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FRP拉挤成型工艺主要工序、原理及常见缺陷原因分析

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-01-01  来源:FRPAPP.COM  浏览次数:2073

 

 

拉挤工艺用原料
    (1)树脂
    拉挤成型工艺使用的树脂主要有不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂等。其中不饱和聚酯树脂应用最多,技术上也最成熟,大约占总量的90%。一般来讲,用于模塑料的不饱和聚酯树脂都可用于拉挤成型制品。国外已生产出拉挤制品专用的不饱和聚酯树脂.为获不同性能,改性酚醛树脂、多种热塑性树脂也已应用。

典型拉挤用不饱和聚酯树脂配方:
  树脂 100份
  填料 5-15份
  脱模剂 3~5份
  固化剂 1- 3份
  低收缩剂 5-15份
  颜料 0.1-1份

拉挤成型的环氧树脂配方
  环氧树脂 100份
  脱模剂 3~5份
  固化剂 15~20份
  增韧剂 10~15份
  稀释剂 适量

    (2)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。

    拉挤工艺控制
    拉挤成型工艺条件的控制对稳定生产和制品的质量都有很大的影响,控制工艺条件主要包括浸胶时间、树脂温度、模腔温度、模腔压力、固化速度、固化程度、牵引张力及速度、纱团数量等。
    (1) 浸胶时间:
    浸胶时间是指无捻粗纱及其织物通过浸胶槽所用时间。时间长短应以玻璃纤维被浸透为宜,它与胶液的粘度和组分有关,一般对不饱和聚酯树脂的浸胶时间控制在15~20s为宜。
    (2)成型温度
    在拉挤成型过程中,浸渍了胶液的玻璃纤维和织物在穿越模具时受热发生交联反应,树脂由线型液状的物体逐步变化成为体型的固态型材。这种变化必须是在进入模具开始到进入牵引机之前基本完成的。温度以及引发剂等助剂的用量则是最关键的。当配方确定后,温度是拉挤工艺控制的重点。
   A模腔温度
    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。
   B模温控制
    一般把模具人为地分为三段,即加热区、胶凝和固化区。在模具上使用三组加热板来加热,并严格控制温度。树脂在加热过程中,温度逐渐升高,粘度降低。通过加热区后,树脂体系开始胶凝、固化,这时产品与模具界面处的粘滞阻力增加,壁面上零速度的边界条件被打破,基本固化的型材以均匀的速度在模具表面摩擦运动,在离开模具后基本固化,型材在烘道中受热继续固化,以保证进入牵引机时有足够的固化度。
   C模具加热条件确定
    模具的加热条件是根据树脂-引发剂体系来确定的。通用的不饱和聚酯树脂,一般采用有机过氧化物为引发剂,设定的固化温度一般要略高于有机过氧化物分解的临界温度。如采用协同引发剂体系,在促进剂的作用下引发剂的引发固化温度则较低。引发剂的用量通常是通过不饱和聚酯树脂固化放热曲线来确定的,而环氧树脂的固化剂用量可以计算出来。
   D模具温度控制
    加热区温度可以较低,胶凝区与固化区温度相似。温度分布应使固化放热峰出现在模具中部靠后,胶凝固化分界点应控制在模具中部。一般三段温差控制在10-20℃左右,温度梯度不宜过大。温度的设定与配方、牵引速度、模具的尺寸、形式有密切的关系。
   E模腔压力
    模腔压力是由于树脂粘性,制品与模腔壁间的摩擦力,材料受热产生的体积膨胀,以及部分材料受热气化产生的。因此,模腔压力使制品在模腔内行为的一个综合反映参数。一般模腔压力在1.7~8.6MPa之间。
   (3)张力及牵引力
    张力是指拉挤过程中玻璃纤维粗纱张紧的力。可使浸胶后的玻璃纤维粗纱不松散。其大小与胶槽中的调胶辊到模具的入口之间距离有关,也与拉挤制品的形状、树脂含量要求有关。一般情况下,要根据具体制品的几何形状、尺寸,通过实验确定。牵引力的变化反映了产品在模具中的反应状态,它与许多因素,如:纤维含量、制品的几何形状与尺寸、脱模剂、模具的温度、拉挤速度等有关系。
   (4)牵引速度
    牵引速度是平衡固化程度和生产速度的参数。在保证固化度的前提下应尽可能提高牵引速度。



    拉挤工艺变量的关系

    温度、牵引速度、牵引力三个重要工艺参数中,温度是由树脂系统的特性来确定的,是拉挤工艺中应当解决的首要因素。通过树脂固化体系的DSC曲线的峰值和有关条件,确定模具加热的各段温度值。
    拉挤速度确定的原则是确定模内温度下的胶凝时间,保证制品在模具中部胶凝、固化,出模具时具有一定的固化程度。
    牵引力的制约因素较多,如:它与模具温度关系很大,并受到纤维含量、制品的几何形状与尺寸、胶液配方和拉挤速度的控制。

    树脂预热与制品后固化
    树脂进入模具前进行预热对工艺是非常有利。一方面预热使树脂温度提高,粘度下降,增加了纤维的浸润效果,另一方面可以降低树脂固化反应温度,使产品表面优良。并且为提高牵引速度创造了条件。在许多树脂体系中,如环氧树脂等都需要预热。
    预热的效果:预热的效果还表现在使浸胶的纤维束内外温度梯度减小。因为在进入模具后,由于树脂和纤维的导热系数都很小,由模具传递给产品的热量从产品表面到产品中心部分温度呈梯状分布,产品中心线的温度低于产品表面的温度。如果提高拉挤速度,那么制品中心线和表面之间的温度和固化度的滞后量都会增加。滞后量又会相反地随着中心固化放热的增加而减小,最后制品的中心温度高于表面温度,造成热应力对制品性能产生影响。要想实现产品内外均匀固化,减少热应力,树脂应该预热。
    后固化:不饱和聚酯树脂的固化可以分为三个阶段:凝胶阶段、定型阶段(硬化阶段)、熟化阶段(完全固化阶段)。
    一般从拉挤生产线下来的玻璃钢型材是处于硬化阶段,还需要将切割好的型材放到恒温室中继续固化一段时间,使型材的强度进一步提高。
可以在50~100℃恒温室放置15~30小时。


 

    拉挤制品可能出现的外观缺陷:
    1、鸟巢:

    一般是由于增强纤维分布不均匀,在模具入口处相互缠绕,导致产品在模具内破坏。它产生的原因有:a.纤维断了;b.纤维悬垂的影响;c.牵引速度过高;d.纤维粘附着的树脂太多;e.树脂粘度高;f.模具入口的设计不合理。
    2、质量不稳定性:

    由于未固化的型材在模具内粘附力突然增加,导致型材在模具内表面拉裂以至型材破坏。原因分析:a.牵引速度过高;b.纤维被拉断;c.配方问题;d.温度控制问题。
    3、 粘模:

    未固化的型材与模具粘附,使产品拉挤破坏。原因分析:a.纤维量小、填料加入量过多;b.内脱模剂效果不好或用量太少;e.固化温度不合适。

    4、表面鱼鳞状:

    型材表面有鱼鳞状,光洁度差。原因分析:a. 型材表面粘度太高,产生爬行蠕动;b.脱离点超前于固化点;c.温度与牵引速度调整。
    5、型材挤压变形:

    由于未完全固化,经牵引机挤压变形。分析其原因: a.速度太快;b.温度太低;c.模具太短;d.引发体系不合适。
    6、固化不均匀:

    由于型材的内部固化远滞后于型材表面固化,而引起产品出现内部裂纹。原因分析:a.预热温度低;b.产品太厚;c.制品结构设计不合理。
    7、制品有沟痕,不平:

    产品的平面部分不平整,局部有沟状痕迹。原因a.纤维含量低,局部的纤维纱过少;b.模具划伤制品。c.制品局部收缩过大。
    8、制品表面露纱:

    含有表面毡,连续毡的产品的表层,常常出现局部发白或露有白纱现象。原因:a.纱和毡浸渍树脂不完全,毡层过厚或的本身性能不好;b.有杂质混入,在毡层间形成气泡;c.产品表面留树脂层过薄d.树脂量过少,浸胶不均匀;e.树脂与纤维不能充分粘结,偶联剂效果不好。
    9、制品表面裂纹:

    制品表面有微小裂纹。原因:a.裂纹只在表层,树脂层过厚产生表层裂纹;b.树脂固化不均引起热应力集中,形成应力开裂,此裂纹较深。c.成型内压力不够;d.纤维含量太少。
    10、型材弯曲、扭曲变形。

    原因分析:a.制品固化不均,产生固化应力,制品出模后在应力作用下变形;b.制品结构设计不合理c.制品里的材料不均匀,导致固化收缩程度不同;d.出模时产品未完全固化,生产线不在一条轴线上,在外来牵引力作用下产生变形。

 

 
 
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