玻璃鋼光纜增強芯快速拉擠工藝研制

1前言
    自1948年拉擠成型工藝問世,至今已有50多年歷史,但20世紀70年代之后拉擠制品才真正進入結構材料應用領域,成為一種廣泛應用的工藝技術,生產量每年都以 10%以上的速度遞增,成為近期復合材料發展較快的工藝之一。
    拉擠工藝的發展趨勢:(1)幾何形狀趨于復雜;(2)幾何尺寸朝特大或特小的方向發展;(3)拉擠速度日趨提高;(4)熱塑性基體的開發和應用。
    玻璃鋼增強芯光纜是一種直徑比較細(ø0.5mm~4.5mm)的玻璃鋼棒,它替代原光纜中的金屬芯,使增強芯光纜成為全非金屬材料結構,應用范圍更加廣泛。目前,我國的光纜增強芯部分從美國、加拿大等國進口。
    玻璃鋼光纜增強芯的主要技術特點是:(1)全非金屬結構,抗電磁干擾性能優良,適用于電力系統和多雷電、多雨水等氣候環境地區。(2)與金屬芯相比,玻璃鋼具有拉伸強度高、質量輕的特點。(3)玻璃鋼增強芯光纜防彈、防齒咬、防蟻。
    本項目的目的是產品拉擠速度達到2.5m/分鐘;并且滿足玻璃鋼光纜增強芯所有性能的產品,替代進口產品,節約外匯,創造良好的經濟、社會效益。
2研制過程
2.1模具的設計
    我們采用的模具材料為40CrMo,在機械加工后先進行調質處理,使其硬度達到HRC28~30,后進行鍍鉻,鍍層厚度一般為0.05mm左右。本項目模具直徑ø3mm,長度為700mm,模腔表面粗糙度小于等于0.2,模腔直線度為小于等于0.2mm。
    在拉擠工藝中,模具設計是一個非常關鍵的部分,因此,模具的好壞直接影響工藝的成功和制品的品質。
2.2原材料選擇
2.2.1樹脂的選擇
    根據光纜使用環境的要求,我們選擇上緯(上海)精細化工有限公司生產的乙烯基樹脂(牌號為SW98O),該樹脂具有高韌性、抗沖擊等性能,并且適合冷熱變化大的場所使用。
2.2.2玻璃纖維紗的選擇
    根據項目的技術要求,我們選擇兩種纖維紗:
    (1)550Tex高強玻璃纖維紗(南京玻璃纖維研究設計院生產)。
    (2)600Tex無堿玻璃纖維紗(法國圣戈班公司生產)
2.2.3填料的選擇
    為了改善樹脂的工藝性能和降低成本,同時為提高制品的機械性能和硬度,減少體積收縮率,增強耐熱性、自熄性,我們選擇氫氧化鋁作為主要填料,細度為300目左右,并且在使用前,氫氧化鋁必須烘干水分。
2.3配方的研究
    本項目配方的研究主要側重于固化系統的研究。
    在快速拉擠的前提下,為了保證玻璃鋼光纜增強芯的性能要求,我們通過多次的配方試驗和性能測試,確立了高、中、低溫固化系統的不同配方,主要配比如下;
    低溫固化劑0.2~0.8份(樹脂為100份)
    中溫固化劑0.4~1.0份(樹脂為100份)
    高溫固化劑0.8~1.4份 (樹脂為100份)
2.4成型溫度
    在拉擠過程中,材料在通過模腔時發生變化,這時關鍵的是控制模腔的溫度。玻璃纖維浸膠后通過加熱的金屬模具,按其在模具中不同狀態,把模具分為三部分,如下圖:

    樹脂在加熱過程中,隨著溫度逐漸升高,樹脂粘度逐漸降低,通過預熱區后,樹脂開始凝膠、固化,模具溫度略大于放熱峰值,預熱區溫度較低,膠凝區和固化區溫度相近。不同的溫度分布使產品固化放熱峰出現在模具的中部編后,三區溫度相差20~30℃左右。
2.5拉擠成型工藝流程

3產品性能測試結果
    試制的產品經測試,性能達到玻璃鋼光纜增強芯的技術指標,具體數據如下:

檢驗項目 單位 技術指標 實測數據
拉伸強度 MPa ≥1100 1 1150
2 1640
拉伸強度模量 GPa ≥50 1 52
2 64
彎曲強度 MPa ≥1100 1 1150
2 1280
彎曲強度模量 GPa ≥50 1 53
2 55
拉伸斷裂伸長率 % ≤4 1 3.7
2 3.5
線膨脹系數 1/℃ <8×10-6 1 6.5×10-6
2 6.4×10-6
比重 g/cm3 2.05-2.15 1 2.07
2 2.07
拉擠速度 m/min 2.5 1 3.0
2 3.0
產品直徑 mm 3.0 1 3.02
2 3.02

注:1一無堿玻璃纖維     2一高彈玻璃纖維
4結論
    (1)由于配方的合理性,拉擠速度為2.5m/min的ø3mm玻璃鋼律的產品性能達到光纜理強芯的技術指標和使用要求。
    (2)玻璃纖維紗的不同,制品的性能也有明顯的區別。
    (3)本項目試制的ø3mm玻璃鋼棒經部分客戶使用,一致反映產品的性能優異,質量穩定。另外,該產品還可用于風箏骨架和傘支架等,應用前景非常廣泛。