dt!_复合材料制备技术讲义(9)-拉挤成型实例

复合材料的挤出成型摘要：简单的回顾了挤出成型的机械设备，成型基本工艺，并以木塑复合材料和聚丙烯／纳米复合材料为例，介绍了复合材料的挤出工艺及挤出不同复合材料的不同之处。

关键词：挤出成型木塑材料超声混合1.序言挤出成型是使高聚物的熔体（或黏性流体）在挤出机的螺杆或柱塞的挤压作用下通过一定形状的口模而连续成型，所得的制品为具有恒定断面形状的连续型材。

挤出成型，尤其在塑料制品的成型加工中运用广泛。

采用挤出成型，可以制备塑料管材，板材，片材，棒材，薄膜，以及塑料的共混改性。

其技术较为成熟，应用广泛，在日常生活中发挥了非常大的作用。

并且，随着技术的进步，挤出成型制品的种类不断增长，新的工艺也展露头角，这一经典的成型技术正呈现出光明的发展前景。

如今，复合材料正欣欣向荣的发展，挤出成型用之于复合材料也必是一大发展的热点。

2.基础理论和基础知识2.1挤出成型的设备成型加工中，其设备包括了挤出机，机头口模以及冷却定型，牵引，切割，卷曲等附属设备。

而其中，最为重要的当然是挤出机。

挤出机大致分为螺杆式挤出机以及柱塞式挤出机。

其中，柱塞式挤出机由于生产非连续，且对物料的混合分散作用较差，所以生产上使用并不多。

而螺杆式挤出机，则由于能较好的给予物料剪切力，塑化能力高，而得到了广泛的运用。

对于螺杆挤出机，又可以细分为单螺杆挤出机，双螺杆挤出机以及多螺杆挤出机。

其中单螺杆挤出机设计简单，制造容易，价格便宜，通常都能有效的完成成型任务而得到广泛的应用。

双螺杆挤出机混炼效果更佳，能用于粉料的加工；而行星挤出机和四螺杆挤出机则大幅度增加了螺杆对物料的捏合，挤压和剪切，生产效率极高。

不过综合其性能和价格，大多情况下是使用单螺杆挤出机。

2.2挤出机基本结构和作用螺杆式挤出机包括以下几个部分：加料装置，料筒，螺杆，机头和口模，其中螺杆是挤出机的核心。

2.2.1螺杆的结构和几何参数螺杆是一根笔直的有螺纹的金属圆棒，其表面光洁，并具有很高的硬度。

展-囝1为现今的拉挤成型工艺流程示意图。

拉挤成型工艺及应用黄克均张建伟.济南250031)内容提要概述拉挤成型工艺及其应用前景，通过对拉挤成«工艺与其它复合材料加工工艺的 比较，阐述了拉挤戋型工艺的特点和这种新的复合材料加工工艺在航空、躭天、交通、电气、化工和建 筑等领域的发展潜力。

关键词拉挤成5复合杈枰树脂材料工艺应明1前言拉挤成型工艺是复合材料的主要成型工艺方法 之一。

用拉挤成型工艺可以全自动地生产不变截面 的棒、板,如c 型槽(板）、丨型梁、圆柱棒、j 型棒等。

最初的拉挤制品是钓鱼竿和电机檜楔等。

自70年代 以来，拉挤成型工艺不断完善,拉挤成型制品应用范 围已遍及航天，航空、交通、建筑、化工和电气等各个 领域，甚至用来制造桥梁结构架、汽车和轮船传动轴 等主承力结90年代初拉挤制品的世界年产量 为复合材料总年产量的3%〜5%,达9万〜15万t, 其中美国占一半左右。

拉挤制品的年增长率达到 10%〜15%,是复合材料制品中增长最快的- 种[卜2拉挤工艺过程21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1一纱团架>2纤维控制系统,3树脂浸溃槽；4 加热的模具,5牵引机,6切割锯 图1拉挤成型工艺流程图 通常拉挤过程包括纤维粗纱自纱团架经纤维控 制系统向前牵引，在浸溃槽中用适宜的浸溃树脂浸 润并整理，将合在一起的浸溃过树脂的纤维束穿过 成型模.使已成型的浸溃了树脂的预浸件穿过拉挤模等过程22材料拉挤成型工艺中使用的材料包括树脂、增强材料、无机填料和内脱模剂等[14〕。

拉挤成型工艺
拉挤成型工艺是指将目标材料拉伸并利用外力，在一定温度下让其外形、截面等特性发生变化，从而达到不同功能需求的一种成形工艺。

一、拉挤成型工艺的概述
1. 介绍
拉挤成型是针对金属、塑料等可加工的材料，利用机械加工手段，使材料在一定温度下拉伸、压缩，在外形、截面、特性上发生变化，改变材料原来的形状而达到指定目的的金属加工工艺。

2. 工艺特点
拉挤成型工艺是金属外形调整中最重要也是最基础的成形工艺之一，它具有生产效率高、工序简便、节约成本、表面状态好、后期处理少等优点，几乎可以覆盖金属外形调整的所有领域。

二、拉挤成型工艺的分类
1. 拉伸成型
拉伸成型工艺的原理是，将材料在固定的拉伸缸内，以所需要的温度和拉伸力拉伸，使其形状发生变化而达到指定成型目的。

2. 压缩成型
压缩成型工艺是一种以压力为所施加的外力，利用模具内挤压力在一定温度下，使硬物料的外形、截面或其它性能得到变化的一种工艺。

三、拉挤成型工艺的应用
1. 电子行业
在电子行业，拉挤成型工艺广泛应用于电线电缆的加工制作中，可以实现电缆以及其他电子元器件的制作、变径和改型。

2. 机械行业
拉挤成型是机械加工领域中金属零件的基本工艺，可以实现连杆、轴、活塞等机械零件的主体构建。

3. 其他行业
此外，除了电子行业和机械行业，拉挤成型工艺还可以应用于能源行业，如用于油钻管、制作锅炉、制作液压缸等；交通运输行业，可以制作法兰、轴箱、制作汽车、摩托车等等。

复合材料拉挤成型设备的生产流程优化设计随着科技的快速发展，复合材料在诸多领域中的应用越来越广泛。

其中，复合材料拉挤成型技术被广泛应用于航空航天、汽车、建筑和电子等领域。

为了提高生产效率和产品质量，对复合材料拉挤成型设备的生产流程进行优化设计显得尤为重要。

首先，为了确保成型产品的质量，生产流程的优化设计需要从原材料的选择和准备开始。

优质的原材料是生产出高品质产品的前提。

在选择原材料时，需要考虑其力学性能、热膨胀系数、流动性以及与挤压机的兼容性等因素。

同时，在原材料准备过程中，应确保材料的均匀性和稳定性，以避免在挤压过程中出现质量问题。

其次，挤压机的设计与调整对生产流程的优化至关重要。

挤压机是实现复合材料拉挤成型的核心设备，其结构和工作原理直接影响到产品的成型效果。

在设计挤压机时，应考虑到产品成型的要求，并尽可能实现自动化和智能化操作。

优化挤压机的结构可以提高其稳定性和可靠性，降低故障率，从而提高生产效率。

第三，确定合适的挤压工艺参数对于生产流程的优化设计非常重要。

挤压工艺参数包括挤压温度、挤压速度和挤压压力等。

通过合理地调整这些参数，可以实现成型产品的尺寸精度和表面质量的控制。

此外，在生产过程中，还需要不断监测和调整这些参数，确保产品的一致性和稳定性。

然后，设备的维护和保养也是生产流程优化设计中不可忽视的一部分。

定期对设备进行维护和保养，可以延长设备的使用寿命，减少故障和停机时间。

同时，应建立完善的设备维护记录和维修计划，及时发现和解决潜在问题，确保设备的正常运行。

最后，加强员工培训和管理，提高生产流程的效率和质量。

培训员工操作设备的正确方法和工艺流程，以提高工作效率和产品质量。

建立健全的质量控制体系，确保从原材料进厂到成品出厂的每一个环节都能得到严格把控和监管。

综上所述，复合材料拉挤成型设备的生产流程优化设计是提高生产效率和产品质量的重要手段。

通过合理选择原材料、优化挤压机设计、确定合适的挤压工艺参数、加强设备的维护和保养以及加强员工培训和管理，可以实现生产流程的优化，提高生产效率和产品质量，满足市场需求，提升企业的竞争力。

复合材料拉挤成型工艺——纺硕1205班柴寅芳、丁倩、刘冰、刘小梅、戎佳琦、王卷1 拉挤成型定义拉挤成型是指玻璃纤维粗纱或其织物在外力牵引（外力拉拔和挤压模塑）下，经过浸胶、挤压成型、加热固化、定长切割，连续生产长度不限的玻璃钢线型制品的一种方法。

这种工艺最适于生产各种断面形状的型材，如棒、管、实体型（工字形、槽形、方形型材）和空腹型材（门窗型材、叶片）等。

2 拉挤成型的特点2.1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)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；4)拉挤制品中纤维含量可高达80%，浸胶在张力下进行，能充分发挥连续纤维的力学性能，产品强度高；5)原材料利用率在95％以上，废品率低；6)制品纵、横向强度可任意调整，可以满足不同力学性能制品的使用要求。

2.2缺点：1)不能利用非连续增强材料；2)产品形状单调，只能生产线形型材（非变截面制品），横向强度不高；3)模具费用较高；4)一般限于生产恒定横截面的制品。

3 拉挤成型所需的材料拉挤成型工艺中使用的材料包括树脂、增强材料、辅助材料等。

3.1拉挤成型工艺所用树脂拉挤成型工艺要求所用的树脂黏度低，主要使用不饱和聚酯树脂和环氧树脂或改性环氧树脂。

不饱和聚酯树脂用作拉挤的基本上是邻苯和间苯型。

间苯型树脂有较好的力学性能、坚韧性、耐热性和耐腐蚀性能。

目前国内使用的较多的是邻苯型，因其价格较间苯型有优势。

环氧树脂和不饱和聚酯树脂相比，具有优良的力学性能、高介电性能、耐表面漏电、耐电弧，是优良绝缘材料。

常用拉挤工艺用树脂如表1所示，树脂生产配方如表2和表3。

表1拉挤工艺用树脂表2典型拉挤用不饱和聚酯树脂配方树脂 196 100份填料（轻质碳酸钙）脱模剂（硬脂酸锌）固化剂（过氧化物）低收缩剂（PVC树脂）颜料5～15份3～5份1～3份5～15份0.1～1份表 3环氧树脂配方环氧树脂 E-55脱模剂（硬脂酸锌）固化剂（590#）增韧剂100份3～5份15～20份10～15份适量稀释剂3.2拉挤成型工艺所用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，其优点是不产生悬垂现象，集束性好，易被树脂浸透，力学性能较高。

复合材料拉挤工艺概览拉挤工艺是一种能生产连续的具有固定横截面的复合材料型材的自动化工艺。

在其最简单的形式中，拉挤工艺适用于非匀质材料或者材料(复合材料)的橱台体，使其通过模具拉出。

拉挤工艺是一种可使高性能复合材料达到高工业化生产的制造技术。

复杂形状的直线型型材运用连续纤维增强可获得超过传统缠绕材料的力学性能。

聚合物基复合材料可以制成能大限度地满足结构、化学、阻燃、电学、防腐和环境要求的各类制品，而设计可行性十分丰富。

拉挤复合材料显示出其他复合材料产品的全部特征高比强、耐腐蚀性、电绝缘性和尺寸稳定性。

另外，它们还具有与拉挤工艺相关的其它优点，如连续长度。

就薄型板丽论，象空心截面型材，其复杂的形状均可拉制出来。

同时，拉挤型材的内外表面通常光滑精致。

在拉挤生产中，以金属丝、术质或泡椿材料为添加物。

可将其在连继作业工艺中裹包起来。

拉挤工艺可以使用各种增强型材料(E～玻璃、ECRGLAS、S一2玻璃连续粗纱，连续纤维毡、复杂的纤维编织物、无捻粗纱布)和多种加填料或不加填料的热同性树脂(具有良好化学性能和电稳定性能的聚酯、乙烯基酯树脂或具有较好机械性能和耐腐蚀性能的环氧挝脂及具有阻燃性的酚醛树脂或甲基丙烯酸甲酯树脂)在改善拉挤制品的物理／化学性能方面，高性能热塑性聚合物提供了引人注目的可能性。

拉挤机能够生产较大截面的型材和部件，它们都具有质量和可靠性均佳的显著特点，井在价格上具有竞争力。

在拉挤工艺中使用的材料可分为三种不同的材料：一增强材料I一基体J一添加剂。

通过材料的选择以及各自用量的配比设计能够提供一个广泛的复合材料性能范围。

1．增强材料最广泛使用的增强材料是可获得的各种形式的玻璃纤维。

它是复台材料承载的成分，并可提供所需要的机械性能(强度，模量、耐冲击性等等) ，见表1。

袁f 材辩性艟材辩墨量J葛麓度重GRP拉挤型材●毡斌粗妙(5o嘧玻璃) 2 5 2I 200 I．65粗纱(2o和玻璃) 41 500 I．9盎属幅80-43O 7O 80一l8O 2．7幅碳钢410-480 皿1O 410一‘BO 7．8最通用且廉价的增强材料是连续纤维的R- 玻璃一步法无捻祖纱，它是由其te．x支数(重量~g／km为单位表示)标明的。

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。

拉挤成型工艺流程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：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0.6~1.2m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600～1200mm。

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复合材料拉挤成型设备的成型过程动力学分析复合材料是由两种或两种以上的材料组成的材料，具有很高的比强度和比刚度，广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。

复合材料的制备过程中，成型过程是关键的环节之一。

在成型过程中，拉挤成型是一种常用的方法，可以通过将熔融的复合材料推送至模具中，实现形状的塑造。

因此，对于复合材料拉挤成型设备成型过程的动力学分析具有重要意义。

拉挤成型过程的动力学分析主要涉及到拉挤机的构造、熔体的流动与传热、成型模具和工件的变形等方面。

下面将分别进行探讨。

首先，拉挤机的构造对成型过程的动力学分析起着重要作用。

拉挤机主要包括料斗、螺杆、加热筒、模口和模具等部件。

在拉挤过程中，熔体首先由料斗进入螺杆，然后通过螺杆的旋转运动和加热筒的加热作用，使熔体达到一定的温度和压力，最后通过模口挤出。

在动力学分析中，需要考虑拉挤机的驱动力和能量转化过程，从而确定拉挤过程中的动力学参数，如拉挤速度、拉挤压力等。

其次，熔体的流动与传热对拉挤成型过程的动力学分析也具有重要影响。

在拉挤过程中，熔体会经过螺杆的搅拌和加热筒的加热，其流动和传热过程需要考虑。

熔体的流动阻力和传热性能会直接影响到拉挤成型的质量和效率。

因此，在动力学分析中，需要建立相应的数学模型，考虑熔体的流动性和传热性，以求解拉挤过程中的流动速度和温度场分布。

第三，成型模具和工件的变形对拉挤成型过程的动力学分析也要进行考虑。

在拉挤过程中，熔体在模具中产生一定的应力和应变，从而使得工件达到所需的形状。

因此，需要对成型模具和工件的变形进行分析，以求解拉挤成型过程中的应力和变形场分布。

通过动力学分析，可以得到成型过程中的应力分布、变形量和变形速度等信息，为工件的制备提供科学依据。

综上所述，复合材料拉挤成型设备的成型过程动力学分析是一个综合性的研究领域，涉及到拉挤机的构造、熔体的流动与传热、成型模具和工件的变形等方面。

通过对这些方面的分析和研究，可以确定拉挤成型过程中的动力学参数，如拉挤速度、拉挤压力等，进而指导和优化复合材料的制备。

复合材料拉挤工艺树脂固化动力学研究拉挤工艺简介：拉挤工艺是指将预制好的纤维增强材料与树脂复合物通过挤压机挤出成型，然后在连续固化器中进行固化的工艺。

它是一种非常理想的复合材料制备方法。

由于在拉挤过纤维增强材料的方向性达到最优化，因此形成的复合材料具有优异的力学性能。

在复合材料制备中，拉挤工艺可以根据不同的工艺要求，通过对预制物、设备结构、热控制等因素的调整实现材料性能的优化。

树脂固化动力学：固化是复合材料制备过程中最为关键的环节之一。

树脂的固化反应是一个复杂的化学反应过程，包括树脂分子间的化学反应、单体和低分子与树脂的反应以及树脂的交联反应等。

而随着复合材料在工业中的广泛使用，对固化过程的质量控制要求也越来越高。

因此了解树脂固化动力学的基本特性，对优化复合材料的制备过程具有重要意义。

目前，树脂固化动力学研究主要通过对反应进程中各个阶段的温度、时间等参数的实验控制，来研究反应过程的特性。

同时随着建立物理模型的需求增加，研究者开始使用一些化学动力学方法，如动力学方程、反应速率常数等来描述树脂固化过程中的反应动力学。

未来发展方向：随着材料科学的不断深入，化学反应动力学的不断进展，研究树脂固化动力学的方法及研究领域也会不断拓展。

（1）化学动力学方法与物理模型相结合：建立树脂固化的物理模型是一个非常重要的研究方向，而建立合理的物理模型需要丰富的实验数据和建立适合的数学模型。

因此，研究者们可以通过将化学方程式与传热的数学方程相结合，建立更精确的树脂固化物理模型。

（2）非平衡态动力学方法的研究：非平衡态动力学方法是化学反应动力学研究的一个分支，它主要研究非平衡态下的反应动力学，能够更加准确描述反应系统的行为特性。

使用这种方法研究树脂固化的过程可以更加精准地得到固化过程的动力学特性。

（3）系统性的研究：树脂固化动力学是一个复杂的系统，其中包含了多个因素，如树脂的种类、纤维增强材料的种类及含量等。

因此，未来需要深入研究树脂、纤维增强材料及复合材料之间的相互作用，从而建立一个系统性的实验和数学模型，对树脂固化动力学进行更加深入的研究。

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。