拉挤工艺
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复合材料拉挤工艺
拉挤工艺是一种古老的复合材料制造工艺,主要用于制造具有各向异性和非均匀形态特征的复合材料制品。
随着拉挤技术的发展,许多先进的拉挤设备相继研制成功并投入使用。
近年来,随着拉挤法树脂传递模塑成型工艺的迅速发展,拉挤技术已成为复合材料成型技术中最重要的一种。
与传统工艺相比,拉挤工艺具有生产效率高、产品质量稳定、材料利用率高、结构尺寸精度高等优点。
拉挤制品是在模具中经加热后,通过拉头的拉伸作用,使纤维方向垂直于模腔轴线方向的树脂流动而将纤维组织连续地铺于模具型腔内形成的。
其基本特点是:
1.制件受模具型腔形状限制,所制制品与模具形状一致;
2.制品结构尺寸精度高;
3.制件表面光洁,无毛刺;
4.制件具有优良的力学性能。
拉挤工艺是复合材料成型工艺中最早应用的一种方法,在欧美已有70年以上的历史。
中国于20世纪70年代初期开始研究并推广应用。
目前拉挤制品已用于航空航天、体育器械、交通运输等领域。
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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。
玻璃钢拉挤工艺流程(一)玻璃钢拉挤工艺简介•玻璃钢拉挤工艺是一种常用的复合材料加工方法。
•本文旨在详细介绍玻璃钢拉挤工艺的各个流程。
工艺流程1.原材料准备:–玻璃纤维:选用合适长度和直径的玻璃纤维进行准备。
–树脂:选择适合的树脂进行配制。
–颜料:根据需要可选择加入适量的颜料。
2.玻璃纤维预处理:–清洗:将玻璃纤维进行清洗,去除掉表面的杂质。
–干燥:将清洗好的玻璃纤维进行干燥处理,确保其表面干燥。
3.树脂准备:–配制:按照一定的配比将树脂和固化剂混合均匀。
–搅拌:使用搅拌设备对混合后的树脂进行搅拌,以保证其均匀性。
4.拉挤:–溶胶制备:将预处理好的玻璃纤维浸入树脂中,使其充分浸润。
–拉挤模具:将浸渍好树脂的玻璃纤维通过挤出机挤入模具中。
–固化处理:待挤出的玻璃纤维模具在恒温下进行固化,使树脂形成固态。
5.加工与修整:–去除模具:将固化好的玻璃纤维从模具中取出。
–切割:根据需要对玻璃纤维进行切割和修整,以获得所需形状和尺寸。
结论•玻璃钢拉挤工艺是一种成熟的复合材料加工方法。
•通过以上流程,我们可以制备出符合要求的玻璃钢制品,应用于各种领域。
以上是关于玻璃钢拉挤工艺的详细说明,希望能对您有所帮助。
工艺优点•高强度:玻璃钢制品具有较高的强度和刚度,可满足不同领域的使用需求。
•轻质:相比传统金属制品,玻璃钢制品重量轻,便于携带和安装。
•耐腐蚀性:玻璃钢制品具有良好的耐腐蚀性能,能够在恶劣的环境下长期使用。
•耐老化性:玻璃钢制品具有良好的耐老化性能,能够长时间保持稳定的性能。
•成型性好:玻璃钢拉挤工艺可以制造各种形状复杂的产品,满足不同设计需求。
工艺应用•建筑领域:玻璃钢拉挤工艺可以制造出各种建筑构件,如屋顶、墙板等,具有优秀的防水性能和耐久性。
•船舶领域:玻璃钢材质轻、耐腐蚀,适合用于制造船舶各种组件,如船体、甲板等。
•化工领域:玻璃钢材质耐腐蚀、耐高温,可用于制造化学储罐、管道等设备。
•污水处理领域:玻璃钢制品具有良好的防腐蚀性能和耐久性,适用于制作污水处理设备,如格栅、沉淀池等。
拉挤成型工艺拉挤成型工艺第一节原料配制(一)胶液的配制方法配胶是拉挤生产过程中关键的工序之一其操作是否合理,配料是否准确,将决定着最终产品的质量。
因此,应加强对这一工序的过程控制,要做到操作准确,记录清楚,具有可追溯性。
拉挤产品配方中所用到的原材料,主要有:树脂、低收缩剂、引发剂、脱模剂、填料、色浆及辅助剂(如消泡剂、分散剂等)。
配胶时应严格按以下列步骤进行:1.填料装在托盘里放入温度(110士5℃)烘箱里烘干约0. 5h。
2.校正称量器具如:磅秤、天平等。
3.按工艺文件要求量取或称取树脂。
4.按拉挤工艺配方的比例加入分散剂等组分,搅拌5-l0min;5.依次加入低收缩剂、色浆等组分,搅拌约5-l0min:同时称取内脱模剂、固化剂;6.加入内脱模剂,再加入固化剂,保持搅拌机的搅拌状态;7.从烘箱中取出烘过的填料,称量并加入后,继续搅拌约5-l0min;8.最后关闭搅拌机,清理配胶现场。
以上所提到的搅拌时间,仅是一个参考时间,操作者可以根据所使用的搅拌器的转速大小、配方的实际情况、配胶量的多少进行调整。
搅拌时间过短,不利于各种原材料的均匀混合,搅拌时间过长,会导致胶液温度的升高,影响胶液的储存期。
在产品正常生产的情况下,视产品大小,一般以10-15kg的树脂量配置为宜。
如果一次配置树脂量过大,会增加操作人员的负担,影响操作效率。
在搅拌过程中,要严格按照搅拌机操作规程进行操作,注意安全。
每次倒入液体组分时要尽可能将称量容器中的液体倒尽。
并且在生产过程中,待胶槽中的胶液快被用完之前应及时准备好下一桶胶,以免造成生产的停顿。
在配胶过程中要学会正确操作和使用天平。
首先要保持砝码和托盘的清洁,如粘有树脂、色浆等要将其擦拭干净;在称量前一定要调整天平的水平,使指针对准刻度盘的。
刻度或左右摇摆幅度一致:将要称量的物体放在左托盘上(一般通过烧杯来盛装),在右托盘上放砝码,放砝码时按照从大到小的顺序,最后调整横梁上的游砝,直至天平平衡,累计砝码总重量,减去烧杯的重量,所得差即为所称量物体重量。
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。
拉挤工艺操作规程拉挤工艺操作规程1. 前期准备1.1 检查设备及工具的完好性,确保所有设备和工具正常运转,并且没有损坏。
1.2 准备拉挤所需的原材料,包括塑料颗粒和色母粒等。
确保原材料的质量符合要求。
1.3 清洁工作站及周围环境,确保操作区域整洁和无杂物。
2. 设备操作2.1 打开拉挤机的电源,进行预热。
根据原材料的种类和要求,设置合适的温度。
2.2 检查拉挤机的温度表,确保温度表的准确性。
如有问题,及时修复或更换。
2.3 加入适量的塑料颗粒到拉挤机的料斗中,并确保料斗的密封性。
2.4 打开拉挤机的开关,使塑料颗粒通过螺杆进入机筒。
同时,根据要求,适时补充色母粒或其他添加剂。
2.5 设置拉挤机的速度和压力,根据产品的要求进行调节。
2.6 检查拉挤机的弧箭头位置,确保其合适。
如有需要,可进行调整。
3. 操作流程3.1 确保操作人员佩戴个人防护设备,包括手套、护目镜和口罩等。
3.2 操作人员根据产品要求,在拉挤机机头处安装适当的挤出模具。
3.3 操作人员将预热好的拉挤机移动到模具的位置,并确保其与模具之间的距离合适。
3.4 开始挤出操作,操作人员使用手动或自动控制,将热塑性塑料从拉挤机挤出,并填充到模具中。
3.5 在挤出过程中,操作人员应密切观察挤出的塑料的状态,确保挤出面滑润,无气泡、无污染等现象。
3.6 挤出完成后,操作人员关闭拉挤机的开关,停止挤出操作。
3.7 操作人员等待塑料冷却和固化,然后卸下模具中的成品。
3.8 清理拉挤机和模具,确保设备和模具的清洁和无残留物。
3.9 汇报生产情况,并将生产记录进行归档。
4. 安全注意事项4.1 操作人员必须严格遵守操作规程,不得擅自更改设备设置或操作流程。
4.2 操作人员必须佩戴个人防护设备,并确保设备的正常使用。
4.3 在操作过程中,严禁将手或其他物体伸入拉挤机内部或模具中。
4.4 操作人员应定期检查设备的安全性能,如发现问题,应立即报告并进行维修。
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。
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。
摘要乙烯基酯树脂拉挤工艺(简称VER Pultrusion Process)是国内外近年来迅速发展的一种低成本高品质复合材料制造技术,其制品以独特的性能而被广泛应用于结构、防腐、电力、建筑等诸多领域。
但对其工艺的研究论文少见发表,有些VER拉挤产品性能也名不符实,本文依此而立。
本文在拉挤工艺共性理论的指导下,通过对VER分子结构及其固化行为的分析,采用“特殊”SPI凝胶试验法,在大量试验的基础上确定VER拉挤配方初型和最佳成型温度区域,再通过10mm棒在线试验,以“性能容忍速度”恒大于等于“工作效率容忍速度”作为指标来确定其工艺参数,并通过成型物中心温度在线测量对配方及工艺参数的合理性进行验证。
并在前人大量工作的基础上对VER拉挤工艺过程进行了数值模拟。
通过用户委托产品验证,本文配方和工艺参数设计过程及结论对VER拉挤工艺具有一定的指导作用。
1. 模具温度设置采用前低后高对VER拉挤工艺来说是合理的,与VER固化过程的先快后慢相对应。
2. 每一树脂配方体系都有最佳成型温度区域,并不是越高越好,在某一温度范围内体系的反应速率并不是温度的增函数。
3. 为了提高VER的拉挤速度,固化剂的总量在UPR的基础上提高一个百分点是可行的。
钴盐催化体系对提高生产效率很有帮助,但模具入口的冷却及适量阻聚剂的加入很有必要。
4. 本文的拉挤配方及工艺参数对壁厚少于10mm的VER拉挤制品只要稍加调整可以采用。
5. 拉载模型的建立对选择拉挤机的工作参数具有一定的指导意义。
目录第一章绪论§1.1 课题来源及其意义§1.2 国内外的研究现状及发展§1.3 本文的工作重点第二章UPR拉挤工艺介绍及VER拉挤工艺预测§2.1 UPR拉挤工艺介绍2.1.1 UPR拉挤工艺示意图2.1.2 主要原辅材料2.1.3 成型物在热模中的过程行为2.1.4 UPR拉挤工艺成败不等式2.1.5 关于拉挤速度的几个问题2.1.6 树脂在模具中的相对运动§2.2 VER拉挤工艺预测2.2.1 VER分子结构及性能特点2.2.2 VER与UPR固化行为的比较2.2.3 VER拉挤工艺预测第三章VER拉挤工艺配方设计及其工艺参数VER拉挤配方设计§3.1 引发体系的确定3.1.1 常用热固化引发剂3.1.2 引发剂活性的评价方法3.1.3 引发剂的选用3.1.4 复合引发体系3.1.5 VER拉挤配方试验方案§3.2 工艺参数的确定3.2.1 普通VER拉挤配方工艺参数的确定3.2.2 快速固化VER拉挤配方工艺参数的确定§3.3 成型物中心温度在线测量3.3.1试验设备3.3.2试验结果§3.4配方及工艺参数的局限性及其优化方向第四章VER拉挤工艺模型§4.1 拉挤工艺模型发展简介§4.2 热化学模型4.2.1 VER拉挤工艺的反应动力学模型4.2.2 VER拉挤工艺的热传导方程4.2.3 VER拉挤工艺的系统方程§4.3 VER拉挤工艺的拉载模型4.3.1 工艺过程中拉载的影响因素4.3.2 拉载表达式4.3.2.1 整体思路4.3.2.2 关于拉载表达式的几个问题4.3.3 拉载对工艺缺陷的响应第五章总结参考文献第一章绪论§1.1 课题来源及其意义本课题旨在对树脂基复合材料拉挤工艺的技术与机理进行探讨。
树脂基复合材料有多种成型方法,拉挤(Pultrusion)是其中自动化程度最高、产品质量最稳定、原材料利用率最高的先进制造工艺。
拉挤制品不但具有其它树脂基复合材料的共性,而且具有其独特的轴向性能和连续性能,从而在结构、防腐、电力、建筑、交通及体育用品等领域得到了广泛应用。
复合材料的性能一般由其制造方法、结构形式、组成物构成等决定,对组成物来说,树脂基复合材料主要由树脂基体和增强材料两部分组成,在增强材料一定的情况下,树脂基体对复合材料的性能起着至关重要的作用。
而乙烯基酯树脂(VER)具有优异的性能价格比,与增强材料间的界面作用能高,优良的断裂延伸率,以及其在耐腐蚀领域更是性能突出,因此将拉挤工艺(Pultrusion Process)与VER有机组合在一起将是一件有意义的工作。
我国的拉挤工作者虽然在VER拉挤工艺中做了大量的实际工作,但仅仅是在不饱和聚酯树脂(UPR)拉挤工艺的基础上进行简单的“嫁接”,没有针对VER树脂的特殊性进行深入细致的个性研究,因此产品性能也就名不符实了。
在拉挤工艺共性理论基础上,探索其固有个性,以提高我国VER拉挤工艺的整体水平和产品质量将是一个刻不容缓的问题。
[32][43][44]§1.2 国内外的研究现状及发展树脂基复合材料拉挤工艺出现于50年代初期的美国,1956年Morrison Molded Fiber Glass公司开始用拉挤工艺生产建筑型材并成为拉挤工艺发展的早期领导者[8]。
70年代以后,拉挤复合材料制品和工艺逐步走向标准化、规范化。
80年代至今其工艺和制品的应用领域得到了迅速的发展。
我国对拉挤工艺的研究始于60年代中期,北京玻璃钢研究设计院、武汉工业大学、哈尔滨玻璃钢研究所、上海玻璃钢研究所、秦皇岛耀华玻璃钢厂、西安绝缘材料厂等在这一领域做了大量的研究和应用开发工作,但基体主要集中在UPR和环氧树脂(EPR),而采用VER和酚醛树脂(PHR)作为基体少有涉及(本文作者与人合作于1998年对PHR拉挤工艺进行了近一年的研究)。
由于拉挤制品应用领域的不断扩大,环境对制品的性能价格比要求进一步提高,VER拉挤制品应运而生。
从国内外复合材料刊物所发表的文献情况来看,对VER拉挤工艺研究论文少有发表,只是对VER的合成及其制品性能进行评价的论文较多。
对拉挤工艺的共性问题,国外学者进行了大量的研究工作,现阶段的热点主要集中在对拉挤工艺模型的完善和发展及计算机技术的应用、拉挤产品的开发及性能研究、热塑性复合材料拉挤工艺研究、拉挤工艺的技术改进研究(如RIM-Pultrusion、环形拉挤、原位拉挤、编织辅助拉挤等)等。
客观地讲,现阶段我国的拉挤工艺技术水平还处于发达国家80年代初期的水平,由于没有专业的科研机构及大专院校的加盟,加之我国生产力水平及原辅材料的制约,故技术发展速度较慢,甚至于各企业在激烈的市场竞争中把生产过程中获得的一些实践经验都作为一种“技艺”而加以保密。
因此提高我国的整体拉挤技术水平是一项紧迫而艰巨的任务。
对拉挤工艺而言,提高生产效率、降低成本、充分发挥产品的性能将是研究工作的永恒主题,VER拉挤工艺的研究也不例外。
§1.3 本文的工作重点本文从实际出发,利用简单有效的试验手段对VER拉挤工艺进行研究,具体工作如下:1.由于UPR和VER具有相似的固化机理,故本文首先对UPR拉挤工艺进行了详尽的介绍,以求对拉挤工艺有比较完整的理解。
2.利用“特殊”SPI凝胶试验法,以表征凝胶状态时间参数Δt(固化时间与凝胶时间之差)、峰值温度T及固化物状态为指标确定了VER拉挤配方的初型。
3.在利用“特殊”SPI凝胶试验法确定树脂配方体系的最佳成型温度区域的情况下,通过在线试验,以固化物的弯曲强度、外观状态及其中心部位的巴氏硬度为指标确定了工艺参数。
4.通过成型物中心温度的在线测量,对配方及工艺参数的合理性进行了验证。
5.在前人大量工作的基础上,对VER拉挤工艺过程进行了数值模拟,并对工艺过程中拉载对工艺缺陷的响应进行了分析并提出了解决缺陷的方案。
第二章UPR拉挤工艺介绍及VER拉挤工艺预测§2.1 UPR拉挤工艺介绍在牵引力作用下,将浸渍树脂的增强材料连续通过加热模而使之固化成型的一种复合材料成型方法,我们叫拉挤(Pultrusion)。
根据所用树脂基体不同,拉挤工艺分为热固性拉挤和热塑性拉挤,本文仅限于前者研究。
在热固性拉挤工艺中又分为UPR拉挤、EPR拉挤、VER拉挤和PHR拉挤等。
由于UPR和VER固化机理的相似之处,下面先介绍UPR拉挤工艺,以求对复合材料拉挤制造工艺有一个简单的认识,并为以后对VER拉挤工艺的研究打下基础。
2.1.1 UPR拉挤工艺示意图(略)2.1.2 主要原辅材料1.树脂基体树脂基体将增强材料粘接成一个复合材料整体,并起着传递和均衡载荷的作用,它决定纤维增强复合材料(FRP)的耐热性、耐化学腐蚀性、耐候性、阻燃性、绝缘性及电磁性能等,同时对FRP的抗冲击等力学性能都有不同程度的影响。
根据拉挤工艺的要求,树脂基体应具有如下性能:1)粘度低以便快速浸透增强材料;2)较短固化时间和较长的适用期,以达到连续拉挤快速固化的要求;3)良好的热强度和粘接性,以满足连续脱模并使制品具有良好的力学性能。
[43]2.增强材料增强材料是纤维增强复合材料(FRP)的骨架,它从根本上决定了拉挤制品的主要力学性能。
拉挤工艺中使用最多的增强材料为无捻粗纱,它提供制品的轴向强度。
为了提高制品横向强度常采用纤维连续毡、短切毡等毡状纤维制品增强。
为了提高制品耐腐蚀性、耐老化性及改良制品的表面性能,常采用聚酯表面毡。
另外,在复杂截面拉挤制品(如窗框型材)中还常用到纤维膨体纱来弥补横向毡状增强材料的变形性。
增强材料中用得最多的是玻璃纤维及其制品,为了满足制品的特殊性能要求,也经常用到碳纤维、Kevlar纤维等,但其必须与合适的基体相匹配才能发挥其应有的作用。
3.引发体系引发剂的作用是产生游离基,从而引发含不饱和双键树脂的自由基链式聚合反应,达到交联固化的目的。
常用引发剂有TBPO、BPO、TBPB、TCPB、CHP、MEKP等。
为了达到快速固化的目的,常采用高低温引发剂联用的引发体系。
其作用机理是:低温引发剂在较低温度下迅速分解,产生游离基,引发聚合反应,放出热,使体系温度升高,当温度达到高温引发剂的临界分解温度时,高温引发剂迅速分解,产生大量游离基,引发剧烈的聚合反应,从而达到在较低成型温度下快速固化的目的。
一般情况下,把高温引发剂作为主引发剂完成体系的固化任务,低温引发剂起助引发作用。
因此,在两者的比例关系上要分清主次。
此外,引发剂的总量要适中,如果为了提高拉挤速度而一味增加引发剂的量,势必会导致聚合链长变短并产生裂纹而严重影响制品性能。
4.内脱模剂拉挤工艺中使用内脱模剂的作用是使成型物在动态过程中连续脱模。
为了达到顺利脱模的目的,内脱模剂分子必须含有弱极性基团和非极性基团,前者使之在树脂基体中均匀分散,后者在成型物与模具内壁之间形成润滑隔离层,降低其之间的摩擦和粘滞力。
对拉挤工艺用内脱模剂来说,必须在树脂凝胶前从树脂相迁移到成型物外表,否则不但起不了脱模作用,相反还会严重影响制品性能。
因为脱模剂在固化产物中以单独相存在,这将严重影响树脂与纤维的接合界面。