玻璃鋼拉擠工藝的發展趨勢
玻璃鋼拉擠工藝的發展趨勢
拉擠成型的特點：一是工藝簡單、高效，適合于高性能纖維復合材料的大規模生產，拉擠線速度己知達到4 m/min以上，加上可同時生產多件產品，更進一步提高了生產效率。二是拉擠能好地發揮纖維的增強作用。在大多數復合材料制造工藝中，纖維是不連續的，這使纖維強度損失極大。即使連續纖維纏繞，由于纖維的彎曲、交迭等也使其強度有一定損失。例如螺旋纏繞中，纖維的張度發揮一般只有75%一85%。在拉擠中，纖維不僅連續而且充分展直，是發揮纖維強度的理想形式。三是質量波動小。拉擠工藝自動化程度高，工序少，時間短，操作技術和環境對制品質量影響都很小，因此用同樣原材料，拉擠制品質量穩定性較其他工藝制品要高。
拉擠成型這項工藝，目前還在發展之中，從國外發展趨勢來看，為生產大尺寸、復雜截面、厚壁產品，發展重點為：新型海洋用復合材料、電力傳輸、民用工程的結構組件、以及高層建筑項目。同時拉擠工藝也從模腔內“黑色藝術”發展到以更加科學的實驗手段，反復驗證研究模內固化動力學，借助于各種電子設備、樹脂注射、模具設計等不斷優化質量，提高生產率。隨著先進設備的發展，那些之前被認為不可想象的工藝也將不斷涌現。
在線編織拉擠成型法
為提高拉擠制品的橫向強度即抗沖擊性能，出現了將編織和拉擠相結合的編織拉擠工藝。可根據產品需要，選擇合理的纖維角度，調節產品徑向強度與軸向強度的比例，實現產品的特殊性能要求。
傳統的復合材料編織是芯軸在編織機上以一定軌道勻速運動來實現的，編織的預成型體的浸漬可以通過手糊或自動噴射技術或在成型的編織點直接添加樹脂。理論上，與其他預成型體制造技術相比，編織的管狀制件適合拉擠成型。編織的大優點在于能夠把單向纖維引入到編織結構中，軸向纖維可以從任意編織纖維接點處引入。這種結構使連續周向增強體和軸向增強體有機結合成很穩定的預制體。
編織物（braid）所有的纖維均斜交，與軸線夾角不呈0°與90°。編織原理與編織管如圖所示。編織過程中，纖維的運動軌跡為螺旋線。選擇合理的纖維角度可調節成品管材徑向強度與軸向強度的比例，選擇適宜的纖維排列密度可滿足強度與外觀的要求。
為適合工藝要求，現成的編織機需進行局部改造，將原機上的卷取部分――搖柄、蝸輪、卷取盤等取下。原卷取軸改換為相應直徑的芯模，此芯模伸入模具內，其外徑即為管材內徑，故對其須有尺寸精度與光潔度的要求；此軸應牢固固定，不得有抖動。其根部直徑可較伸入模具部分段直徑略大。
圖示中，芯模自縫編機尾端直穿入模具，故無傳統浸膠槽。樹脂通過泵在壓力下注入模具前端的腔內。
在線編織的坯管由拉擠機的牽引裝置弋引，芯模固定不動。坯管沿芯?？椇茫尚灸Ｇ岸诉M入模具，在模具前端的樹脂浸漬區內浸漬樹脂（樹脂系在壓力下源源注入模腔），經牽引通過加熱的模具（基體樹脂在模內膠凝、固化），終成為FRP管材成品。
聚氨酯拉擠
采用拉擠工藝制造復合材料制品已有數十年歷史。拉擠工藝傳統使用的樹脂有聚酯、乙烯基酯、環氧樹脂等。使用聚氨酯樹脂進行拉擠是較新開發的技術，德國拜耳材料科學公司正在大力推進這種技術的發展，并已促成若千聚氨酯拉擠產品成功上市。
用于拉擠的這種新型雙組分聚氨酯是用方法把多元醇與一種高反應性的異氰酸酯混合形成的。異氰酸脂是為優化拉擠成型特性而選用的，其特性是：粘度低(保證纖維良好浸漬)，膠凝時間長(方便啟停)，聚合迅速(提高成型速度)，表面光潔度良好，成本具有競爭力。與其他材料相比，用聚氨酯拉擠可產生多種效益。它可以提高制品中玻璃纖維含量而使制品強度大大提高。例如，用玻璃纖維與聚氨酯樹脂拉擠窗框，所得窗框的強度比PVC窗框高8倍，其導電性比鋁低40倍，因而絕緣性能好得多。同時，因為聚氨酯拉擠窗框的脆性更小，它們不會開裂而經久耐用。
采用聚氨酯拉擠技術，在以下方面凸顯優點。
?。?）用傳統樹脂拉擠某些型材時，可能要求使用多達4或5種不同的玻璃纖維氈。這些氈必須裁切造形，采用聚氨酯拉擠，常常可以用玻纖無捻粗紗來代替玻纖氈。取消玻纖氈后就減少了原料成本以及操作氈所耗的勞力成本。取消氈后，在很多情況下都能提高生產線速度，從而提高成本效益。另一方面，用無捻粗紗代替氈后，纖維體積含量可以增至80%左右，而大多數非聚氨酯拉擠制品的纖維含量為60%。這樣，更高的玻纖含量與性能更好的樹脂相結合，打造了強度和剛度更好的聚氨酯拉擠型材。
(2)聚氨酯拉擠制品更高的強度性能開拓了一些新的應用。這些制品可以用于聚醋樹脂不能勝任的用途，在建筑、基礎設施和交通運輸市場代替鋼和鋁材。
(3)將原有的拉擠系統轉換成聚氨酯拉擠系統比較簡單、方便和經濟，無需大的投資。原有的模頭、加熱器和機組仍可使用。需要改裝的設備有兩件:樹脂計量/混合器和樹脂注射箱。其一，因為聚氨酯是雙組分體系，故需用一種專門的計量/混合裝置；其二，因為聚氨酯樹脂的反應活性，還需要把傳統的敞式樹脂槽取消，代之以樹脂注射系統，以適應聚氨酯更快的膠凝時間。拜耳材料科學公司專門設計了一種樹脂注射箱，以優化拉擠過程中玻璃纖維的浸漬。該注射箱的安裝位置與拉擠模的進口頂面齊平。注射箱可用高密度聚乙烯材料制成，以減少成本，方便清潔和防止纖維損傷。樹脂兩種組分的泵送速度與樹脂消耗速度匹配，并在注射箱中保持足夠壓力，以保證玻璃纖維浸透。
(4)除了上述物理性能和成型優點之外，聚氨酯拉擠制件還具有裝配優點，特別是緊固方便。由聚氨酯的強度，在聚氨酯拉擠制品上裝入螺釘時，不需預先鉆孔，這樣就可節省時間和勞力。反過來，在聚氨酯拉擠制品中拔出螺釘所需的力量是在聚脂拉擠制品中拔出螺釘所需力量的兩倍多。
CRTM（反應注射拉擠）
反應注射成型是20世紀70年代后期發展起來的。玻璃纖維通過導紗器和預成型模后，進入連續樹脂傳遞模塑模具中，在模具中以穩定的高壓和流量，注入專用樹脂，使玻璃纖維充分浸透和排除氣泡，充分浸透和不含氣泡的玻璃纖維在牽引機的牽引下進入模具的固化成型模具內，從而實現連續樹脂傳遞模塑（Continuous Resin Transfer Molding Pultrusion Process CRTM）或稱注射拉擠 。這種方法所用原料不是聚合物，而是將兩種或兩種以上液態單體或預聚物，以一定比例分別加到混合頭中，在加壓下混合均勻，立即注射到閉合模具中，在模具內聚合固化，定型成制品。由于所用原料是液體，用較小壓力即能快速充滿模腔，所以降低了合模力和模具造價，特別適用于生產大面積制件。反應注射成型要求各組分一經混合，立即快速反應，并且物料能固化到可以脫模程度。因此，要采用專用原料和配方，有時制品還需進行熱處理以改善其性能。成型設備的關鍵是混合頭的結構設計、各組分準確計量和輸送。此外，原料貯罐及模具溫度控制也十分重要。反應注射拉擠具有以下優點：
1. 玻璃纖維充分浸透，所生產的FRP制品中微氣泡含量少，機電性能優良；
2. 供樹脂系統與大氣容易隔離，產品性能不易受環境影響；
3. 注射的樹脂一直保持有相同的固化特性（一直是“新膠”）；
4. 容易得到透明的產品，使產品缺陷（如夾雜、結紗等）易于發現和剔除。
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拉擠成型的特點：一是工藝簡單、高效，適合于高性能纖維復合材料的大規模生產，拉擠線速度己知達到4 m/min以上，加上可同時生產多件產品，更進一步提高了生產效率。二是拉擠能好地發揮纖維的增強作用。在大多數復合材料制造工藝中，纖維是不連續的，這使纖維強度損失極大。即使連續纖維纏繞，由于纖維的彎曲、交迭等也使其強度有一定損失。例如螺旋纏繞中，纖維的張度發揮一般只有75%一85%。在拉擠中，纖維不僅連續而且充分展直，是發揮纖維強度的理想形式。三是質量波動小。拉擠工藝自動化程度高，工序少，時間短，操作技術和環境對制品質量影響都很小，因此用同樣原材料，拉擠制品質量穩定性較其他工藝制品要高。
拉擠成型這項工藝，目前還在發展之中，從國外發展趨勢來看，為生產大尺寸、復雜截面、厚壁產品，發展重點為：新型海洋用復合材料、電力傳輸、民用工程的結構組件、以及高層建筑項目。同時拉擠工藝也從模腔內“黑色藝術”發展到以更加科學的實驗手段，反復驗證研究模內固化動力學，借助于各種電子設備、樹脂注射、模具設計等不斷優化質量，提高生產率。隨著先進設備的發展，那些之前被認為不可想象的工藝也將不斷涌現。
在線編織拉擠成型法
為提高拉擠制品的橫向強度即抗沖擊性能，出現了將編織和拉擠相結合的編織拉擠工藝。可根據產品需要，選擇合理的纖維角度，調節產品徑向強度與軸向強度的比例，實現產品的特殊性能要求。
傳統的復合材料編織是芯軸在編織機上以一定軌道勻速運動來實現的，編織的預成型體的浸漬可以通過手糊或自動噴射技術或在成型的編織點直接添加樹脂。理論上，與其他預成型體制造技術相比，編織的管狀制件適合拉擠成型。編織的大優點在于能夠把單向纖維引入到編織結構中，軸向纖維可以從任意編織纖維接點處引入。這種結構使連續周向增強體和軸向增強體有機結合成很穩定的預制體。
編織物（braid）所有的纖維均斜交，與軸線夾角不呈0°與90°。編織原理與編織管如圖所示。編織過程中，纖維的運動軌跡為螺旋線。選擇合理的纖維角度可調節成品管材徑向強度與軸向強度的比例，選擇適宜的纖維排列密度可滿足強度與外觀的要求。
為適合工藝要求，現成的編織機需進行局部改造，將原機上的卷取部分――搖柄、蝸輪、卷取盤等取下。原卷取軸改換為相應直徑的芯模，此芯模伸入模具內，其外徑即為管材內徑，故對其須有尺寸精度與光潔度的要求；此軸應牢固固定，不得有抖動。其根部直徑可較伸入模具部分段直徑略大。
圖示中，芯模自縫編機尾端直穿入模具，故無傳統浸膠槽。樹脂通過泵在壓力下注入模具前端的腔內。
在線編織的坯管由拉擠機的牽引裝置弋引，芯模固定不動。坯管沿芯?？椇茫尚灸Ｇ岸诉M入模具，在模具前端的樹脂浸漬區內浸漬樹脂（樹脂系在壓力下源源注入模腔），經牽引通過加熱的模具（基體樹脂在模內膠凝、固化），終成為FRP管材成品。
聚氨酯拉擠
采用拉擠工藝制造復合材料制品已有數十年歷史。拉擠工藝傳統使用的樹脂有聚酯、乙烯基酯、環氧樹脂等。使用聚氨酯樹脂進行拉擠是較新開發的技術，德國拜耳材料科學公司正在大力推進這種技術的發展，并已促成若千聚氨酯拉擠產品成功上市。
用于拉擠的這種新型雙組分聚氨酯是用方法把多元醇與一種高反應性的異氰酸酯混合形成的。異氰酸脂是為優化拉擠成型特性而選用的，其特性是：粘度低(保證纖維良好浸漬)，膠凝時間長(方便啟停)，聚合迅速(提高成型速度)，表面光潔度良好，成本具有競爭力。與其他材料相比，用聚氨酯拉擠可產生多種效益。它可以提高制品中玻璃纖維含量而使制品強度大大提高。例如，用玻璃纖維與聚氨酯樹脂拉擠窗框，所得窗框的強度比PVC窗框高8倍，其導電性比鋁低40倍，因而絕緣性能好得多。同時，因為聚氨酯拉擠窗框的脆性更小，它們不會開裂而經久耐用。
采用聚氨酯拉擠技術，在以下方面凸顯優點。
?。?）用傳統樹脂拉擠某些型材時，可能要求使用多達4或5種不同的玻璃纖維氈。這些氈必須裁切造形，采用聚氨酯拉擠，常常可以用玻纖無捻粗紗來代替玻纖氈。取消玻纖氈后就減少了原料成本以及操作氈所耗的勞力成本。取消氈后，在很多情況下都能提高生產線速度，從而提高成本效益。另一方面，用無捻粗紗代替氈后，纖維體積含量可以增至80%左右，而大多數非聚氨酯拉擠制品的纖維含量為60%。這樣，更高的玻纖含量與性能更好的樹脂相結合，打造了強度和剛度更好的聚氨酯拉擠型材。
(2)聚氨酯拉擠制品更高的強度性能開拓了一些新的應用。這些制品可以用于聚醋樹脂不能勝任的用途，在建筑、基礎設施和交通運輸市場代替鋼和鋁材。
(3)將原有的拉擠系統轉換成聚氨酯拉擠系統比較簡單、方便和經濟，無需大的投資。原有的模頭、加熱器和機組仍可使用。需要改裝的設備有兩件:樹脂計量/混合器和樹脂注射箱。其一，因為聚氨酯是雙組分體系，故需用一種專門的計量/混合裝置；其二，因為聚氨酯樹脂的反應活性，還需要把傳統的敞式樹脂槽取消，代之以樹脂注射系統，以適應聚氨酯更快的膠凝時間。拜耳材料科學公司專門設計了一種樹脂注射箱，以優化拉擠過程中玻璃纖維的浸漬。該注射箱的安裝位置與拉擠模的進口頂面齊平。注射箱可用高密度聚乙烯材料制成，以減少成本，方便清潔和防止纖維損傷。樹脂兩種組分的泵送速度與樹脂消耗速度匹配，并在注射箱中保持足夠壓力，以保證玻璃纖維浸透。
(4)除了上述物理性能和成型優點之外，聚氨酯拉擠制件還具有裝配優點，特別是緊固方便。由聚氨酯的強度，在聚氨酯拉擠制品上裝入螺釘時，不需預先鉆孔，這樣就可節省時間和勞力。反過來，在聚氨酯拉擠制品中拔出螺釘所需的力量是在聚脂拉擠制品中拔出螺釘所需力量的兩倍多。
CRTM（反應注射拉擠）
反應注射成型是20世紀70年代后期發展起來的。玻璃纖維通過導紗器和預成型模后，進入連續樹脂傳遞模塑模具中，在模具中以穩定的高壓和流量，注入專用樹脂，使玻璃纖維充分浸透和排除氣泡，充分浸透和不含氣泡的玻璃纖維在牽引機的牽引下進入模具的固化成型模具內，從而實現連續樹脂傳遞模塑（Continuous Resin Transfer Molding Pultrusion Process CRTM）或稱注射拉擠 。這種方法所用原料不是聚合物，而是將兩種或兩種以上液態單體或預聚物，以一定比例分別加到混合頭中，在加壓下混合均勻，立即注射到閉合模具中，在模具內聚合固化，定型成制品。由于所用原料是液體，用較小壓力即能快速充滿模腔，所以降低了合模力和模具造價，特別適用于生產大面積制件。反應注射成型要求各組分一經混合，立即快速反應，并且物料能固化到可以脫模程度。因此，要采用專用原料和配方，有時制品還需進行熱處理以改善其性能。成型設備的關鍵是混合頭的結構設計、各組分準確計量和輸送。此外，原料貯罐及模具溫度控制也十分重要。反應注射拉擠具有以下優點：
1. 玻璃纖維充分浸透，所生產的FRP制品中微氣泡含量少，機電性能優良；
2. 供樹脂系統與大氣容易隔離，產品性能不易受環境影響；
3. 注射的樹脂一直保持有相同的固化特性（一直是“新膠”）；
4. 容易得到透明的產品，使產品缺陷（如夾雜、結紗等）易于發現和剔除。
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