拉挤树脂及其成型工艺介绍课件

拉挤工艺知识介绍2013年5月31日拉挤工艺知识介绍主要内容一、拉挤成型工艺简介二、拉挤成型工艺的原理及设备三、拉挤树脂的组成与选择四、拉挤成型工艺参数五、常见问题及解决方法主要内容一、拉挤成型工艺简介一、拉挤成型工艺简介拉挤不饱和聚酯树脂基材料成型工艺始于1951年，首先在美国注册并获得专利，20世纪50年代末趋于成熟，60年代以后发展迅速，现在已在日本、欧美等国家和地区得到广泛的应用。国内对拉挤成型工艺及设备的研究始于20世纪70年代，80年代主要以进口国外设备为主，进入90年代，我国拉挤不饱和聚酯树脂基复合材料产业开始迅速发展。（一）发展史一、拉挤成型工艺简介拉挤不饱和聚酯树脂基材料成型工艺始于19一、拉挤成型工艺简介（一）发展史世界各国的拉挤成型工艺正处于高速发展阶段，主要发展趋势为生产各种大型、复杂截面的厚壁制品。发展终点为新型海洋用复合材料和电力传输等结构组件及高层建筑项目领域等。随着先进设备的发展，以前被认为不可想象的工艺，如在线编制拉挤成型、反应注射拉挤成型、曲面拉挤工艺和含填料的拉挤工艺等新型工艺正在不断涌现。一、拉挤成型工艺简介（一）发展史世界各国的拉挤成型工艺正处于耐腐蚀领域主要用于化工设备、水处理设备、酿造设备、耐腐蚀储罐保护架、洗涤器组合构件、水族馆检查走廊、冷却塔支架、抽油杆和海上采油设备等。一、拉挤成型工艺简介（二）拉挤产品的主要应用领域耐腐蚀领域主要用于化工设备、水处理设备、酿造设备、耐腐一、拉挤成型工艺简介（二）拉挤产品的主要应用领域电工领域主要用于高压电缆保护管、电缆架、绝缘梯、绝缘杆、电杆、灯柱、变压器和电机的零部件等。一、拉挤成型工艺简介（二）拉挤产品的主要应用领域电工领域一、拉挤成型工艺简介（二）拉挤产品的主要应用领域建筑领域主要用于门、窗结构用型材、桥梁、栏杆、帐篷支架和天花板吊架等。

一、拉挤成型工艺简介（二）拉挤产品的主要应用领域建筑领域一、拉挤成型工艺简介拉挤桥面板一、拉挤成型工艺简介拉挤桥面板一、拉挤成型工艺简介一、拉挤成型工艺简介一、拉挤成型工艺简介（二）拉挤产品的主要应用领域运输领域主要用于卡车构架、冷藏车厢、汽车簧板、刹车片、行李架、保险杠、船舶甲板和电气火车轨道护板等。体育器材领域主要用于弓箭、鱼竿、帆船用操作杆、冲浪板构件、帆船张力构件、滑雪板、组合式游泳池侧壁板、雪船、平衡棒和高尔夫球杆等。能源开发领域主要用于太阳能收集器和风力发电机叶片支架等。航空航天领域宇宙飞船天线绝缘管和飞船用电机零部件。一、拉挤成型工艺简介（二）拉挤产品的主要应用领域运输领域一、拉挤成型工艺简介（二）拉挤产品的主要应用领域一、拉挤成型工艺简介（二）拉挤产品的主要应用领域一、拉挤成型工艺简介（三）拉挤成型工艺的特点拉挤成型工艺是将浸渍树脂胶液的不饱和聚酯树脂表面毡无捻玻璃纤维纱及其织物在外力牵引作用下通过一定断面形状的加热室使树脂固化而制成的不饱和聚酯树脂基复合材料型材，整个拉挤成型工艺是连续的、不间断的进行。一、拉挤成型工艺简介（三）拉挤成型工艺的特点拉挤成型工艺是将一、拉挤成型工艺简介（三）拉挤成型工艺的特点特点：——自动化程度高，生产效率高；——制品中纤维的含量一般在40-80%，机械强度高；——可以生产截面形状复杂的制品，能与其他材料镶嵌成型；——制品质量稳定，尺寸精准，表面光洁；——原材料利用率高，在95%以上，生产成本低廉，具有市场竞争力。一、拉挤成型工艺简介（三）拉挤成型工艺的特点特点：二、拉挤成型工艺的原理及设备（一）拉挤成型工艺的原理拉挤成型工艺过程上层毡无碱纱下层毡胶液配制浸渍预成型加温固化牵引切割钻孔检验包装喷涂烘烤二、拉挤成型工艺的原理及设备（一）拉挤成型工艺的原理拉挤成型拉挤成型工艺设备原理二、拉挤成型工艺的原理及设备（一）拉挤成型工艺的原理拉挤成型工艺设备原理二、拉挤成型工艺的原理及设备（一）拉挤二、拉挤成型工艺的原理及设备二、拉挤成型工艺的原理及设备拉挤成型工艺包括立式拉挤工艺和卧式拉挤工艺，两种工艺的设备主体基本相同，一般包括：纱架、浸胶槽、模具（包括预成型模和成型模）、牵引设备和切割装置等。送纱装置送纱装置的作用是从纱架上的纱筒中引出无捻粗纱，然后通过导纱装置进入浸胶槽中浸渍树脂胶液。二、拉挤成型工艺的原理及设备（二）拉挤设备拉挤成型工艺包括立式拉挤工艺和卧式拉挤工艺，两种工艺的设备主二、拉挤成型工艺的原理及设备（二）拉挤设备浸胶装置1、浸胶装置包括5个部分：（1）树脂槽：存放树脂胶液（2）导向辊：将纤维无捻粗纱集束引入树脂槽（3）压辊：将纤维无捻粗纱置入树脂胶液中进行浸渍（4）分纱栅板：将浸渍树脂的纤维按铺层设计分开（5）挤胶辊：控制含胶量并排除气泡二、拉挤成型工艺的原理及设备（二）拉挤设备浸胶装置二、拉挤成型工艺的原理及设备（二）拉挤设备浸胶装置2、浸胶过程注意事项（1）浸胶时间是确定浸胶槽长度的依据，一般浸胶时间为15-20秒；（2）浸胶槽的前后要呈一定的角度，防止纤维承受张力过大（3）树脂胶液在胶槽中的停留时间不宜过长，应连续不断地更新，防止树脂胶液变质，影响制品的性能；（4）树脂的粘度不宜太大，以确保胶液对纤维的充分浸润；（5）胶槽中各部件间的连接应便于清洗；（6）胶槽应设有放胶口，以便在停止生产时，放掉胶槽内剩余的树脂胶液。二、拉挤成型工艺的原理及设备（二）拉挤设备浸胶装置二、拉挤成型工艺的原理及设备二、拉挤成型工艺的原理及设备（二）拉挤设备预成型模和成型模1、预成型模的作用（1）使浸渍有树脂胶液的增强材料逐步除去多余的胶液并排除气泡；（2）将纤维无捻粗纱组合在一起，确保它们的相对位置并使其形状渐缩并接近于成型模的截面形状；2、成型模具的作用将来自预成型模具的坯料压实、成型和固化二、拉挤成型工艺的原理及设备（二）拉挤设备预成型模和成型模二、拉挤成型工艺的原理及设备二、拉挤成型工艺的原理及设备（二）拉挤设备预成型模和成型模3、预成型模具的选择（1）拉挤成型棒材时，一般使用管状预成型模具；（2）成型空心型材时，通常使用芯轴预成型模具；（3）生产异型材时，大都使用形状与型材截面形状接近的金属预成型模具。二、拉挤成型工艺的原理及设备（二）拉挤设备预成型模和成型模二、拉挤成型工艺的原理及设备（二）拉挤设备预成型模和成型模4、成型模具的要求（1）模具截面几何形状与型材轮廓相同；（2）模具长度与树脂的种类、模具温度、制品尺寸、拉挤速度、增强材料性质等相关，一般为300-500mm；（3）模具材质可为金属、陶瓷或工程塑料，一般使用钢镀铬成型模具；（4）模具的模腔表面要光洁、耐磨，以减少拉挤成型过程中的摩擦阻力，使制品容易脱模，并提高模具的使用寿命；（5）模具采用电加热方式为好，以便控制温度的分布。二、拉挤成型工艺的原理及设备（二）拉挤设备预成型模和成型模二、拉挤成型工艺的原理及设备（二）拉挤设备牵引装置1、具备夹持和牵引两大功能。2、牵引机分类：（1）履带式：运动平稳、速度变化量小、结构简单，使用于成型有对称面的型材、棒材和管材等；（2）液压式：体积紧凑、惯性小，能在很大的范围内实现无级调速，运动平稳，与电气、压缩空气机等相配合，可实现多种自动化。切割装置分手动和自动切割两大类，自动切割效率高。二、拉挤成型工艺的原理及设备（二）拉挤设备牵引装置三、拉挤树脂的组成与选择（一）拉挤工艺对树脂的要求树脂基体将增强材料粘结在一起，起传递载荷和均衡载荷的作用。树脂基体的性能决定了材料的耐热性、耐化学腐蚀性、阻燃性、耐候性、电绝缘性、生物型和透光性等性能。较低的粘度一般情况下，树脂的粘度低于1.0Pa.s，树脂在使用过程中具有良好的流动性和快速浸渍纤维的性能，且容易消除气泡；树脂适应期长配好的树脂胶液在室温下的适应期应在24小时以上；高的反应活性固化时间短，通过模具环境快速成型；固化收缩小一般保证固化收缩率低于4%三、拉挤树脂的组成与选择（一）拉挤工艺对树脂的要求树脂基体将三、拉挤树脂的组成与选择（一）拉挤工艺对树脂的要求在拉挤成型工艺中应用最多的是不饱和聚酯树脂，其中以邻苯型和间苯型应用最为广泛，间苯型树脂具有良好的力学性能、耐热性和韧性，在使用中应根据不同需求选择相应的不饱和聚酯树脂。三、拉挤树脂的组成与选择（一）拉挤工艺对树脂的要求在拉挤成型三、拉挤树脂的组成与选择（一）拉挤工艺对树脂的要求本公司拉挤树脂的主要种类牌号类型粘度凝胶时间热变型温度弯曲强度拉伸强度P191邻苯型0.35-0.526.0-9.0≥75≥100≥60P191TC邻苯型0.55-0.756.0-9.0≥70≥100≥45P192邻苯型0.36-0.546.0-9.0≥80≥100≥65P195邻苯型0.40-0.606.0-9.0≥90≥75≥45P196间苯型0.36-0.546.0-9.0≥100≥125≥70P107邻苯型0.36-0.546.0-9.0≥70≥100≥70P199间苯型0.40-0.506.0-9.0≥90≥100≥60三、拉挤树脂的组成与选择（一）拉挤工艺对树脂的要求本公司拉挤三、拉挤树脂的组成与选择（一）拉挤工艺对树脂的要求拉挤树脂执行标准《纤维增强塑料用液体不饱和聚酯树脂》GB/T8237-2005《纤维增强塑料机械成型用不饱和聚酯树脂》JC/T1092-2008《HR系列不饱和聚酯树脂》Q/320412HRF002-2010拉挤树脂的主要检测指标外观淡黄色透明粘稠液体酸值中值±2.5粘度中值±20%固体含量中值±2凝胶时间80℃中值±20%后固化时间≤60秒放热峰210-230三、拉挤树脂的组成与选择（一）拉挤工艺对树脂的要求拉挤树脂执三、拉挤树脂的组成与选择（一）拉挤工艺对树脂的要求拉挤树脂的主要检测指标（浇铸体）硬度≥35拉伸强度≥55MPa拉伸模量≥3.0GPa破坏伸长率≥2.0%弯曲强度≥85MPa弯曲模量≥2.8GPa拉挤树脂的主要检测指标（FRP）弯曲强度≥221MPa弯曲模量≥10GPa三、拉挤树脂的组成与选择（一）拉挤工艺对树脂的要求拉挤树脂的三、拉挤树脂的组成与选择（二）拉挤树脂的主要原材料二元醇丙二醇提高聚酯与苯乙烯的相容性，树脂综合性能优异乙二醇分子结构具有对称性，提高树脂的耐水性二乙二醇提高树脂的柔韧性，但耐水性、耐热性相对较差二丙二醇提高树脂的柔韧性新戊二醇提高树脂的耐水性、耐热性和耐腐蚀性甲基丙二醇提高树脂的耐热性和韧性三、拉挤树脂的组成与选择（二）拉挤树脂的主要原材料二元醇三、拉挤树脂的组成与选择（二）拉挤树脂的主要原材料饱和二元酸邻苯二甲酸酐提高聚酯与苯乙烯的相容性，树脂综合性能优异间苯二甲酸提高树脂的耐化学、耐热性和力学性能对苯二甲酸提高树脂的韧性、耐化学、耐油污和耐电性，但树脂透明性差，易结晶四溴苯酐提高树脂的阻燃性能四氢苯酐提高树脂的气干性己二酸提高树脂的韧性丁二酸提高树脂的韧性，但其效果不如己二酸，易结晶氯桥酸提高树脂的阻燃性能三、拉挤树脂的组成与选择（二）拉挤树脂的主要原材料饱和二元酸三、拉挤树脂的组成与选择（二）拉挤树脂的主要原材料不饱和二元酸顺丁烯二酸酐为树脂提供可以参与交联固化的双键，提高树脂的活性反丁烯二酸树脂固化活性优异顺酐，赋予树脂气干性交联单体苯乙烯参与交联固化，使固化后的分子结构呈网络结构，制品具备机械性能甲基苯乙烯参与交联固化，但由于其分子结构的特殊性，分子中双键与不饱和聚酯上双键反应的活性较低，可降低树脂的放热峰三、拉挤树脂的组成与选择（二）拉挤树脂的主要原材料不饱和二元三、拉挤树脂的组成与选择（二）拉挤树脂的主要原材料阻聚剂阻聚剂的作用是使树脂具有一定的贮存期，还可以用来有效控制不饱和聚酯树脂的聚合反应和固化反应，调节树脂体系的工艺性能。对阻聚剂的选择应考虑：与拉挤树脂具有良好的相容性；能有效阻止聚合反应的进行，延长贮存期；来源广泛，价格低廉，毒副作用小等。拉挤用不饱和聚酯树脂常用的阻聚剂主要有：酚类醌类芳香硝基胺类三、拉挤树脂的组成与选择（二）拉挤树脂的主要原材料阻聚剂三、拉挤树脂的组成与选择（三）辅助材料引发剂引发剂是决定拉挤成型工艺固化反应性的主要因素，引发剂的选择和用量对拉挤用树脂的流动性和模压成型周期等有较大的影响。引发剂的选择应考虑：树脂集体能在较低的温度下引发固化；树脂胶液要在室温下存放几小时甚至到几天不发生变质；尽可能选用中等活性的引发剂引发剂可以是1种或1种以上的几种搭配使用。中温引发剂一般常用的有：过氧化苯甲酰过氧化甲酸叔丁酯三、拉挤树脂的组成与选择（三）辅助材料引发剂三、拉挤树脂的组成与选择（三）辅助材料添加性阻燃剂水合化合物氢氧化铝、氢氧化镁；三氧化二锑；硼酸盐；有机氯化物；有机磷化物等；添加型阻燃剂的使用量一般比较高，因此，在使用时一定要考虑树脂的粘度。三、拉挤树脂的组成与选择（三）辅助材料添加性阻燃剂三、拉挤树脂的组成与选择（三）辅助材料脱模剂脱模剂的主要作用是拉挤制品完好无损的与模具分离，以保证拉挤成型的顺利进行。由于拉挤成型工艺的模具是闭合的，因此，在拉挤行业一般都使用内脱模剂。对脱模剂的要求对复合材料的性能影响小与树脂相容性好

常用的内脱模剂有：硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸铝和烷基磷酸等。使用量一般为1%-2%三、拉挤树脂的组成与选择（三）辅助材料脱模剂三、拉挤树脂的组成与选择（三）辅助材料填料填料在拉挤成型工艺中可以改善树脂的工艺性，如树脂的流动性、耐热性等，还可以改善制品的性能，如提高机械强度、硬度、降低体积收缩率等，此外还可以降低成本。填料的使用量可根据树脂的粘度不同而变化，一般为树脂用量的10-15%，粒径在150-300目。一般使用的较多的填料为碳酸钙、滑石粉，还有发泡粘土、膨胀珍珠岩、高岭土、绢云母粉和空心玻璃微珠等三、拉挤树脂的组成与选择（三）辅助材料填料三、拉挤树脂的组成与选择着色剂着色剂分为内着色和外着色两种。内着色是先将颜料糊分散在拉挤树脂中，一般使用量为0.5%-5%外着色的原理与玻璃钢涂料施工工艺相同。（三）辅助材料三、拉挤树脂的组成与选择着色剂（三）辅助材料三、拉挤树脂的组成与选择（三）辅助材料增强材料拉挤成型所用的增强材料绝大部分是玻璃纤维，其次是聚酯纤维。碳纤维等高强度纤维主要用于宇航、体育器材等。玻璃纤维中，用得最多的是无捻粗纱。所用玻纤都采用增强型浸润剂。三、拉挤树脂的组成与选择（三）辅助材料增强材料三、拉挤树脂的组成与选择（四）浆料基本配方拉挤树脂100份填料（轻质碳酸钙）5-15份脱模剂（硬脂酸锌）3-5份固化剂（有机过氧化物）1-3份低收缩剂5-15份颜料0.1-1份三、拉挤树脂的组成与选择（四）浆料基本配方拉挤树脂四、拉挤成型工艺参数拉挤模具分为预热区、凝胶区和固化区。预热区树脂与纤维进一步的浸润，挤出多余的胶液和气泡凝胶区树脂体系开始凝胶并初步固化；固化区树脂进一步的受热固化完全，保证出模时有足够的固化度树脂的加热条件是由树脂胶液固化体系来确定模具温度通常应高于树脂的放热峰温度，但低于树脂的降解温度树脂的凝胶时间决定了成型温度和拉挤速度的匹配性（一）成型温度四、拉挤成型工艺参数拉挤模具分为预热区、凝胶区和固化区。（一四、拉挤成型工艺参数用于拉挤的树脂体系对温度都很敏感，模腔温度的控制应十分严格。温度低，树脂不能固化；温度过高，坯料一入模就固化，使成型、牵引困难，严重时会产生废品甚至损坏设备。模腔分布温度应两端高，中间低。（一）成型温度四、拉挤成型工艺参数用于拉挤的树脂体系对温度都很敏感，模腔温四、拉挤成型工艺参数（一）成型温度模具温度的设定预热区温度相对较低，凝胶区与固化区温度应有一定的梯度应尽量使树脂固化放热峰出现在模具固化区的中部，凝胶点、固化分离点控制在模具各区域的中部，三段温度梯度不应过大拉挤工艺温度梯度制定的设置可以根据实验确定，也可以根据树脂的固化特性来确定。四、拉挤成型工艺参数（一）成型温度模具温度的设定四、拉挤成型工艺参数四、拉挤成型工艺参数四、拉挤成型工艺参数（二）拉挤速度拉挤速度与树脂的固化特性、模具温度分布和模具的长度有关。在确定拉挤速度时，应先根据树脂的固化放热曲线来确定模具的温度，在一定的温度下，树脂的凝胶时间对拉挤速度的影响非常大一般在选择拉挤速度时，应尽量使凝胶、固化分离点在模具中部并尽量靠前，以保证产品在模具的中部凝胶固化拉挤速度过快，可能导致制品固化不良甚至不能固化，影响产品质量，拉挤速度过慢，制品在模具中停留的时间过长，可能导致制品固化过度，影响生产效率。四、拉挤成型工艺参数（二）拉挤速度拉挤速度与树脂的固化特性、四、拉挤成型工艺参数（二）拉挤速度拉挤速度还取决于树脂的种类、制品的壁厚和复杂程度。拉挤成型刚启动时，速度应适当放慢，然后逐步提高到正常拉挤速度一般拉挤制品的拉挤速度为300mm/min。四、拉挤成型工艺参数（二）拉挤速度拉挤速度还取决于树脂的种类四、拉挤成型工艺参数（三）牵引力牵引力的大小是由制品与模具间界面上的摩擦力来确定的，是保证制品顺利脱模的关键。在模具入口处，剪切应力与模具壁附近树脂的粘滞阻力相一致，剪切应力与树脂的粘度、填料的含量以及模具入口温度有关，随着模具温度的升高树脂开始凝胶，剪切应力逐渐下降。随着树脂固化反应的进行，树脂与模具壁面的脱离点剪切力增加，且受拉挤速度的影响很大，拉挤速度越快，脱离点的剪切力则越小。四、拉挤成型工艺参数（三）牵引力牵引力的大小是由制品与模具间四、拉挤成型工艺参数（三）牵引力在模具出口处出现连续的剪切应力，这是由于在固化区域制品与模具壁摩擦而引起的，这个摩擦力较小。要使拉挤制品表面光洁，必须要求制品在脱离点的剪切力减小，并且快速脱模。牵引力的变化反映了制品在模具中的反应状态，与纤维含量、制品的几何形状和尺寸、脱模剂、温度、拉挤速度等诸多因素有关。四、拉挤成型工艺参数（三）牵引力在模具出口处出现连续的剪切应四、拉挤成型工艺参数（四）成型温度、拉挤速度、牵引力的关系树脂体系的固化特性决定了成型温度的高低，为拉挤工艺中需要考虑的首要因素，可根据树脂固化体系的放热峰曲线和相关条件来确定模具各阶段的加热温度。拉挤速度确定的主要原则是在给定模具温度所对应的凝胶时间的前提下，保证制品在模具中部凝胶和固化。牵引力的影响因素较多，如模具的温度和拉挤速度的控制等，拉挤速度的增加直接影响制品在脱离点处牵引力的大小。四、拉挤成型工艺参数（四）成型温度、拉挤速度、牵引力的关系树四、拉挤成型工艺参数（五）小结通过对树脂体系进行放热峰曲线的测试确定的模具各阶段的温度分布是确定其它工艺参数的前提条件。拉挤速度必须与所确定的模具温度相匹配，并且随着模具温度的升高而增加。为了提高生产效率，一般需要尽可能的提高拉挤速度，这样可以降低模内的剪切应力，从而改善制品表面质量。对于壁厚制品，应选择较低的拉挤速度或使用较长的模具，并增加模具温度，是产品能更好的固化，提高制品的性能。脱模剂的好坏直接影响牵引力的大小，为降低牵引力，是产品很好的脱模，必须采用质量较好的脱模剂。四、拉挤成型工艺参数（五）小结通过对树脂体系进行放热峰曲线的五、常见问题及解决方法常见缺陷原因分析解决方法色斑、颜色不均匀、变色1、颜料在树脂中混合不均匀2、颜料耐温性不好，导致分解1、加强搅拌2、更换颜料粉类型制品表面粗糙、无光泽1、模具内表面光洁度不够2、脱模剂的效果不好或使用量不足3、制品表面树脂含量过低4、成型时模腔压力不足1、对模具内表面进行处理2、更换脱模剂或增加脱模剂使用量3、提高树脂含量4、适当的加纱，提高模腔压力表面沟痕、不平1、缺纱或局部纱量过少2、模具粘附制品，划伤制品1、提高纤维含量2、改善脱模效果五、常见问题及解决方法常见