一、概述

 

拉擠成型工藝是將浸透膠液的連續(xù)無捻粗紗、氈、帶或布等增強材料，在牽引力的作用下，通過模具加熱擠拉成型、固化，連續(xù)不斷地生產(chǎn)長度不限的玻璃鋼型材。

 

2008 年，拉擠成型工藝用不飽和聚酯樹脂消費量 4 萬噸，過氧化物消費量約為 600 噸。

 

拉擠成型工藝是玻璃鋼成型工藝中的一種特殊工藝，適于生產(chǎn)各種斷面形狀一樣的玻璃鋼型材，如棒、管、實體型材（工字形、槽形、方形型材）和空腹型材等。其優(yōu)點是：

1、生產(chǎn)過程連續(xù)進行，制品質(zhì)量穩(wěn)定，重復(fù)性好；

2、增強材料含量可根據(jù)要求進行調(diào)整，產(chǎn)品強度高；

3、能夠調(diào)整制品的縱向強度和橫向強度，滿足不同的使用要求；

4、能夠生產(chǎn)截面形狀復(fù)雜的制品，滿足特殊場合使用的要求；

5、制品具有良好的整體性，原材料的利用率高；

6、設(shè)備的投資費用低。

 

二、拉擠工藝用原材料

 

1、樹脂基體

在拉擠工藝中，應(yīng)用最多的是不飽和聚酯樹脂，還有環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂、熱固性甲基丙烯酸樹脂、改性酚醛樹脂、阻燃性樹脂等。

 

(1)不飽和聚酯樹脂

用作拉擠的基本上是鄰苯和間苯型。間苯型樹脂有較好的力學(xué)性能、堅韌性、耐熱性和耐腐蝕性能。目前國內(nèi)使用較多的是鄰苯型，因其價格較間苯型有優(yōu)勢，但質(zhì)量因生產(chǎn)廠家不同差距較大，使用時要根據(jù)不同的產(chǎn)品慎重選擇。

 

(2)乙烯基樹脂

乙烯基樹脂具有較好的綜合性能，可提高耐化學(xué)性能和耐水解穩(wěn)定性。

 

(3)環(huán)氧樹脂

環(huán)氧樹脂和不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂相比，具有優(yōu)良的力學(xué)性能、高介電性能、耐表面漏電、耐電弧，是優(yōu)良絕緣材料。

 

(4)酚醛樹脂

它是最早的一類熱固性樹脂。具有突出的瞬時耐高溫燒蝕性能，目前酚醛樹脂已成功應(yīng)用在拉擠成型工藝中。

 

2、增強材料

拉擠工藝用的增強材料主要是玻璃纖維及其制品，如無捻粗紗、玻璃纖維氈等。為了滿足制品的特殊性能要求，可用芳綸纖維、碳纖維、超高分子量聚乙烯纖維及玄武巖纖維等。

 

(1)玻璃纖維

用于拉擠工藝的玻璃纖維主要有無堿、中堿和高強玻璃纖維。

玻璃纖維制品的品種有：

①無捻粗紗

無捻粗紗有并股紗和直接紗，線密度為 1100（1200）號到 4400（4800）號。要求：成帶性好；退解性好；張力均勻；線密度均勻；浸透性好。

②玻璃纖維氈片

短切氈要求：面積質(zhì)量均勻；短切原絲、粘 c 結(jié)劑分布均勻；適中的干氈強度；優(yōu)良浸透性。用于強度要求不太高的制品。

連續(xù)氈增強效果較短切氈好。要求同上。

表面氈起到表面修飾作用和耐酸性。

縫合氈不含粘結(jié)劑，浸透性能好，價格較低。

③玻璃纖維縫編織物可以增加制品的抗張強度及抗彎強度；減輕制品的重量；制品表面平整光滑。

④組合玻璃纖維增強材料，可調(diào)整制品的橫向和縱向強度。

 

(2)碳纖維

多用于要求強度高、重量輕的制品，一般與乙烯基和環(huán)氧樹脂配用。

 

3、輔助材料

（1）引發(fā)劑

引發(fā)劑的特性通常用活性氧含量、臨界溫度、半衰期來表示。

目前常用的引發(fā)劑有：

MEKP(過氧化甲乙酮）

TBPB（過氧化苯甲酸叔丁酯）/TRIGONOX CBPO（過氧化苯甲酰）PERKADOX CH-50,PERKADOX CH-50X,PERKADOX CH-50L

TBPO（過氧化異辛酸叔丁酯）/TRIGONOX 21S

BPPD(過氧化二碳酸二苯氧乙基酯）

PERKADOX 16[過氧化二碳酸雙（4—叔丁基環(huán)已酯）]

實際應(yīng)用中很少有用單組分的，通常都是雙組分或三組分按不同的臨界溫度搭配使用。

 

（2）環(huán)氧樹脂固化劑

常用的有酸酐類、叔胺、咪唑類固化劑。

 

（3）著色劑

拉擠中的著色劑一般以顏料糊的形式出現(xiàn)。

 

（4）填料

填料可以降低制品的收縮率，提高制品的尺寸穩(wěn)定性、表面光潔度、平滑性以及平光性或無光性等；有效的調(diào)節(jié)樹脂粘度；可滿足不同性能要求，提高耐磨性、改善導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性等，大多數(shù)填料能提高材料沖擊強度及壓縮強度，但不能提高拉伸強度；可提高顏料的著色效果；某些填料具有極好的光穩(wěn)定性和耐化學(xué)腐蝕性；可降低成本。

選擇填料的粒度最好要有個梯度，以達到最佳的使用效果?，F(xiàn)在也有對填料進行表面處理來加大用量。

 

（5）脫模劑

脫模劑具有極低的表面自由能，能均勻浸濕模具表面，達到脫模效果。優(yōu)良的脫模效果是保證拉擠成型工藝順利進行的主要條件。

早期的拉擠成型工藝是用外脫模劑，常用的有硅油等。但用量很大且制品表面質(zhì)量不理想，現(xiàn)已采用內(nèi)脫模劑。

內(nèi)脫模劑是將其直接加入到樹脂中，在一定加工溫度條件下，從樹脂基體滲出擴散到固化制品表面，在模具和制品之間形成一層隔離膜，起到脫模作用。

內(nèi)脫模劑一般有磷酸酯、卵磷酸、硬脂酸鹽類、三乙醇胺油等。其中以硬脂酸鋅的脫模效果較好。在拉擠生產(chǎn)中，人們通常更愿意使用在常溫下為液體狀的內(nèi)脫模劑。目前市售的內(nèi)脫模劑多為伯胺、仲胺和有機磷酸酯與酯肪酸的共聚體的混合物。

 

（6）其它

在拉擠生產(chǎn)中還須根據(jù)制品的特殊要求和工藝需要添加一些其它輔助材料，大致有：

偶聯(lián)劑——可以增加增強材料與樹脂之間粘合強度，提高玻璃鋼的性能，改善界面狀態(tài)，有利于制品的耐老化、耐應(yīng)力及電絕緣性能。常用的有硅烷偶聯(lián)劑。

 

阻聚劑——在夏天的生產(chǎn)中膠料常會發(fā)生自聚，可以適當添加，以延長適用期。常用的阻聚劑有：a-甲基苯乙烯、對苯二酚、叔丁基鄰苯二酚。

 

增韌劑——具有降低玻璃鋼脆性和提高玻璃鋼抗沖擊性能。常用的增韌劑有苯乙烯類、聚烯烴類和苯二甲酸酯類。一般用于環(huán)氧樹脂的拉擠生產(chǎn)中。

 

稀釋劑——可以降低樹脂粘度，改善樹脂對增強材料、填料等的浸潤性；控制固化時的反應(yīng)熱；延長樹脂固化體系的適用期；填料用量增加，降低成本。不飽和聚酯用的稀釋劑主要是苯乙烯、a-甲基苯乙烯、甲基丙烯酸單體等。酚醛樹脂用稀釋劑主要是酒精、丙酮等溶劑。環(huán)氧樹脂用稀釋劑有鄰苯二甲酸二丁酯、含有環(huán)氧基團的低分子化合物等。

 

抗氧劑——能抑制或減緩高分子材料自動氧化反應(yīng)速度。主要有二芳基仲胺、對苯二胺、酮胺、醛胺、單酚、烷基化多酚及硫代雙酚等。

 

光穩(wěn)定劑——能夠抑制或減弱光降解作用，提高聚合物和復(fù)合材料耐光性能的物質(zhì)，由于大多數(shù)光穩(wěn)定劑都吸收紫外光， 所以習慣上把這類物質(zhì)稱為紫外線吸收劑。 主要有水楊酸酯類、二苯甲酮類、苯并三唑類、受阻胺類及有機鎳絡(luò)合物等。

 

熱穩(wěn)定劑——能防止和減少聚合物在加工和使用過程中受熱而發(fā)生降解或交聯(lián)，延長玻璃鋼使用壽命。常用的有鹽基類、脂肪酸皂類、有機錫化合物、復(fù)合型熱穩(wěn)定劑。

 

阻燃劑——能阻止聚合物材料引燃或抑制火焰?zhèn)鞑濉?最常用的和最重要的是阻燃劑是磷、溴、氯、銻和鋁的化合物。

 

三、拉擠工藝用設(shè)備

 

1、送紗及送氈裝置

送紗裝置主要是放置生產(chǎn)所必須的玻璃纖維粗紗紗團紗架。結(jié)構(gòu)一般很緊湊，這樣可以減少占地面積。 大小取決于紗團的數(shù)目， 而紗團的數(shù)目又取決于制品的尺寸。 一般要求穩(wěn)固、換紗方便、導(dǎo)紗自如、無任何障礙，并能組合使用。有框式和梳式兩種形式，可安裝腳輪，便于移動。

送氈裝置主要是一個安放各種氈材并能順利準確地導(dǎo)出的材料架。 在送進過程中， 不必給氈材增加張力。氈材在通常情況下一般不浸膠，而是直接送入模具。

 

2、浸膠裝置

浸膠裝置由樹脂槽、導(dǎo)向輥、壓輥、分紗柵板、擠膠輥等組成。槽內(nèi)配以導(dǎo)紗壓紗輥，樹脂槽的前后要形成一定的角度，使粗紗在進出樹脂槽時的彎曲角度不至于太大而增加張力。 為了能調(diào)節(jié)樹脂的溫度， 樹脂槽一般還設(shè)有加熱裝置， 這對于環(huán)氧樹脂的拉擠尤為重要。

 

3、預(yù)成型裝置

預(yù)成型裝置是根據(jù)制品品種的要求使浸透了樹脂的增強材料逐步除去多余的樹脂，排除氣泡，將產(chǎn)品所需的紗和氈合理地、準確地組合在一起，確保它們的相對位置并使其形狀漸縮并接近于成型模的進口形狀。然后再進入模具，進行成型固化。預(yù)成型裝置沒有固定的模式，要根據(jù)產(chǎn)品的形狀和要求及操作習慣來設(shè)計。

 

4、成型模具

成型模具是拉擠成型技術(shù)的重要工具，成型模具橫截面面積與產(chǎn)品橫截面面積之比一般應(yīng)大于或等于 10，以保證模具有足夠的強度和剛度，加熱后熱量分布均勻和穩(wěn)定。成型模具的長度是根據(jù)成型過程中牽引速度和樹脂凝膠固化速度決定， 以保證制品拉出時達到脫模固化程度。一般采用鋼鍍鉻，模腔表面要光潔，耐磨，以減少拉擠成型中的摩擦阻力和提高

模具的使用壽命。

 

5、牽引設(shè)備

牽引機是拉擠成型工藝中的主機，它必須具備夾持與牽引兩大功能，夾持力、牽引力、牽引速度均需可調(diào)。牽引機有履帶式和液壓式兩大類。履帶式牽引機的特點是運動平穩(wěn)、速度變化量小、結(jié)構(gòu)簡單，適用于生產(chǎn)有對稱面的型材、棒、管等。另一種是液壓牽引機，具有體積緊湊、慣性小，能在很大的范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速、運動平穩(wěn)，與電氣、壓縮空氣相配合，可以實現(xiàn)多種自動化，用于玻璃鋼制品拉擠是非常合適的。

 

6、切割裝置

一般采用標準的圓盤鋸式人造金剛石鋸片，有手動切割和自動切割。自動切割機可以為拉擠生產(chǎn)的自動化提供保障,效率更高。

 

四、輔助設(shè)備

 

1、配料工具

為保證拉擠生產(chǎn)連續(xù)而穩(wěn)定的進行，膠料的配制應(yīng)當準確，盡量做到所配膠料的一致性。

配料工具的選擇和配制顯得很重要。 但在有些生產(chǎn)廠家對此缺乏充分的認識， 配料時很隨意，使生產(chǎn)過程不穩(wěn)定，制品質(zhì)量波動很大。

 

2、攪拌設(shè)備

攪拌機是拉擠生產(chǎn)線主要輔助設(shè)備之一。液壓升降式攪拌機可以滿足拉擠工藝配制膠料的需要。 目前在很多小型的拉擠生產(chǎn)廠家在配制膠料中對攪拌的重要性認識不足， 導(dǎo)致膠料分散不均，制品質(zhì)量的穩(wěn)定性很難保證。

 

3、切氈機

拉擠生產(chǎn)中的玻璃纖維氈片要根據(jù)具體制品的需要裁剪成規(guī)定寬度的尺寸，通常采用切氈機和裁氈機來滿足生產(chǎn)需要。 切氈機是裁切各種纖維氈的專用設(shè)備， 是拉擠生產(chǎn)線輔助設(shè)備之一?？梢酝瓿刹煌瑲志砹俊⒉煌瑲謱挼那懈钚枨?，操作簡便，切氈外表整齊，精確。

 

五、工藝及控制

 

1、拉擠工藝

拉擠成型工藝過程是由送紗、浸膠、預(yù)成型、固化定型、牽引、切斷等工序組成。無捻粗紗從紗架引出后，經(jīng)過導(dǎo)紗裝置進入樹脂槽浸透樹脂膠液，然后進入預(yù)成型模，將多余樹脂和氣泡排出，再進入成型模凝膠、固化。固化后的制品由牽引機連續(xù)不斷地從模具拉出，最后由切斷機定長切斷。

拉擠成型工藝中除立式和臥式機組外， 尚有彎曲形制品拉擠成型工藝， 反應(yīng)注射拉擠工藝等。

增強熱塑性塑料拉擠工藝在最近幾年也取得了一定的突破。最近美國道化學(xué)公司采用聚氨酯與玻纖經(jīng)過拉擠制成強度、韌性、抗損傷性能均很優(yōu)良的型材。其拉擠速度可達到熱固性塑料拉擠速度的 10 倍。

 

2、工藝控制

 

拉擠成型工藝控制的參數(shù)主要包括成型溫度、固化時間、牽引張力及牽引速度等。

 

（1）成型溫度

在拉擠成型過程中，材料在穿越模具時發(fā)生的變化是最關(guān)鍵的。

玻璃纖維浸膠后通過加熱的金屬模具，一般將連續(xù)拉擠過程分為預(yù)熱區(qū)、膠凝區(qū)和固化區(qū)。在模具上使用加熱板或加熱套來加熱。樹脂在加熱過程中，溫度逐漸升高，粘度降低。

通過預(yù)熱區(qū)后，樹脂體系開始膠凝、固化，在固化區(qū)內(nèi)產(chǎn)品受熱繼續(xù)固化，以保證出模時有足夠的固化度。

模具的加熱條件是根據(jù)樹脂體系來確定的。以聚酯樹脂配方為例，一般來講，模具溫度應(yīng)大于樹脂的放熱峰值，溫度上限為樹脂的降解溫度。溫度、膠凝時間、拉速應(yīng)當匹配。預(yù)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)使產(chǎn)品固化放熱峰出現(xiàn)在模具中部靠前，膠凝固化分離點應(yīng)控制在模具中部。溫度梯度不宜過大。

 

（2）拉擠速度的確定

拉擠模具的長度一般為 0.6-1.2m。在一定的溫度條件下，樹脂體系的膠凝時間對工藝參數(shù)速度的確定是非常重要的。一般的說，選擇拉擠速度要充分考慮使產(chǎn)品在模具中部膠凝固化，也即脫離點在中部并盡量靠前。如果拉擠速度過快、制品固化不良或者不能固化，直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量；如果拉擠速度過慢，型材在模中停留時間過長，制品固化過度，并且降低生產(chǎn)效率。

拉擠工藝在啟動時，速度應(yīng)放慢，然后逐漸提高到正常拉擠速度。一般拉擠速度為 500一 1300mm/min?，F(xiàn)代拉擠技術(shù)的發(fā)展方向之一就是高速化。

 

（3）牽引力

牽引力是保證制品順利出模的關(guān)鍵，牽引力的大小由產(chǎn)品與模具之間的界面上的剪切應(yīng)力來確定。在模具中剪切力是隨拉速的變化而變化的。

模具入口處的剪切應(yīng)力與模具壁附近樹脂的粘滯阻力相一致。通過升溫，在模具預(yù)熱區(qū)內(nèi)，樹脂粘度隨溫度升高而降低，剪切力也開始下降。初始峰值的變化由樹脂粘性流體的性質(zhì)決定。另外，填料含量和模具入口溫度也對初始剪切力影響很大。

由于樹脂固化反應(yīng)，它的粘度增加而產(chǎn)生第 2 個剪切應(yīng)力峰。該值對應(yīng)于樹脂與模具壁面的脫離點，并與拉速關(guān)系很大，當牽引速度增加時，這個點的剪切力大大減小。

最后，第 3 區(qū)域也即模具出口處，出現(xiàn)連續(xù)的剪切應(yīng)力，這是由于在固化區(qū)中與模具壁摩擦引起的，這個摩擦力較小。

牽引力在工藝控制中很重要。成型中若想使制品表面光潔，要求產(chǎn)品在脫離點的剪切應(yīng)力較小， 并且盡早脫離模具。 牽引力的變化反應(yīng)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、溫度、拉速等有關(guān)系。

 

（4）各拉擠工藝變量的相關(guān)性

熱參數(shù)、拉速、牽引力三個工藝參數(shù)中，熱參數(shù)是由樹脂系統(tǒng)的特性來確定的，是拉擠工藝中應(yīng)當解決的首要因素。拉擠速度確定的原則是在給定的模內(nèi)溫度下的膠凝時間，保證制品在模具中部膠凝、固化。牽引力的制約因素較多，如：它與模具溫度關(guān)系很大，并受到拉擠速度的控制。 拉速的增加直接影響到剪切應(yīng)力的第二個峰值， 即脫離點處的剪切應(yīng)力；脫模劑的影響也是不容忽視的因素。

為了提高生產(chǎn)效率，一般盡可能提高拉速。這樣可降低模具剪切應(yīng)力，以及制品表面質(zhì)量。對于較厚的制品，應(yīng)選擇較低拉速或使用較長的模具，增加模具溫度，其目的在于使產(chǎn)品能較好地固化，從而提高制品的性能。

為了降低牽引力，使產(chǎn)品順利脫模，采用良好的脫模劑是十分必要的，有時這在成型工藝中起到?jīng)Q定性的作用。

 

六、產(chǎn)品應(yīng)用

拉擠玻璃鋼的應(yīng)用范圍究竟有多大，這是人們關(guān)心的一個問題。據(jù)統(tǒng)計拉擠玻璃鋼可以在國民經(jīng)濟各個產(chǎn)業(yè)部門中都有應(yīng)用。大致有以下幾個方面：

 

a、電氣市場

這是拉擠玻璃鋼應(yīng)用最早的一個市場，目前成功開發(fā)應(yīng)用的產(chǎn)品有：電纜橋架、梯架、支架、絕緣梯、變壓器隔離棒、電機槽楔、路燈柱、電鐵第三軌護板、光纖電纜芯材等。在這個市場中還有許多值得我們進一步開發(fā)的產(chǎn)品。

 

b、化工、防腐市場

化工防腐是拉擠玻璃鋼的一大用戶，成功應(yīng)用的有：玻璃鋼抽油桿、冷卻塔支架、海上采油設(shè)備平臺、 行走格柵、 樓梯扶手及支架、 各種化學(xué)腐蝕環(huán)境下的結(jié)構(gòu)支架、 水處理廠蓋板等。

 

c、消費娛樂市場

這是一個潛力巨大的市場，目前開發(fā)應(yīng)用的有：釣魚竿、帳篷桿、雨傘骨架、旗桿、工具手柄、燈柱、欄桿、扶手、樓梯、無線電天線、游艇碼頭、園林工具及附件。

 

d、建筑市場

在建筑市場拉擠玻璃鋼己滲入傳統(tǒng)材料的市場，如：門窗、混凝土模板、腳手架、樓梯扶手、房屋隔間墻板、筋材、裝飾材料等。值得注意的是筋材和裝飾材料將有很大的上升空間。

 

e、道路交通市場

成功應(yīng)用的有：高速公路兩側(cè)隔離欄、道路標志牌、人行天橋、隔音壁、冷藏車構(gòu)件等。

 

f、農(nóng)村市場

畜圈、禽舍用圍墻柵、溫室框架、支撐構(gòu)件、藤棚、輸水槽等。農(nóng)村是一個潛在的大市場，但因為價格因素制約了其開發(fā)的空間。

 

七、現(xiàn)狀及擔憂

 

1、拉擠行業(yè)的現(xiàn)狀

我國的拉擠工業(yè)在近年來發(fā)展很快，由于投資小上馬快，呈現(xiàn)遍地開花現(xiàn)象，但規(guī)模都不是很大。國內(nèi)拉擠廠大致分為：

(1)國外引進設(shè)備和技術(shù)的原始廠。

(2)由原始廠的從業(yè)人員在取得拉擠經(jīng)驗和銷售渠道而自立門戶的創(chuàng)業(yè)者。

(3)由用戶轉(zhuǎn)為制造的自產(chǎn)自銷者。

(4)因手上有訂單而開始購買設(shè)備與技術(shù)的創(chuàng)業(yè)者。

這樣的狀況形成目前大都數(shù)拉擠廠家都專注于一個市場、一種產(chǎn)品、一種工藝，甚至只對一個用戶。 他們對自已掌握的技術(shù)和用戶嚴守秘密， 其結(jié)果是沒有足夠的人員或時間來試驗新材料的開發(fā)，更談不上市場的開發(fā)。

正是由于拉擠生產(chǎn)線上馬快，導(dǎo)致很多廠家是在低水平上的重復(fù)。由于國內(nèi)市場的開發(fā)力度不足，很多產(chǎn)品都是銷往國外，而訂單大都掌握在國外的代理商手里，形成一塊蛋糕大家搶，勢必自家打起價格戰(zhàn)，樂壞了代理商。

 

2、拉擠現(xiàn)狀的擔憂

目前國內(nèi)拉擠制品很多已形成系列，例如槽型、角型、工字型、方管、矩形管、圓管、圓棒等，但各生產(chǎn)廠家的規(guī)格尺寸，尤其是力學(xué)性能指標各生產(chǎn)廠差距較大，造成用戶在設(shè)計和使用上的不方便。更易使劣質(zhì)產(chǎn)品混入市場，產(chǎn)生質(zhì)量事故，造成不良影響。

 

由于市場的競爭，制品的贏利空間越來越小，這樣價低質(zhì)差的原輔材料便迎合了某些生產(chǎn)廠家，直接后果是產(chǎn)品質(zhì)量下降，最后形成一個怪圈，面多了加水，水多了加面。這樣不利于拉擠工業(yè)的發(fā)展。