拉挤成型工艺及应用

1、拉挤成型工艺及应用摘 要 ：概 述 拉 挤 成 型 工 艺 及 其 应 用 前 景 ，通 过 对 拉 挤 成 型 工 艺 与 其 它 复 合材料加工工艺的比较，阐 述了拉挤 成型工 艺的特点和这种新 的复合材 料加工工艺在航空、航天、交通、电气、化工和 建筑等领 域的发展潜力。 关键词 ：拉挤成 型 复合材料 热塑性塑料 应 用一、概述和发展历史拉挤成型工艺是将浸渍树脂胶液的连续玻璃纤维束、带或布等，在牵引力的作用下，通 过挤压模具成型、 固化， 连续不断地生产长度不限的玻璃钢型材。 这种工艺最适于生产各种 断面形状的玻璃钢型材，如棒、管、实体型材（工字形、槽形、方形型材）和空腹型材（门 窗型

2、材、叶片等）等。拉挤成型技术是一种以连续纤维及其织物或毡类材料增强型材的工艺方法。基本工艺 过程，增强材料在外力的牵引下，经浸胶、预成型、热模固化、在连续出模下经定长切割或 一定的后加工，得到型材制品。第一个拉挤成型工艺技术专利于 1951 年在美国注册。直到 60 年代，其应用也十分有 限，主要制作实芯的钓鱼杆和电器绝缘材料等。 60 年代中期，由于化学工业对轻质高强、 耐腐蚀和低成本的迫切需要， 促进了拉挤工业的发展， 特别是连续纤维毡的问世， 解决了拉 挤型材横向强度问题。 70 年代起，拉挤制品开始步入结构材料领域，并以每年20%左右的速度增长， 成为美国复合材料工业十分重要的一种成型

3、技术。 从此， 拉挤成型工艺也随之进 入了一个高速发展和广泛应用的阶段。 与此同时， 国内也开始关注起拉挤成型工艺这一新型 技术。随着拉挤产品应用领域的不断拓展，人们对拉挤工艺有了全新的认识，从 80 年代起， 秦皇岛玻璃钢厂、西安绝缘材料厂、 哈尔滨玻璃钢研究所、北京玻璃钢研究设计院，武汉工 业大学先后从英国 PUITREX公司，美国 PTI 公司引进拉挤成型工艺设备。此外河北冀县中意 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 15-35 m/min 。在借鉴和消化国外先进技术的基础上，业内人员不断研

4、究新工艺，开发新产品，从而 有力地推动了国内拉挤成型工业，目前这一技术正在向高速度、大直径、高厚度、 复杂截面 及复合成型的工艺方向发展。拉挤工艺过程1 拉挤工艺拉挤成型工艺是指将浸溃了树脂的连续纤维粗 纱经加热模拉出形成预定截面型材的过 程。在拉挤 成型工艺的发展中，有三种同时发展起来的工艺：(1) 隧道炉拉挤工艺该工艺是把玻纤粗纱或 类似的增强材料牵引穿过树脂浴后，经过整形 套管 除去包藏的空气和多余的树脂达到预定的直径， 然 后牵引穿过隧道炉并悬空连续固化 得到最终产品。(2) 间歜成型拉挤工艺该工艺是把增强纤维 牵引穿过树脂浸溃槽并进入对分式阴模， 在脖 止状 态下由模外加热固化。通常

5、模具的进入端要冷却以 防树脂固化 .当一段增强纤维上的 浸溃树脂完全固 化后 ,打开模具再把下一段牵引到模中。(3) 高频或微波加热拉挤工艺该工艺与上述 两种方法类似 ,但采用高銕或微波加热， 这种方 法树 脂固化速度快，在模内即可固化。由于 70 年代初连续纤维毡的问世解决了拉挤型材的横向强度问题，使拉挤成型工艺获 得高速发展。 现今的拉挤工艺过程增强材料 (玻璃纤维无捻粗纱、 玻璃纤维连续毡及玻璃纤 维表面毡等) 在拉挤设备牵引力的作用下， 在浸胶槽里得到充分浸渍后， 经过一系列预成型 模板的合理导向， 得到初步定型， 最后进入被加热的金属模具， 在一定温度作用下反应固化， 从而得到连续的

6、、表面平滑、尺寸稳定且高强度的复合材料型材。图 1 拉挤成型工艺流程图料、无机填料和内脱模剂等。工艺使用的树脂不同。国外已推出的可2 材料拉挤成型工艺中使用的材料包括树脂、增强材拉挤成型工艺使用的树脂与其它复合材料成型 用于拉挤工艺的树脂如表 1 所示。拉挤成型工艺使用的增强材料有玻璃纤维.石墨纤维、芳纶纤维、 硼纾维和混杂纤维等。国外使用 的增强材料见表 2。在拉挤工艺中适当加入填料可提高树腊基体的 酎热性，降低树腊收缩率，改善拉挤制品表面性能和 降低成本。还可賦予拉挤制品阻燃、耐化学腐蚀或电 绝缘等功能。3 拉挤成型工艺设备实现拉挤工艺的设备主要是拉挤机， 拉挤机一般可分为卧式和立式两类。

7、 卧式拉挤机结 构较为简单， 操作方便， 对生产车间结构没有特殊的要求。 而且各种固化成型方法 （热模法、 高频加热固化、 熔融金属加热固化及薄膜包覆固化等） 都可以在卧式拉挤机上实现， 因此在 拉挤工业中应用的较多。 而立式拉挤机的工作特点， 各工序均沿垂直方向布置， 主要用于制 造空心型材，这是由于在生产空心型材时，芯模仅为一端支承，另一端为自由无支承端，因 此立式拉挤机不会因为芯模悬臂下垂， 而造成制品壁厚不均匀。 但这种拉挤机由于局限性较 大，生产的产品单一，已经很少使用或不再使用。 无论是卧式还是立式拉挤机，它们都主要 由送纱装置、浸渍装置、成型模具与固化装置、牵引装置、切割装置等五

8、部分组成，它们对 应的工艺过程分别是排纱、浸渍、入模、固化、牵引及切割等工序。4 成型工艺条件 拉挤成型工艺必须选择合适的模内温度设置点，设定合适的顸热温度和牵引速度。图 2 为拉挤装 置的加热部分和模具的示意图。图 2 中，拉挤模具分为三个区，在第一区内，树 脂与增强材料的混合物进入预热模具，混合物被加热后， 模腔内液压提高。 在第二区内，树 脂幵始反应， 从粘稠液态固化为凝胶 状，再变为橡胶状材料。 当树脂固化为固态产品时， 体 积收缩使压力下降， 产品从模具表面脱离下来。 在第三区内， 部分固化的复合材料继续固化 完全。1 ； 23-5 672三、拉挤成型工艺特点及应用与发展 拉挤成型工

9、艺具有许多特点：首先体现在自动化程度和原材料利用率较高，生产效率显 著，制品性能优异，尺寸、质量稳定：其次制品表面平滑美观、形状的可设计性非常强；环 境污染较小。 基于拉挤成型工艺的独特性能， 因此可以取代金属、 塑料、 木材、陶瓷等制品， 广泛应用于化工、 石油、 建筑、电力、交通、娱乐、 市政工程等领域。 典型的产品有： 槽钢、 工字钢、各种形状的实芯杆和空芯杆、地铁护罩、基板、抽油杆、格栅、绝缘杆、钓鱼杆、 帐篷杆及电工梯等。拉挤成型工艺作为一种自动化连续生产的复合 材料成型工艺方法， 类似于金属的挤出工 艺，其主要 优点是制造速度快，拉挤成型材料的利用率为95% C手糊成型材料的利用率

10、仅为 75%。用拉挤成型方法制成的拉挤制品具有高强、轻量（钢的 20% ?钔的 60%）、较少或 不需维修、耐化学腐蚀、酎老化、耐紫外线降解、尺寸稳定、表面光滑、易着色、无磁性、 电 磁透过性好、 易于加工、 可机械连接或胶接等特性 拉挤制品与其它成型方法成型制品的 不同之处主要 是 ,可大批量生产；生产率高，成本低 ;制品纤维含鼋 高 .强度和刚度高 ,?制品 可复制性好； 产品为直线型 柱体。拉挤制品在工业发达国家已广泛应用于电气、 建筑、 交 通及航天航空等领域。表 3 为一些工业发达 国家使用拉挤制品的例子。随着拉挤成型工艺的不断发展，人们已能制作m 宽的拉挤型材。近期又相继发展了拉T

11、.d.3挤缠绕组合工艺 （用于制造管形结构产品） 和曲面拉挤工艺 （PuUonniiig ，用于制造汽车板簧、 工具手柄等） 。新近开发的具有大功率、大截面拉挤能力的 Pulmaster 18-36-0 型拉挤机，最 大牵引力为 10 t, 产品截面 积可达 450 mmX 、900 mm 以上。我国哈尔滨玻璃钢研究所 80年代中期就引进了拉挤设备， 并对拉挤设备、 拉挤模具、 拉 挤材料、 拉 挤工艺全方位地开展了较深入的研究， 取得了一定 的成果， 其拉挤成型技术在 国内居领先地位。 现在国 内已先后引进了二十多条拉挤生产线。 对于拉挤成 型，有关专家 指出，目前国内尚存在原材料不配套，

12、大部分靠进口，模具制造技术水平较低，对拉挤工 艺 科学研究不够深入等问题， 今后应紧紧抓住拉挤市 场开发的机遇， 发挥这些先进拉挤设 备的作用，促进 拉挤成型工艺在我国的发展。参考文献（1）Xanthos Mand Dagli SS. Compatilization of Polymer Blends by Reactive Processing. Ploym Eng Sic, 1991, 31 （13）929（2）徐僖 .反应性聚合物挤出加工的研究进展 J.现代塑料加工应用， 1993, 5 （6 :1（3）Way Mouth R. Polyolefin Thermoplastic Elas

13、tomer Blends. MRS Bulletin, 1996, 21 （6） :8（4）王研 .pp 老化形式对结构的影响 J.合成树脂及塑料， 1993,10（2）:42（5）孙建平 .抗氧剂对 PP化学降解及其热稳定性的影响 J.现代塑料加工应用， 1997, 9（6）邵传敏，等 .双螺杆反应挤出尼龙一 6 J.塑料科技， 1997,12（6） 40（7）王士才，等 .反应挤出聚氨酯一聚氯乙烯共混塑料的研究材料导报，1998, 12 （4 ） :56（8）Wvley jet al. A study of Reactive Surfaces for use in Flow injec-t

14、ion immumoassays. J Appl polym Sci, 1989, 37 （14 ） :1141（9）王益龙，等 .反应性挤出粉料 PE接枝 MA 的研究 J.高分子材料科学与工程， 1993, 6（10）王益龙， 等.反应性挤出聚乙烯接枝偶联马来酸酐J.现代塑料加工作用， 1994, 6 （4 :1（11）龙文保 .反应挤出聚乙烯管的应用及评价方法J.现代塑料加工应用， 1996, 23 （1 4112）黄德骏 .交联聚乙烯管的应用及评价方法J.现代塑料加工应用， 1993, （2 ） 4513 ）王益龙 .PE-MA 对聚乙烯 /碳酸钙增容作用的研究 J.高分子材料科学与工程， 1993, 914)何慧 .反应挤出 HDPEPET共混物加工流变性能研究中国塑料，1998, 12 (5 ) :57(15) Schwarts M M. Composite Materials Handbook. Mc- Graw Hill Book Company(16) 孔庆宝 .纤维复合材料， 1993(2) :1(17) Chachad Y R,et aL J Reinforced Plastics and Compos - ites. 1995(5：) 495(18) 蔡金刚 ?纤维复合材料， 1993(4) :1(19) 何东