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拉挤成型原理及其制造工艺_图文


(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。
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。
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。
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。
模具的温度根据固化工艺过程进行设计。主要根据 树脂在固化中的放热曲线及物料与模具的摩擦性能 。
一般将模具分成三个不同的加热区:预热区、凝胶 区和固化区,以控制固化速度。
模塑及固化是拉挤成型工艺中最关键的部分,典型 模具的长度范围在500~1500mm之间。模具出口与 牵引机械之间要有一定的距离。一般采用风冷的方 式冷却型材。
(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。
工艺控制实际是控制制品的固化条件 ,是十分重要的。
纱团数量
根据加工制品的结构以及要求的性能,确定 所用纱团的数量和增强材料的品种以及排布 方式。一般的玻璃钢制品的玻璃纤维和织物 的含量在40%-60%,采用合理的增强材料的含 量和分布对于成型工艺和制品性能是十分重 要的,要根据拉挤成型的制品要求和工艺条 件来确定。
6.6.1 拉挤成型工艺流程
玻璃纤维粗纱排布—→浸胶—→预成型—→ 拉挤模塑及固化—→牵引—→切割—→—制 品→包装
主要成型工序
(1)排纱 排纱是将安装在纱架上的增强材料从纱筒上引出并
均匀整齐排布的过程。 排纱系统包括如纱架、毡铺展装置、缠绕机或编织
机等。 增强材料输送排纱时,为了排纱平整,一般采用旋
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。
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。
(2) 浸胶装置
浸胶装置一般包括导向辊、树脂槽、压辊、分纱栅 板、挤胶辊等。由纱架引出的玻璃纤维粗纱,在浸胶 槽中浸渍树脂,并通过挤胶辊的加紧来控制树脂含量 。胶槽长度根据浸胶时间长短和玻璃纤维运行速度而 定。胶槽中的胶液应连续不断地循环更新,以防止因 胶液中溶剂挥发造成树脂粘度加大,胶槽一般采用夹 层结构,通过调控夹套中的水温来保持胶液的温度。 挤胶辊的作用是使树脂进一步浸渍增强材料,同时起 到控制含胶量和排气的作用。分栅板的作用是将浸渍 树脂后的玻璃纤维无捻粗纱分开。确保按设计的要求 合理分布,
典型拉挤用不饱和聚酯树脂配方 (生产配方)
树脂196 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
100份 5-15份 3~5份 1- 3份 5-15份 0.1-1份
拉挤成型的环氧树脂配方
基本配方: 环氧树脂 E-55 脱模剂(硬脂酸锌) 固化剂 (590#) 增韧剂 稀释剂
(5)牵引切割:
牵引装置可以是一个履带型牵引机,它将 固化型材从模具中拉出来,它一般应具有 10t以上的拉力。也可以用液压拉拔机。
6.6.2 拉挤成型设备
①增强材料架; ②预成型导向装置; ③树脂浸渍装置; ④带加热控制的金属模具; ⑤固化炉 ⑥牵引设备; ⑦切割设备。
(6)切割装置
切割是在连续生产过程中进行的。当制品长度达 到要求时,制品端部到达控制长度的位置(一般 采用红外线控制器),控制器接通切割电机电路 ,切割装置便开始工作。首先是装有橡皮垫的夹 具,将制品抱紧,然后用合金刀具进行切割。切 割过程由两种运动完成,即纵向运动和横向运动 。纵向运动是切割装置跟随制品同步向前移动。 横向运动是切割刀具的进给运动。切割过程中, 刀具的磨耗非常严重。
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。
6.6.6 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。
在预成型模中,材料被逐渐地成型到所要求的形状 ,使增强材料在制品断面的分布符合设计要求。
2)成型模具
成型模具一般为钢模,成型的内表面应加工的十分光 滑并镀铬以降低表面摩擦力,降低牵引力,延长模具 使用寿命,使制品易脱模。
模具长度由固化时间和牵引速度来决定. 芯模尾部大约200~300mm处应加工成 1/200~
转芯轴,纤维从纱筒外壁引出的,这样可避免扭转 现象。如采用纤维从纱筒内壁引出的,纱筒固定会 使纱发生扭曲不利于玻璃纤维的整齐排布。
(2)树脂浸渍:
是将排布整齐的增强纤维均匀浸渍上已配制 好的不饱和树脂的过程,一般是采用将纤维 通过装有树脂胶槽时进行的。一般分为:
直槽浸渍法, 滚筒浸渍法, 其中以直槽浸渍法最为常用。在整个浸渍过
100份 3~5份 15~20份 10~15份 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。
6.6.4 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。
(3)预成型模和成型模
1)预成型模 作用是将浸透了树脂的增强材料进 一步均匀并除去多余的树脂和排除气泡,使其形状 逐渐形成成型模的进口形状。
如拉挤成型管材时,一般使用圆环状预成型模;制 造空心型材时,通常使用带有芯模的预成型模;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。
(4)固化炉
在拉挤成型中,处于一定固化度的玻璃钢型材拉出 模具后,再进入固化环境以保证制品充分固化所需 的装置。固化炉温度要严格控制并与牵引速度相适 应。固化炉的结构取决于制品形状及几何尺寸。
设计时除考虑固化炉结构、加热方式外,还要便于 拉挤操作。根据工艺要求,炉中温度分段控制,炉 体适当保温,并设有观察孔、控温装置和排风装置 的安装固定部位等。固化炉的加热方法通常有电阻 加热或远红外加热。
(1)送纱装置
作用 将无捻粗纱从安装在纱架上的纱筒中引出 ,通过导纱装置进入浸胶槽浸胶。
最简单的送纱装置是纱架。 纱架结构及大小取决于产品规格及所用纱团的
数量。纱架结构根据需要可制成整体式或组合 式。纱筒在纱架上可以纵向或横向安装. 需要精确导向时,通常使用孔板导纱器或塑料管 导纱器.
1/300mm的锥度,以减少脱模时的阻力 成型模具按结构形式可分为:
整体成型模 组合式成型模两类
整体成型模其成型模孔是由整体钢材加工而成,一 般适于棒材和管材,模外有加热装置。热成型模前 端装有循环水冷却系统,其目的是形成低温的预成 型区,避免树脂过早固化,影响下步成型。
整 体 成 型 模
6.6.5 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。
6.6.3 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。
(5)牵引ห้องสมุดไป่ตู้置
牵引设备是将固化的型材从成型模具拉出的装 置,它要根据拉挤制品种类来选择牵引力的大 小和夹紧方式。牵引机分为液压机械式和履带 式两种。牵引力一般为5O~10OkN。 牵引速 度通常采用无级调速,可以根据制品加工工艺 要求而定,通常为0.l~3m/min,若采用快速 固化配方,牵引速度可大幅度提高。
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