第二章 拉挤工艺

1、拉挤成型工艺拉挤成型于1951年首次在美国注册专利，60年代发展很慢，7080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

2、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

3、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0.61.2m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

4、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6001200mm。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

5、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。

6、三段的温差控制在2030，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

7、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。主要原材料主要原材料 拉挤成型玻璃钢用主要原材料： 树脂基体树脂基体 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

8、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。辅助材料辅助材料 （1 1）引发剂）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

9、分按不同的临界温度搭配使用。（2 2）环氧树脂固化剂）环氧树脂固化剂 常用的有酸酐类、叔胺、咪唑类固化剂。 （3 3）着色剂）着色剂 拉挤中的着色剂一般以颜料糊的形式出现。（4 4）填料）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 5）脱模剂

10、）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。液体状内脱模剂在拉挤工艺

11、上有许多优点： 1、很容易在树脂中分散；2、有清洁模具的作用；3、能保护金属模具使其免受腐蚀；4、在降低拉挤阻力、减少模具损耗的同时提高生产效率；5、能降低树脂混合物的表面张力，降低树脂粘度，改善树脂对增强材料、填料的浸润性，改善树脂的流动性；6、辅助消泡及改进部件的表面质量，使制品表面光洁；7、不影响树脂的固化特性，不改变混合树脂的适用期，不影响制品的物理力学性能，不影响制品的耐候性等。脱模剂使用中注意的问题脱模剂使用中注意的问题 由于大多数液体状内脱模剂都是酸性的，所以在使用中要注意以下问题： 1、在使用对酸敏感的颜料时会导致颜色变化； 2、在使用碱性填料时，如碳酸钙，酸性脱模剂会与之起反

12、应，引起混合料的粘度增加，但不会影响脱模效果； 3、如果填料为氢氧化铝，酸性脱模剂除了会使混合料的粘度增加外，还会在混合料固化过程中放出水份，导致气泡、裂纹等问题。通常，内脱模剂的起始用量为树脂量的1%，有效添加范围是基于树脂重量的0.75-2%。应根据实际情况适当调整。 1、薄壁的简单型材，用量可以适当少些，比如0.8%或更少； 2、厚壁或形状复杂的型材需要多加一些。 3、在高填料体系内，应提高内脱模剂的添加量，但内脱模剂添加量过多，会延迟固化。4、在拉挤生产中，如果阻力过大又找不到原因时，就需要适当增加脱模剂用量。在使用时应注意加料顺序，在混合时应在加入固化剂、填料和其它树脂添加剂之前，将

13、内脱模剂加树脂体系中并混合均匀。这样可以达到最佳的脱模效果。优点优点 1、典型拉挤速度0.5-2m/min，效率高，适于批量生产，制造长尺寸制品； 2、树脂含量可精确控制； 3、由于纤维呈纵向，且体种比可较高(40%-80%)，因而型材轴向结构特性可非常好； 4、主要用无捻粗纱增强，原材料成本低，多种增强材料组合使用，可调节制品力学性能； 5、制品质量稳定，外观平滑。 缺点缺点 1、模具费用较高； 2、一般限于生产恒定横截面的制品。拉挤成型制品应用拉挤成型制品应用 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 1、电气市场、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 2、化工、防腐市场、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 3、消费娱乐市场、消费娱乐市场 这是一个潜力巨大的