使用形狀與型材截面形狀接近的金屬預(yù)成型模具。在預(yù)成型模中，材料被逐漸地成型到所要求的形狀，使增強(qiáng)材料在制品斷面的分布符合設(shè)計要求。

第15頁,共55頁，2024年2月25日，星期天2)成型模具成型模具一般為鋼模，成型的內(nèi)表面應(yīng)加工的十分光滑并鍍鉻以降低表面摩擦力，降低牽引力，延長模具使用壽命，使制品易脫模。

模具長度由固化時間和牽引速度來決定.芯模尾部大約200～300mm處應(yīng)加工成1/200～1/300mm的錐度，以減少脫模時的阻力

成型模具按結(jié)構(gòu)形式可分為：整體成型模組合式成型模兩類第16頁,共55頁，2024年2月25日，星期天整體成型模其成型?？资怯烧w鋼材加工而成，一般適于棒材和管材，模外有加熱裝置。熱成型模前端裝有循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，其目的是形成低溫的預(yù)成型區(qū)，避免樹脂過早固化，影響下步成型。

整體成型模第17頁,共55頁，2024年2月25日，星期天第18頁,共55頁，2024年2月25日，星期天(4）固化爐

在拉擠成型中，處于一定固化度的玻璃鋼型材拉出模具后，再進(jìn)入固化環(huán)境以保證制品充分固化所需的裝置。固化爐溫度要嚴(yán)格控制并與牽引速度相適應(yīng)。固化爐的結(jié)構(gòu)取決于制品形狀及幾何尺寸。設(shè)計時除考慮固化爐結(jié)構(gòu)、加熱方式外，還要便于拉擠操作。根據(jù)工藝要求，爐中溫度分段控制，爐體適當(dāng)保溫，并設(shè)有觀察孔、控溫裝置和排風(fēng)裝置的安裝固定部位等。固化爐的加熱方法通常有電阻加熱或遠(yuǎn)紅外加熱。

第19頁,共55頁，2024年2月25日，星期天（5）牽引裝置

牽引設(shè)備是將固化的型材從成型模具拉出的裝置，它要根據(jù)拉擠制品種類來選擇牽引力的大小和夾緊方式。牽引機(jī)分為液壓機(jī)械式和履帶式兩種。牽引力一般為5O～10OkN。牽引速度通常采用無級調(diào)速，可以根據(jù)制品加工工藝要求而定，通常為0.l～3m/min，若采用快速固化配方，牽引速度可大幅度提高。第20頁,共55頁，2024年2月25日，星期天（6）切割裝置

切割是在連續(xù)生產(chǎn)過程中進(jìn)行的。當(dāng)制品長度達(dá)到要求時，制品端部到達(dá)控制長度的位置（一般采用紅外線控制器），控制器接通切割電機(jī)電路，切割裝置便開始工作。首先是裝有橡皮墊的夾具，將制品抱緊，然后用合金刀具進(jìn)行切割。切割過程由兩種運動完成，即縱向運動和橫向運動?？v向運動是切割裝置跟隨制品同步向前移動。橫向運動是切割刀具的進(jìn)給運動。切割過程中，刀具的磨耗非常嚴(yán)重。第21頁,共55頁，2024年2月25日，星期天6.6.3拉擠工藝用原料

（1）樹脂拉擠成型工藝使用的樹脂主要有不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂等。其中不飽和聚酯樹脂應(yīng)用最多，技術(shù)上也最成熟，大約占總量的90%。一般來講，用于模塑料的不飽和聚酯樹脂都可用于拉擠成型制品。國外已生產(chǎn)出拉擠制品專用的不飽和聚酯樹脂.為獲不同性能，改性酚醛樹脂、多種熱塑性樹脂也已應(yīng)用。第22頁,共55頁，2024年2月25日，星期天典型拉擠用不飽和聚酯樹脂配方

(生產(chǎn)配方)樹脂196100份填料（輕質(zhì)碳酸鈣）5-15份脫模劑（硬脂酸鋅）3～5份固化劑（過氧化物）1-3份低收縮劑（PVC樹脂）5-15份顏料0.1-1份第23頁,共55頁，2024年2月25日，星期天拉擠成型的環(huán)氧樹脂配方

基本配方：環(huán)氧樹脂E-55100份脫模劑（硬脂酸鋅）3～5份固化劑（590#）15～20份增韌劑10～15份稀釋劑適量第24頁,共55頁，2024年2月25日，星期天（2）增強(qiáng)材料

拉擠成型所用的增強(qiáng)材料絕大部分是玻璃纖維，其次是聚酯纖維。碳纖維等高強(qiáng)度纖維主要用于宇航、體育器材等。玻璃纖維中，用得最多的是無捻粗紗。所用玻纖都采用增強(qiáng)型浸潤劑。第25頁,共55頁，2024年2月25日，星期天6.6.4拉擠工藝控制拉擠成型工藝條件的控制對穩(wěn)定生產(chǎn)和制品的質(zhì)量都有很大的影響，控制工藝條件主要包括浸膠時間、樹脂溫度、模腔溫度、模腔壓力、固化速度、固化程度、牽引張力及速度、紗團(tuán)數(shù)量等。

第26頁,共55頁，2024年2月25日，星期天臥式拉擠成型過程示意圖第27頁,共55頁，2024年2月25日，星期天(1)浸膠時間：

浸膠時間是指無捻粗紗及其織物通過浸膠槽所用時間。時間長短應(yīng)以玻璃纖維被浸透為宜，它與膠液的粘度和組分有關(guān)，一般對不飽和聚酯樹脂的浸膠時間控制在15～20s為宜。第28頁,共55頁，2024年2月25日，星期天（2）成型溫度在拉擠成型過程中，浸漬了膠液的玻璃纖維和織物在穿越模具時受熱發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，樹脂由線型液狀的物體逐步變化成為體型的固態(tài)型材。這種變化必須是在進(jìn)入模具開始到進(jìn)入牽引機(jī)之前基本完成的。溫度以及引發(fā)劑等助劑的用量則是最關(guān)鍵的。當(dāng)配方確定后，溫度是拉擠工藝控制的重點。第29頁,共55頁，2024年2月25日，星期天模腔溫度用于拉擠的樹脂體系對溫度都很敏感，模腔溫度的控制應(yīng)十分嚴(yán)格。溫度低，樹脂不能固化；溫度過高，坯料一入模就固化，使成型、牽引困難，嚴(yán)重時會產(chǎn)生廢品甚至損壞設(shè)備。模腔分布溫度應(yīng)兩端高，中間低。第30頁,共55頁，2024年2月25日，星期天模溫控制一般把模具人為地分為三段，即加熱區(qū)、膠凝和固化區(qū)。在模具上使用三組加熱板來加熱，并嚴(yán)格控制溫度。樹脂在加熱過程中，溫度逐漸升高，粘度降低。通過加熱區(qū)后，樹脂體系開始膠凝、固化，這時產(chǎn)品與模具界面處的粘滯阻力增加，壁面上零速度的邊界條件被打破，基本固化的型材以均勻的速度在模具表面摩擦運動，在離開模具后基本固化,型材在烘道中受熱繼續(xù)固化，以保證進(jìn)入牽引機(jī)時有足夠的固化度。第31頁,共55頁，2024年2月25日，星期天浸膠后的玻璃纖維通過模具發(fā)生變化示意圖

第32頁,共55頁，2024年2月25日，星期天模具加熱條件確定模具的加熱條件是根據(jù)樹脂-引發(fā)劑體系來確定的。通用的不飽和聚酯樹脂，一般采用有機(jī)過氧化物為引發(fā)劑，設(shè)定的固化溫度一般要略高于有機(jī)過氧化物分解的臨界溫度。如采用協(xié)同引發(fā)劑體系，在促進(jìn)劑的作用下引發(fā)劑的引發(fā)固化溫度則較低。引發(fā)劑的用量通常是通過不飽和聚酯樹脂固化放熱曲線來確定的，而環(huán)氧樹脂的固化劑用量可以計算出來。第33頁,共55頁，2024年2月25日，星期天模具溫度控制

加熱區(qū)溫度可以較低，膠凝區(qū)與固化區(qū)溫度相似。溫度分布應(yīng)使固化放熱峰出現(xiàn)在模具中部靠后，膠凝固化分界點應(yīng)控制在模具中部。一般三段溫差控制在10-20℃左右，溫度梯度不宜過大。溫度的設(shè)定與配方、牽引速度、模具的尺寸、形式有密切的關(guān)系。第34頁,共55頁，2024年2月25日，星期天模腔壓力模腔壓力是由于樹脂粘性，制品與模腔壁間的摩擦力，材料受熱產(chǎn)生的體積膨脹，以及部分材料受熱氣化產(chǎn)生的。因此，模腔壓力使制品在模腔內(nèi)行為的一個綜合反映參數(shù)。一般模腔壓力在1.7~8.6MPa之間。第35頁,共55頁，2024年2月25日，星期天（3）張力及牽引力

張力是指拉擠過程中玻璃纖維粗紗張緊的力?？墒菇z后的玻璃纖維粗紗不松散。其大小與膠槽中的調(diào)膠輥到模具的入口之間距離有關(guān)，也與拉擠制品的形狀、樹脂含量要求有關(guān)。一般情況下，要根據(jù)具體制品的幾何形狀、尺寸，通過實驗確定。牽引力的變化反映了產(chǎn)品在模具中的反應(yīng)狀態(tài)，它與許多因素，如:纖維含量、制品的幾何形狀與尺寸、脫模劑、模具的溫度、拉擠速度等有關(guān)系。第36頁,共55頁，2024年2月25日，星期天（4）牽引速度牽引速度是平衡固化程度和生產(chǎn)速度的參數(shù)。在保證固化度的前提下應(yīng)盡可能提高牽引速度。第37頁,共55頁，2024年2月25日，星期天工藝控制實際是控制制品的固化條件，是十分重要的。第38頁,共55頁，2024年2月25日，星期天紗團(tuán)數(shù)量根據(jù)加工制品的結(jié)構(gòu)以及要求的性能，確定所用紗團(tuán)的數(shù)量和增強(qiáng)材料的品種以及排布方式。一般的玻璃鋼制品的玻璃纖維和織物的含量在40%-60%，采用合理的增強(qiáng)材料的含量和分布對于成型工藝和制品性能是十分重要的，要根據(jù)拉擠成型的制品要求和工藝條件來確定。

第39頁,共55頁，2024年2月25日，星期天6.6.5拉擠工藝變量的關(guān)系

溫度、牽引速度、牽引力三個重要工藝參數(shù)中，溫度是由樹脂系統(tǒng)的特性來確定的，是拉擠工藝中應(yīng)當(dāng)解決的首要因素。通過樹脂固化體系的DSC曲線的峰值和有關(guān)條件，確定模具加熱的各段溫度值。拉擠速度確定的原則是確定模內(nèi)溫度下的膠凝時間，保證制品在模具中部膠凝、固化，出模具時具有一定的固化程度。牽引力的制約因素較多，如:它與模具溫度關(guān)系很大，并受到纖維含量、制品的幾何形狀與尺寸、膠液配方和拉擠速度的控制。第40頁,共55頁，2024年2月25日，星期天6.6.6樹脂預(yù)熱與制品后固化樹脂進(jìn)入模具前進(jìn)行預(yù)熱對工藝是非常有利。一方面預(yù)熱使樹脂溫度提高，粘度下降，增加了纖維的浸潤效果，另一方面可以降低樹脂固化反應(yīng)溫度，使產(chǎn)品表面優(yōu)良。并且為提高牽引速度創(chuàng)造了條件。在許多樹脂體系中，如環(huán)氧樹脂等都需要預(yù)熱。第41頁,共55頁，2024年2月25日，星期天預(yù)熱的效果

預(yù)熱的效果還表現(xiàn)在使浸膠的纖維束內(nèi)外溫度梯度減小。因為在進(jìn)入模具后，由于樹脂和纖維的導(dǎo)熱系數(shù)都很小,由模具傳遞給產(chǎn)品的熱量從產(chǎn)品表面到產(chǎn)品中心部分溫度呈梯狀分布，產(chǎn)品中心線的溫度低于產(chǎn)品表面的溫度。如果提高拉擠速度，那么制品中心線和表面之間的溫度和固化度的滯后量都會增加。滯后量又會相反地隨著中心固化放熱的增加而減小，最后制品的中心溫度高于表面溫度，造成熱應(yīng)力對制品性能產(chǎn)生影響。要想實現(xiàn)產(chǎn)品內(nèi)外均勻固化，減少熱應(yīng)力，樹脂應(yīng)該預(yù)熱。第42頁,共55頁，2024年2月25日，星期天后固化不飽和聚酯樹脂的固化可以分為三個階段：凝膠階段、定型階段（硬化階段）、熟化階段（完全固化階段）。一般從拉擠生產(chǎn)線下來的玻璃鋼型材是處于硬化階段，還需要將切割好的型材放到恒溫室中繼續(xù)固化一段時間，使型材的強(qiáng)度進(jìn)一步提高?？梢栽?0～100℃恒溫室放置15～30小時。第43頁,共55頁，2024年2月25日，星期天拉擠制品可能出現(xiàn)的外觀缺陷１

鳥巢：一般是由于增強(qiáng)纖維分布不均勻，在模具入口處相互纏繞，導(dǎo)致產(chǎn)品在模具內(nèi)破壞。它產(chǎn)生的原因有:a.纖維斷了；b.纖維懸垂的影響；c.牽引速度過高；d.纖維粘附著的樹脂太多；e.樹脂粘度高；f.模具入口的設(shè)計不合理。第44頁,共55頁，2024年2月25日，星期天拉擠制品可能出現(xiàn)的外觀缺陷２質(zhì)量不穩(wěn)定性：由于未固化的型材在模具內(nèi)粘附力突然增加，導(dǎo)致型材在模具內(nèi)表面拉裂以至型材破壞。原因分析:a.牽引速度過高；b.纖維被拉斷；c.配方問題；d.溫度控制問題。

第45頁,共55頁，2024年2月25日，星期天外觀缺陷３粘模：未固化的型材與模具粘附，使產(chǎn)品拉擠破壞。原因分析:a.纖維量小、填料加入量過多；b.內(nèi)脫模劑效果不好或用量太少；e.固化溫度不合適。表面魚鱗狀：型材表面有魚鱗狀，光潔度差。原因分析:a.型材表面粘度太高，產(chǎn)生爬行蠕動；b.脫離點超前于固化點；c.溫度與牽引速度調(diào)整。第46頁,共55頁，2024年2月25日，星期天外觀缺陷４型材擠壓變形：由于未完全固化，經(jīng)牽引機(jī)擠壓變形。分析其原因:a.速度太快；b.溫度太低；c.模具太短；d.引發(fā)體系不合適。固化不均勻：由于型材的內(nèi)部固化遠(yuǎn)滯后于型材表面固化，而引起產(chǎn)品出現(xiàn)內(nèi)部裂紋。原因分析:a.預(yù)熱溫度低；b.產(chǎn)品太厚