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FRP拉擠成型工藝主要工序、原理及常見缺陷原因分析

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-01-01  來源:FRPAPP.COM  瀏覽次數(shù):2137

 

 

拉擠工藝用原料
    (1)樹脂
    拉擠成型工藝使用的樹脂主要有不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂等。其中不飽和聚酯樹脂應(yīng)用最多,技術(shù)上也最成熟,大約占總量的90%。一般來講,用于模塑料的不飽和聚酯樹脂都可用于拉擠成型制品。國外已生產(chǎn)出拉擠制品專用的不飽和聚酯樹脂.為獲不同性能,改性酚醛樹脂、多種熱塑性樹脂也已應(yīng)用。

典型拉擠用不飽和聚酯樹脂配方:
  樹脂 100份
  填料 5-15份
  脫模劑 3~5份
  固化劑 1- 3份
  低收縮劑 5-15份
  顏料 0.1-1份

拉擠成型的環(huán)氧樹脂配方
  環(huán)氧樹脂 100份
  脫模劑 3~5份
  固化劑 15~20份
  增韌劑 10~15份
  稀釋劑 適量

    (2)增強(qiáng)材料
    拉擠成型所用的增強(qiáng)材料絕大部分是玻璃纖維,其次是聚酯纖維。碳纖維等高強(qiáng)度纖維 主要用于宇航、體育器材等。玻璃纖維中,用得最多的是無捻粗紗。所用玻纖都采用增強(qiáng)型浸潤劑。

    拉擠工藝控制
    拉擠成型工藝條件的控制對穩(wěn)定生產(chǎn)和制品的質(zhì)量都有很大的影響,控制工藝條件主要包括浸膠時(shí)間、樹脂溫度、模腔溫度、模腔壓力、固化速度、固化程度、牽引張力及速度、紗團(tuán)數(shù)量等。
    (1) 浸膠時(shí)間:
    浸膠時(shí)間是指無捻粗紗及其織物通過浸膠槽所用時(shí)間。時(shí)間長短應(yīng)以玻璃纖維被浸透為宜,它與膠液的粘度和組分有關(guān),一般對不飽和聚酯樹脂的浸膠時(shí)間控制在15~20s為宜。
    (2)成型溫度
    在拉擠成型過程中,浸漬了膠液的玻璃纖維和織物在穿越模具時(shí)受熱發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),樹脂由線型液狀的物體逐步變化成為體型的固態(tài)型材。這種變化必須是在進(jìn)入模具開始到進(jìn)入牽引機(jī)之前基本完成的。溫度以及引發(fā)劑等助劑的用量則是最關(guān)鍵的。當(dāng)配方確定后,溫度是拉擠工藝控制的重點(diǎn)。
   A模腔溫度
    用于拉擠的樹脂體系對溫度都很敏感,模腔溫度的控制應(yīng)十分嚴(yán)格。溫度低,樹脂不能固化 ;溫度過高,坯料一入模就固化,使成型、牽引困難,嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生廢品甚至損壞設(shè)備。模腔分布溫度應(yīng)兩端高,中間低。
   B模溫控制
    一般把模具人為地分為三段,即加熱區(qū)、膠凝和固化區(qū)。在模具上使用三組加熱板來加熱,并嚴(yán)格控制溫度。樹脂在加熱過程中,溫度逐漸升高,粘度降低。通過加熱區(qū)后,樹脂體系開始膠凝、固化,這時(shí)產(chǎn)品與模具界面處的粘滯阻力增加,壁面上零速度的邊界條件被打破,基本固化的型材以均勻的速度在模具表面摩擦運(yùn)動(dòng),在離開模具后基本固化,型材在烘道中受熱繼續(xù)固化,以保證進(jìn)入牽引機(jī)時(shí)有足夠的固化度。
   C模具加熱條件確定
    模具的加熱條件是根據(jù)樹脂-引發(fā)劑體系來確定的。通用的不飽和聚酯樹脂,一般采用有機(jī)過氧化物為引發(fā)劑,設(shè)定的固化溫度一般要略高于有機(jī)過氧化物分解的臨界溫度。如采用協(xié)同引發(fā)劑體系,在促進(jìn)劑的作用下引發(fā)劑的引發(fā)固化溫度則較低。引發(fā)劑的用量通常是通過不飽和聚酯樹脂固化放熱曲線來確定的,而環(huán)氧樹脂的固化劑用量可以計(jì)算出來。
   D模具溫度控制
    加熱區(qū)溫度可以較低,膠凝區(qū)與固化區(qū)溫度相似。溫度分布應(yīng)使固化放熱峰出現(xiàn)在模具中部靠后,膠凝固化分界點(diǎn)應(yīng)控制在模具中部。一般三段溫差控制在10-20℃左右,溫度梯度不宜過大。溫度的設(shè)定與配方、牽引速度、模具的尺寸、形式有密切的關(guān)系。
   E模腔壓力
    模腔壓力是由于樹脂粘性,制品與模腔壁間的摩擦力,材料受熱產(chǎn)生的體積膨脹,以及部分材料受熱氣化產(chǎn)生的。因此,模腔壓力使制品在模腔內(nèi)行為的一個(gè)綜合反映參數(shù)。一般模腔壓力在1.7~8.6MPa之間。
  ?。?)張力及牽引力
    張力是指拉擠過程中玻璃纖維粗紗張緊的力??墒菇z后的玻璃纖維粗紗不松散。其大小與膠槽中的調(diào)膠輥到模具的入口之間距離有關(guān),也與拉擠制品的形狀、樹脂含量要求有關(guān)。一般情況下,要根據(jù)具體制品的幾何形狀、尺寸,通過實(shí)驗(yàn)確定。牽引力的變化反映了產(chǎn)品在模具中的反應(yīng)狀態(tài),它與許多因素,如:纖維含量、制品的幾何形狀與尺寸、脫模劑、模具的溫度、拉擠速度等有關(guān)系。
   (4)牽引速度
    牽引速度是平衡固化程度和生產(chǎn)速度的參數(shù)。在保證固化度的前提下應(yīng)盡可能提高牽引速度。



    拉擠工藝變量的關(guān)系

    溫度、牽引速度、牽引力三個(gè)重要工藝參數(shù)中,溫度是由樹脂系統(tǒng)的特性來確定的,是拉擠工藝中應(yīng)當(dāng)解決的首要因素。通過樹脂固化體系的DSC曲線的峰值和有關(guān)條件,確定模具加熱的各段溫度值。
    拉擠速度確定的原則是確定模內(nèi)溫度下的膠凝時(shí)間,保證制品在模具中部膠凝、固化,出模具時(shí)具有一定的固化程度。
    牽引力的制約因素較多,如:它與模具溫度關(guān)系很大,并受到纖維含量、制品的幾何形狀與尺寸、膠液配方和拉擠速度的控制。

    樹脂預(yù)熱與制品后固化
    樹脂進(jìn)入模具前進(jìn)行預(yù)熱對工藝是非常有利。一方面預(yù)熱使樹脂溫度提高,粘度下降,增加了纖維的浸潤效果,另一方面可以降低樹脂固化反應(yīng)溫度,使產(chǎn)品表面優(yōu)良。并且為提高牽引速度創(chuàng)造了條件。在許多樹脂體系中,如環(huán)氧樹脂等都需要預(yù)熱。
    預(yù)熱的效果:預(yù)熱的效果還表現(xiàn)在使浸膠的纖維束內(nèi)外溫度梯度減小。因?yàn)樵谶M(jìn)入模具后,由于樹脂和纖維的導(dǎo)熱系數(shù)都很小,由模具傳遞給產(chǎn)品的熱量從產(chǎn)品表面到產(chǎn)品中心部分溫度呈梯狀分布,產(chǎn)品中心線的溫度低于產(chǎn)品表面的溫度。如果提高拉擠速度,那么制品中心線和表面之間的溫度和固化度的滯后量都會(huì)增加。滯后量又會(huì)相反地隨著中心固化放熱的增加而減小,最后制品的中心溫度高于表面溫度,造成熱應(yīng)力對制品性能產(chǎn)生影響。要想實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品內(nèi)外均勻固化,減少熱應(yīng)力,樹脂應(yīng)該預(yù)熱。
    后固化:不飽和聚酯樹脂的固化可以分為三個(gè)階段:凝膠階段、定型階段(硬化階段)、熟化階段(完全固化階段)。
    一般從拉擠生產(chǎn)線下來的玻璃鋼型材是處于硬化階段,還需要將切割好的型材放到恒溫室中繼續(xù)固化一段時(shí)間,使型材的強(qiáng)度進(jìn)一步提高。
可以在50~100℃恒溫室放置15~30小時(shí)。


 

    拉擠制品可能出現(xiàn)的外觀缺陷:
    1、鳥巢:

    一般是由于增強(qiáng)纖維分布不均勻,在模具入口處相互纏繞,導(dǎo)致產(chǎn)品在模具內(nèi)破壞。它產(chǎn)生的原因有:a.纖維斷了;b.纖維懸垂的影響;c.牽引速度過高;d.纖維粘附著的樹脂太多;e.樹脂粘度高;f.模具入口的設(shè)計(jì)不合理。
    2、質(zhì)量不穩(wěn)定性:

    由于未固化的型材在模具內(nèi)粘附力突然增加,導(dǎo)致型材在模具內(nèi)表面拉裂以至型材破壞。原因分析:a.牽引速度過高;b.纖維被拉斷;c.配方問題;d.溫度控制問題。
    3、 粘模:

    未固化的型材與模具粘附,使產(chǎn)品拉擠破壞。原因分析:a.纖維量小、填料加入量過多;b.內(nèi)脫模劑效果不好或用量太少;e.固化溫度不合適。

    4、表面魚鱗狀:

    型材表面有魚鱗狀,光潔度差。原因分析:a. 型材表面粘度太高,產(chǎn)生爬行蠕動(dòng);b.脫離點(diǎn)超前于固化點(diǎn);c.溫度與牽引速度調(diào)整。
    5、型材擠壓變形:

    由于未完全固化,經(jīng)牽引機(jī)擠壓變形。分析其原因: a.速度太快;b.溫度太低;c.模具太短;d.引發(fā)體系不合適。
    6、固化不均勻:

    由于型材的內(nèi)部固化遠(yuǎn)滯后于型材表面固化,而引起產(chǎn)品出現(xiàn)內(nèi)部裂紋。原因分析:a.預(yù)熱溫度低;b.產(chǎn)品太厚;c.制品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。
    7、制品有溝痕,不平:

    產(chǎn)品的平面部分不平整,局部有溝狀痕跡。原因a.纖維含量低,局部的纖維紗過少;b.模具劃傷制品。c.制品局部收縮過大。
    8、制品表面露紗:

    含有表面氈,連續(xù)氈的產(chǎn)品的表層,常常出現(xiàn)局部發(fā)白或露有白紗現(xiàn)象。原因:a.紗和氈浸漬樹脂不完全,氈層過厚或的本身性能不好;b.有雜質(zhì)混入,在氈層間形成氣泡;c.產(chǎn)品表面留樹脂層過薄d.樹脂量過少,浸膠不均勻;e.樹脂與纖維不能充分粘結(jié),偶聯(lián)劑效果不好。
    9、制品表面裂紋:

    制品表面有微小裂紋。原因:a.裂紋只在表層,樹脂層過厚產(chǎn)生表層裂紋;b.樹脂固化不均引起熱應(yīng)力集中,形成應(yīng)力開裂,此裂紋較深。c.成型內(nèi)壓力不夠;d.纖維含量太少。
    10、型材彎曲、扭曲變形。

    原因分析:a.制品固化不均,產(chǎn)生固化應(yīng)力,制品出模后在應(yīng)力作用下變形;b.制品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理c.制品里的材料不均勻,導(dǎo)致固化收縮程度不同;d.出模時(shí)產(chǎn)品未完全固化,生產(chǎn)線不在一條軸線上,在外來牽引力作用下產(chǎn)生變形。

 

 
關(guān)鍵詞: 拉擠成型 玻璃鋼 拉擠
 
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