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一、概述
拉擠成型工藝是將浸漬過(guò)樹(shù)脂膠液的連續(xù)玻纖束和其他連續(xù)增強(qiáng)材料如玻璃布帶、聚酯表面氈等在牽引力的拉拔下，通過(guò)成型模具的擠壓，并在模具中和固化爐中受熱固化成型玻璃鋼型材的方法。也稱(chēng)為連續(xù)拉擠成型工藝。主要生產(chǎn)管、棒、異型材、板等玻璃鋼型材。
拉擠成型工藝的優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備簡(jiǎn)單，造價(jià)低，生產(chǎn)率高，便于形成自動(dòng)化生產(chǎn)線，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；能充分發(fā)揮增強(qiáng)材料作用，力學(xué)性能高，特別是縱向的強(qiáng)度和模量；原材料的有效利用率高，基本上無(wú)邊角廢料；型材的縱向和橫向強(qiáng)度可以調(diào)整，以適應(yīng)不同使用要求；其長(zhǎng)度可按需要切割。拉擠成型玻璃鋼制品主要用于：
1)電工領(lǐng)域是目前應(yīng)用多的領(lǐng)域，是發(fā)展的重點(diǎn)之一。如變壓器空氣導(dǎo)管定位棒、高壓絕緣子芯棒、高壓電纜保護(hù)管、電纜架、絕緣梯、絕緣桿、電桿、軌道護(hù)板、電纜分線架、電機(jī)零部件等。
2)化工防腐領(lǐng)域是近幾年發(fā)展快的領(lǐng)域。典型產(chǎn)品如：管網(wǎng)支撐結(jié)構(gòu)，抽油桿，井下壓力管道，廢水處理設(shè)備，化工擋板，化工、石油、造紙、冶金等工廠內(nèi)的欄桿、樓梯、平臺(tái)扶手、格柵地板等。
3)建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域主要用于輕型結(jié)構(gòu)、高層結(jié)構(gòu)物的上層結(jié)構(gòu)或特種用途結(jié)構(gòu)。如活動(dòng)房結(jié)構(gòu)、門(mén)窗結(jié)構(gòu)用型材、桁架、輕型橋梁、欄桿、帳篷支架、吊頂結(jié)構(gòu)、大硼結(jié)構(gòu)等。
4)運(yùn)動(dòng)娛樂(lè)領(lǐng)域如釣魚(yú)桿、曲棍球棒、滑雪板、撐桿跳桿，弓箭等。
5)運(yùn)輸領(lǐng)域如汽車(chē)貨架、卡車(chē)構(gòu)架、冷藏車(chē)廂、汽車(chē)簧板、行李架、、保險(xiǎn)桿、甲板、電氣火車(chē)軌道護(hù)板等。
6)能源領(lǐng)域主要用于太陽(yáng)能收集器支架、風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片、油井用導(dǎo)管等。
7)航空航天領(lǐng)域如飛機(jī)和宇宙飛船天線絕緣管，飛船用電機(jī)零部件，飛機(jī)復(fù)合材料工字梁、槽形梁和方形梁，飛機(jī)的拉桿、連桿等。
二、原材料(二)
2、增強(qiáng)材料
拉擠成型工藝中應(yīng)用多的增強(qiáng)材料是連續(xù)玻璃纖維無(wú)捻粗紗及其連續(xù)狀態(tài)的織物(氈、布、布帶等)，還有聚酯纖維表面氈，碳纖維，芳綸纖維及它們的混合纖維。
(1)玻璃纖維及其織物環(huán)氧拉擠制品常用的是通用型玻纖無(wú)捻粗紗、氈、布和布帶。玻纖無(wú)捻粗紗又分為合股原絲，直接無(wú)捻粗紗和膨體無(wú)捻粗紗三種，其中直接無(wú)捻粗紗具有集束性好，易浸透，制品力學(xué)性能好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用較多。環(huán)氧樹(shù)脂行業(yè)協(xié)會(huì)介紹說(shuō)，主要產(chǎn)品如我國(guó)九江玻纖廠的E玻纖無(wú)捻粗紗4800Tex，美國(guó)OCF公司的S2玻纖無(wú)捻粗紗449和463等。已研制出兩種拉擠工藝專(zhuān)用無(wú)捻粗紗Mock spun roving“吹紡型”無(wú)捻粗紗和Spun roving“旋紡型”無(wú)捻粗紗，但未得到廣泛應(yīng)用。實(shí)際上廣泛采用的是連續(xù)纖維原紗氈與通用型無(wú)捻粗紗的組合。前者提供適當(dāng)?shù)臋M向強(qiáng)度。后者提供縱向強(qiáng)度及模量，有時(shí)還可添加一些玻璃布帶。
在玻纖氈中應(yīng)用多的是連續(xù)原絲氈，它是由若干層呈圈狀隨機(jī)鋪放的連續(xù)纖維組成的，纖維之間用粘接劑粘結(jié)。玻纖氈由于質(zhì)量分布不很均勻(隨機(jī)鋪放)，因此制品的表觀質(zhì)量及力學(xué)性能均受影響。針對(duì)此缺點(diǎn)，近開(kāi)發(fā)出一類(lèi)定向增強(qiáng)織物，即單向(經(jīng)向或緯向)增強(qiáng)織物和雙向增強(qiáng)織物。其經(jīng)向和緯向纖維不是相互交織，而是用另一種編織材料將它相互纏繞而成。所以經(jīng)向和緯向纖維都處于準(zhǔn)直狀態(tài)不形成彎曲，從而使拉擠制品的縱向及橫向強(qiáng)度和模量都比無(wú)捻粗紗和連續(xù)氈構(gòu)成復(fù)合材料高得多。
玻璃纖維表面氈是將定長(zhǎng)短切原絲隨機(jī)均勻鋪放，并用粘接劑粘結(jié)成很薄的氈，厚度為0.3～0.4mm。它可以使制品表面光滑、美觀、并能提高制品的耐老化性能。
(2)聚酯纖維表面氈聚酯纖維表面氈在國(guó)外已廣泛用于拉擠制品、玻璃鋼管和罐、SMC制品及手糊玻鋼制品的表面層，取代c玻纖表面氈，效果很好，成本也不高。拉擠制品常用的聚酯纖維表面氈如美國(guó)的Nexus 111-10和Nexus 131-10兩種，都是有孔眼結(jié)構(gòu)，大寬度為3657mm。采用Nexus表面氈不僅能改善制品的表觀質(zhì)量，而且能大大提高耐疲勞、抗沖擊、防腐蝕和耐老化性能Nexus表面氈的貼敷性和拉伸性能都比c玻纖表面氈好得多。拉擠過(guò)程中很少產(chǎn)生斷頭，所以能減少停車(chē)，提高拉擠速度。還能減少模具磨損，提高模具的使用壽命。
(3)碳纖維、芳綸纖維及其織物主要用于高性能拉擠制品。常用的碳纖維是通用型碳纖維。如日本的T-300。芳綸纖維主要是芳綸1414。如美國(guó)的Kevlar49。也可采用碳纖維，芳綸及玻纖的混雜纖維。
3、其他助劑
粉狀填料常用的有SiO2、CaCO3、滑石粉、硅灰粉、TiO2等，細(xì)度150-300目，用量10%～15%。
阻燃劑：為了提高阻燃性，除用阻燃樹(shù)脂和阻燃固化劑外。還可采用活性及非活性阻燃劑如四溴雙酚A，含水氧化鋁等。
色料：通常采用無(wú)機(jī)顏料，用量0.5%～5%。應(yīng)先配成溶液或糊狀物再使用。
三、拉擠成型
拉擠成型工藝形式很多，分類(lèi)方法也很多。如間歇式和連續(xù)式，立式和臥式，濕法和干法，履帶式牽引和夾持式牽引，模內(nèi)固化和模內(nèi)凝膠模外固化，加熱方式有電加熱、紅外加熱、高頻加熱、微波加熱或組合式加熱等。環(huán)氧拉擠成型的典型工藝是采用連續(xù)濕法臥式拉擠工藝(圖9-24)，是由導(dǎo)紗、浸膠、預(yù)成型、固化成型，牽引和切割等工序組成。
預(yù)成型模的作用是使浸漬纖維能準(zhǔn)確地按設(shè)計(jì)要求的位置進(jìn)人成型模具，擠掉多余膠液，提高浸漬效果。預(yù)成型模截面尺寸應(yīng)比成型模具大5%～10%，以保證含膠量比制品高一些。
成型模具的作用是實(shí)現(xiàn)坯料的壓實(shí)、成型和固化。模具截面尺寸應(yīng)考慮樹(shù)脂的成型收縮率。模具長(zhǎng)度與固化速度、模具溫度、制品尺寸、拉擠速度、增強(qiáng)材料性質(zhì)等有關(guān)，一般為600～1200mm。模腔光潔度要高以減少摩擦力，延長(zhǎng)使用壽命，易于脫模。通常用電加熱。環(huán)氧樹(shù)脂行業(yè)協(xié)會(huì)專(zhuān)家表示，對(duì)高性能復(fù)合材料采用微波加熱。模具人口處需有冷卻裝置，以防膠液過(guò)早固化。浸膠工序主要掌握膠液相對(duì)密度(黏度)和浸漬時(shí)間。其要求和影響因素與預(yù)浸料相同。
固化成型工序主要掌握成型溫度、模具溫度分布、物料通過(guò)模具的時(shí)間(拉擠速度)，這是拉擠成型工藝的關(guān)鍵工序。在拉擠成型過(guò)程中，預(yù)浸料穿過(guò)模具時(shí)產(chǎn)生一系列物理的、化學(xué)的和物理化學(xué)的復(fù)雜變化，迄今仍不很清楚。大體上講按照預(yù)浸料通過(guò)模具時(shí)的狀態(tài)，可把模具分成三個(gè)區(qū)域。增強(qiáng)材料以等速穿過(guò)模具，而樹(shù)脂則不同。在模具入口處樹(shù)脂的行為近似牛頓流體，樹(shù)脂與模具內(nèi)壁表面處的黏滯阻力減緩了樹(shù)脂的前進(jìn)速度，并隨離模具內(nèi)表面距離的增加，逐漸恢復(fù)到與纖維相當(dāng)?shù)乃健?br />
預(yù)浸料在前進(jìn)過(guò)程中，樹(shù)脂受熱發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，黏度降低，黏滯阻力增加，并開(kāi)始凝膠，進(jìn)入凝膠區(qū)。逐漸變硬，收縮并與模具脫離。樹(shù)脂與纖維一起以相同的速度均勻向前移動(dòng)。在固化區(qū)受熱繼續(xù)固化，并保證出模時(shí)達(dá)到規(guī)定的固化度。固化溫度通常大于膠液放熱峰的峰值，并使溫度、凝膠時(shí)間和牽引速度相匹配。預(yù)熱區(qū)溫度應(yīng)較低，溫度分布的控制應(yīng)使固化放熱峰出現(xiàn)在模具中部靠后些，脫離點(diǎn)控制在模具中部。三段的溫差控制在20～30℃，溫度梯度不宜過(guò)大。還應(yīng)考慮固化反應(yīng)放熱的影響。通常三個(gè)區(qū)域分別用三對(duì)加熱系統(tǒng)來(lái)控溫。
牽引力是保證制品順利出模的關(guān)鍵。牽引力的大小取決于產(chǎn)品與模具間的界面剪應(yīng)力。剪應(yīng)力隨牽引速度的增加而降低，并在模具的入口處、中部和出口處出現(xiàn)三個(gè)峰值。人口處的峰值是由該處樹(shù)脂的黏滯阻力產(chǎn)生的。其大小取決于樹(shù)脂黏性流體的性質(zhì)、入口處溫度及填料含量。在模具內(nèi)樹(shù)脂黏度隨溫度升高而降低，剪應(yīng)力下降。隨著固化反應(yīng)的進(jìn)行，黏度及剪應(yīng)力增加。第二個(gè)峰值與脫離點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，并隨牽引速度的增加，大幅度降低。第三個(gè)峰值在出口處，是制品固化后與模具內(nèi)壁摩擦而產(chǎn)生的，其值較小。牽引力在工藝控制中很重要。要使制品表面光潔，則要求脫離點(diǎn)處的剪應(yīng)力(第二個(gè)峰值)小，并且盡早脫離模具。牽引力的變化反應(yīng)了制品在模具中的反應(yīng)狀態(tài)，并與纖維含量、制品形狀和尺寸、脫模劑、溫度、牽引速度等有關(guān)。
四、拉擠成型中常出現(xiàn)的缺陷及原因分析
(1)粘模，甚至把制品拉斷。原因是纖維及填料量少；內(nèi)脫模劑效果不好或太少；固化度太低。
(2)起鱗，表面光潔度差。原因是脫離點(diǎn)剪應(yīng)力太大，產(chǎn)生爬行蠕動(dòng)；脫離點(diǎn)太超前于固化點(diǎn)。
(3)固化不均勻，不穩(wěn)定或不完全。原因是牽引速度太快；溫度波動(dòng)或太低；制品太厚；固化時(shí)間太短。
(4)制品表面不平整，有溝痕。纖維含量低，局部含紗量太少；粘模、模具劃傷。
(5)白斑。表面是氈的制品常出現(xiàn)局部發(fā)白或露有白紗現(xiàn)象。原因是浸潰不好，氈層過(guò)厚或氈本身性能不好；有雜質(zhì)混入，在氈層間形成氣泡；表面樹(shù)脂層太薄。
(6)裂紋。表面樹(shù)脂層過(guò)厚易產(chǎn)生表層裂紋；固化不均易產(chǎn)生較深的裂紋。
(7)表面起毛。原因是：纖維過(guò)多；樹(shù)脂與纖維粘結(jié)不良，偶聯(lián)劑效果差。
(8)表面起皺，破碎。表面樹(shù)脂層過(guò)厚；成型壓力小；纖維含量太少。
(9)制品彎曲、扭曲變形。原因是固化不均勻，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力所致；制品中材料分布不均，導(dǎo)致固化收縮不勻；出模時(shí)制品未完全固化，在牽引力作用下變形。
(10)缺邊角。原因是纖維含量不足；下模配合精度差或已劃傷，造成合模面上固化物粘結(jié)、積聚，導(dǎo)致制品缺角、缺邊。
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