拉挤工艺参数

图9-47 拉挤模具内树脂的速度曲线和不同区域的粘滞力和摩擦力示意图

    图9-47表示了材料穿过模具时的主要特征。尽管增强材料必须以同样的速度穿过模具，但在某些区域内，树脂和纤维有相对流动。图中绘出了模具入口和出口附近区域的树脂速度分布图，在模具入口区，树脂的行为像牛顿流体，壁面速度的边界条件意味着为零。离模具壁面一小段距离处，树脂的流动速度增加到与增强材料相当的水平。在模具内壁表面上，树脂产生粘滞阻力。

    在三段式模具中，人为的把这一连续拉挤过程分为预热区、胶凝区和固化区。在模具上使用3对加热板来加热，并用计算机来控制温度。脱离点是指树脂脱离模具的点。树脂在加热过程中，温度逐渐升高，粘度降低。通过预热区后，树脂体系开始胶凝、固化，这时产品和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，在脱离点处树脂出现速度突变，树脂和增强材料一起以相同的速度均匀移动，在固化区内产品受热继续固化，以保证出模时有足够的固化度。

   模具的加热条件是根据树脂体系来确定的。以聚酯树脂配方为例，首先对树脂体系进行差动扫描式热量计（DSC）动态扫描，得到放热峰曲线。一般来讲，模具温度应大于树脂的放热峰值，温度上限为树脂的降解温度。同时作树脂的胶凝实验，温度、胶凝时间、拉速应当匹配。预热区温度可以较低，胶凝区与固化区温度相似。温度分布应使产品固化放热峰出现在模具中部靠后，胶凝固化分离点应控制在模具中部。一般三段温差控制在20～30℃左右，温度梯度不宜过大。

   以前分析拉挤型材内热能传递和型材固化时都是假定模具温度是已知的。其实一个完整、科学的拉挤工艺模型必须包括型材内的和模具内的热能传递。浸渍树脂的纤维一旦进入模具里，它的热量就从模具壁上向型材内传递，贴近模具的树脂比型材中心的树脂先被加热，产生胶凝；固化后，反应放热会引起中心温度高于模具壁的温度。固化后由于体积收缩，树脂会因收缩而脱离模具壁。在几个假定条件下，对型材内热能传递建立模型，有关学者对此做了深入的研究。因为拉挤模具为金属模，为良导热体，模具的热能在模具的纵向和横向上都会损失。建立模具温度模型有助于我们了解模具温度分布规律。

   加热器的配置对型芯内的温度和模具温度影响很大。一般在某些约定条件下，固化峰的位置随加热器的移动而移动，而加热带与型芯温度峰值处的距离基本不变。这种放热位置的移动是正常的，来自加热器的热通量是有限的，并且在这些条件下，固化是受加热器控制的，当热能传递受“动力学”控制时，受线速度和预热温度的制约，型芯内温度峰值对加热器的位置并不敏感。

在模具周围保温和降低空气的热能传递系数的影响是相同的。当热传递系数降低时，模具后半部分温度升高，整个模具的热量分布更均匀。因为大多数树脂固化发生在靠近加热器的位置，保温对型芯温度的影响较小，当放热峰远离加热带时，模具最好选择保温。

利用模具温度模型对拉挤工艺进行分析，由计算机辅助设计拉挤工艺参数，是当前既合理又简便、高效的设计工具。

   拉挤模具的长度一般为0.6～1.2m由树脂体系的固化放热曲线确定模具温度，该温度还必须充分考虑使产品在模具中部胶凝固脂，也即脱离点在中部并尽量靠前。如果拉挤速度过快、制品固化不良或者不能固化，直接影响到产品质量，产品表层会有稠状、富树脂层；如果拉挤速度过慢，型材在模中停留时间过长，制品固化过度，并且影响降低生产效率。

   一般的实验拉挤速度为300mm/min左右。拉挤工艺开始时，速度应放慢、然后渐提高到正常拉挤速度。一般拉挤速度在300～500mm/min，现代拉挤技术的发展方向之一就是高速化，目前最快的拉挤速度可达15m/min。

   牵引力是保证制品顺利出模的关键，牵引力的大小由产品与模具之间的界面上的剪切应力来确定。通过测量浸渍树脂的增强纤维被牵引穿过模具的一段短距离的牵引力就可测量上述界面上的剪切应力，并绘出其特性曲线。

   图9-48表示了三种不同牵引速度通过模具时平均剪切应力的变化。这些结果虽然不是十分精确，但是作为定性的分析已经足够了。