毕业设计（论文）-环氧树脂拉挤内脱模剂的研究.doc

Xx理工大学学士学位论文XX理工大学本科生毕业设计（论文） 环氧树脂拉挤内脱模剂的研究学院（系）： 材料科学与工程学院 专业班级： 复合材料专业0701班学生姓名： 指导教师： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密囗，在 年解密后适用本授权书2、不保密囗 。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 年 月 日导师签名： 年 月 日目 录摘 要1Abstract21 绪论31.1 环氧树脂31.1.1环氧树脂的类型31.1.2 环氧树脂的性质31.1.3 环氧树脂固化剂41.1.4 环氧树脂在复合材料领域的应用41.2 拉挤成型工艺51.2.1 拉挤成型工艺原理51.2.2 拉挤成型工艺的特点51.2.3 拉挤成型工艺制品的应用61.2.4 拉挤成型工艺的国内外研究现状及发展71.3 本文研究内容72 内脱模剂的研究82.1 内脱模剂的作用机理82.2 内脱模剂的选择82.2.1 对内脱模剂的要求92.2.2 实验一92.2.3 实验二92.3 小结103 拉挤棒材产品的生产113.1 拉挤成型工艺要素113.2 生产材料及设备113.3 树脂配方及玻纤用量113.3.1 树脂配方113.3.2 玻璃纤维用量123.4 拉挤棒材工艺参数及效果123.4.1 工艺参数控制123.4.2 工艺参数的确定123.5 小结144 棒材的性能测试154.1 拉挤制品的性能154.2 棒材的拉伸性能测试154.2.1 测试内容154.2.2 测试结果及分析154.3 拉挤棒材的面内剪切性能测试174.3.1测试内容174.3.2 测试结果及分析174.4 棒材的树脂含量测定194.4.1 测试内容204.4.2 测试结果与分析204.5 小结215 结论226.展望23参考文献24致 谢25摘 要本文围绕环氧树脂拉挤内脱模剂进行了研究。对环氧树脂、拉挤工艺及内脱模剂进行了详细介绍。通过实验选择适合的内脱模剂，并确定树脂配方、玻纤用量以及工艺参数，生产出合格的拉挤棒材，并对拉挤棒材进行拉伸、剪切等力学性能测试和树脂含量测定。论文主要研究了内脱模剂在环氧树脂拉挤工艺上的重要作用，内脱模剂的选择，拉挤棒材的生产和拉挤试样的力学性能。研究结果表明：内脱模剂要有较好的脱模效果要满足很多条件，其中很关键的一点是能在树脂中均匀分散，且在树脂凝胶前能够迁移到成型物表面。在生产过程中模具的温度、牵引速率的控制和固化剂的选择是很关键的。本文的特色在于：通过实验确定了内脱模剂及其配方，对不同工艺参数条件下生产出的拉挤棒材出现的不同表面现象进行了分析。 关键词：环氧树脂 拉挤成型 内脱模剂 拉挤棒材AbstractThis paper focus on the internal release agent for pultruded epoxy resin.It describes the epoxy resin, pultrusion process and the release agent in detail,choose the right internal release agent by experiments and determine the resin formulation, glass fiber content and the pultrusion process parameters,produce the specimens of bar,it makes the tests of ensile and shear mechanical properties and resin content for specimens.Paper studies the internal release agent in the pultrusion process on the important role,the choice of the internal release agent ,the production of pultruded specimens and the mechanical properties of pultruded specimens.The results show that if the internal release agent will be usefull,it must be satisfy a number of conditions,but one of the important conditions is it can disperse in the resin uniformly,and migrate to the surface of material before the resin gels. It is very important to control the temperature of the mold and the traction rate in the production process and the curing agent s choice .This papers characteristic is determine the internal release agent and the formulation by experiments,and give the analysis for under different process parameters appear to different surface conditions.Key Words：epoxy resin; pultrusion; internal release agent; pultrusion bar .1 绪论拉挤成型工艺是一种采用增强纤维和热固性树脂基体进行连续模塑的成型工艺,从原理上看,拉挤成型工艺的设备及工艺均十分简单,但由于浸过树脂的纤维是在加热的模具内固化后被连续地拉出,因此,固化后的纤维/树脂体能否迅速同模具分离(即脱模),是拉挤的关键技术之一,特别是对于环氧树脂的拉挤,由于树脂本身和金属具有较强的粘接强度,同时树脂固化其收缩率极低,所以环氧树脂的拉挤脱模更加困难,这不仅对环氧树脂拉挤模具提出了更高的技术要求(如镀铬、渗氮等)1,更重要的是在环氧树脂中必须加入适合于拉挤的专用内脱模剂。1.1 环氧树脂凡分子结构中含有环氧基团的高分子化合物统称为环氧树脂。固化后的环氧树脂具有良好的物理化学性能，它对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，介电性能良好，变定收缩率小，制品尺寸稳定性好，硬度高，柔韧性较好，对碱及大部分溶剂稳定，因而广泛应用于国防、国民经济各部门，作浇注、浸渍、层压料、粘接剂、涂料等用途。1.1.1环氧树脂的类型 根据分子结构，环氧树脂大体上可分为五大类： 1、 缩水甘油醚类环氧树脂 2、 缩水甘油酯类环氧树脂 3、 缩水甘油胺类环氧树脂 4、 线型脂肪族类环氧树脂 5、 脂环族类环氧树脂1.1.2 环氧树脂的性质1、形式多样。各种树脂、固化剂、改性剂体系几乎可以适应各种应用对形式提出的要求，其范围可以从极低的粘度到高熔点固体。 2、固化方便。选用各种不同的固化剂，环氧树脂体系几乎可以在0180温度范围内固化。 3、粘附力强。环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存在，使其对各种物质具有很高的粘附力。环氧树脂固化时的收缩性低，产生的内应力小，这也有助于提高粘附强度。 4、收缩性低。环氧树脂和所用的固化剂的反应是通过直接加成反应或树脂分子中环氧基的开环聚合反应来进行的，没有水或其它挥发性副产物放出。它们和不饱和聚酯树脂、酚醛树脂相比，在固化过程中显示出很低的收缩性（小于2%）。 5、力学性能。固化后的环氧树脂体系具有优良的力学性能。 6、电性能。固化后的环氧树脂体系是一种具有高介电性能、耐表面漏电、耐电弧的优良绝缘材料。 7、化学稳定性。通常，固化后的环氧树脂体系具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性。像固化环氧体系的其它性能一样，化学稳定性也取决于所选用的树脂和固化剂。适当地选用环氧树脂和固化剂，可以使其具有特殊的化学稳定性能。 8、尺寸稳定性。上述的许多性能的综合，使环氧树脂体系具有突出的尺寸稳定性和耐久性。 9、耐霉菌。固化的环氧树脂体系耐大多数霉菌，可以在苛刻的热带条件下使用。1.1.3 环氧树脂固化剂环氧树脂固化剂是与环氧树脂发生化学反应,形成网状立体聚合物,把复合材料骨材包络在网状体之中. 使线型树脂变成坚韧的体型固体的添加剂。包括多种类型。 （1）按酸碱性质分为碱性和酸性两类碱性固化剂:包括脂肪二胺、 多胺、 芳香族多胺、双氰双胺、 咪唑类、 改性胺类;酸性固化剂:包括有机酸酐、 三氟化硼及其络合物。（2）按固化机理分为加成型和催化型加成型固化剂:包括脂肪胺类、 芳香族、 脂肪环类、 改性胺类、 酸酐类、 低分子聚酰胺和潜伏性胺;催化型固化剂:包括三级胺类和咪唑类。（3）根据多元分类法分为显在型和潜伏型1.1.4 环氧树脂在复合材料领域的应用应用于汽车：玻璃钢车壳，玻璃钢地板，玻璃钢槽车,控制系统 仪器仪表电器零部件，显示器,汽车干式点火线圈,玻璃钢部件、防滑粒方向盘套、环氧树脂局部加强材料。 应用于工厂设备：玻璃钢氧气瓶，玻璃钢贮槽，玻璃钢容器、管道，模具，螺旋浆，织机箭杆，飞机蜂窝结构件，引擎盖，辊筒，轴，装机基础找平，自流平地坪、电磁线圈，先导阀、玻璃零部件、玻璃钢泵阀，电碳制品、建筑工程结构件、机用传动装置部件。 应用于绝缘材料：覆铜板，玻璃钢板、管、棒，变压器，继电器，高压开关，绝缘子，互感器，阻抗器，电缆头，电子器件、元件的密封或包封和塑封，报警器、固体电源、FBT回扫变压器、聚焦电位器、摩托车、汽车等机动车辆点火线圈、电子、电器零部件、发光二极管，信号灯，全封闭蓄电池，电机封装,温度变送器、录音机磁头、线路板封闭、集成电路、二、三极管分立器件、无源滤波器、LED的结构封装、封装太阳能电池板、电源组件、IC 调节器和固态继电器、煤矿安全巡查系统、本质安全型模块、自动重合器。 应用于体育用品：玻璃钢安全帽，球拍，高尔夫球杆，钓鱼杆，保龄球，雪撬，冲浪板，玻璃钢赛艇、帆船、赛车、躺椅、曲棍球杆。 应用于其它：飞机机身、直升机螺旋叶片，风力发电机叶片，医学仪器、手术刀柄,心脏起搏器、工艺品 珠宝、阀门密封件、水工建筑工程、场致发光屏、混凝土抗磨层、保温材料、动物模型、航天飞行器、船用尾轴、舵轴、化学木材、塔身加固、磁悬浮列车轨道、太阳能电池乐器、环氧装饰品、玻璃钢帐篷杆具、刀柄、窗户、家具、泵、拐杖、显卡、红外滤光器、数字显示器、矩阵辐射器、发光二极管与光电二极管、实验室台面、彷真树、预制磨石 道路桥梁路面。1.2 拉挤成型工艺拉挤成型于1951年首次在美国注册专利，60年代发展很慢，7080年代进入快速发展阶段。我国起步则较晚，直到90年代随着拉挤专用树脂技术的引进生产才进入快速发展时期。目前，引进及国产拉挤生产线已超过200条。我国发展拉挤与欧美形式相似：先开发形状简单的棒材，然后随着化工防腐、电力、采矿等行业的发展与需求，开发了型材制品，但主要是一些不饱和聚酯树脂类，目前这些技术已经比较成熟。但对于环氧树脂在拉挤成型工艺中的应用还有许多有待解决的问题。1.2.1 拉挤成型工艺原理 拉挤成型工艺是纤维增强热固性复合材料的成型方法之一2。可用于生产断面形状固定不变，长度不受限制的型材或其他材料制品。拉挤成型工艺是将浸渍树脂胶液的连续纤维经加热模拉出，然后再通过加热室使树脂进一步固化而制备具有单向高强度连续增强复合材料型材的成型工艺。根据所用设备的结构形式可分为卧式和立式两大类。卧式拉挤机结构比较简单，操作方便34。因此它在拉挤工业中应用较多。拉挤成型工艺流程为:配树脂玻璃纤维粗纱排布预成型挤压模塑及固化牵引切割制品简述：把无捻粗纱纱团装在纱架上，开卷的纱束通过一系列导向辊和集束栅板、集纱辊后，进入树脂浸渍胶槽浸透树脂。然后纱束通过预成型模，该模是根据制品所要求的断面形状而配置的导向装置。在该模中排出多余的树脂和气泡之后进入冷模。冷模中用冷却水冷却，使树脂粘度增大，减少流失，最后进入成型模，使纤维增强材料和树脂在模中成型固化，再由牵引装置拉出，通过切割装置切成所需长度的制品。1.2.2 拉挤成型工艺的特点 复合材料拉挤成型工艺是制造高纤维体积含量、高性能、低成本复合材料的一种重要方法，具有以下特点567:(l)工艺简单、高效，适合于高性能纤维复合材料的大规模生产。拉挤的线速度可以达到4m/min以上，加上一模可同时拉挤数件产品，更进一步提高了生产效率。(2)拉挤能最好地发挥纤维的增强作用。在大多数复合材料成型工艺中纤维是不连续的，这使纤维强度损失极大。即使连续纤维缠绕，由于纤维的弯曲、交迭等也使其强度有一定损失。例如螺旋缠绕中，纤维的强度发挥一般只有75一85%。在拉挤工艺中，纤维不仅连续而且充分伸直，是发挥纤维强度的理想形式。(3)质量波动小。拉挤工艺的自动化程度高、工序少、时间短、操作技术和环境对制品质量影响都很小，因此用同样原材料，拉挤工艺制品质量稳定性较其他工艺制品要高。拉挤制品的性能波动可控制在5%之内。(4)拉挤制品的形状和尺寸的变化范围大，尤其在长度上几乎没有限制，理论上可以生产任意长度的制品。(5)拉挤复合材料的增强材料和树脂基体的选材广泛。(6)拉挤工艺中原材料利用率高，废品率低。拉挤成型的原材料利用率在95%以上，而手糊工艺却只有约75%。(7)拉挤工艺也有一些局限性，主要是制备非直线形，变截面制品困难，不能利用不连续的增强材料等。1.2.3 拉挤成型工艺制品的应用 利用拉挤成型制品的优良电性能和轻质高强特性，在电气工业中可用它生产电线杆，电工用脚手架，绝缘板，导线管，无线电天线杆，光学纤维电缆和各种其他电气元器件。事实上，电气工业是拉挤成型制品应用最早的工业领域。 拉挤成型制品有优良的耐化学，耐环境腐蚀能力，用它代替不锈钢，陶瓷等耐腐蚀结构材料生产用于石油化工，自来水处理，废气、水处理的各种管、罐、塔、槽和过滤栅等制品，可以大大延长这些设施的使用寿命，减少维修，提高生产效率8。拉挤成型制品的最大优势是力学性能好，这使得它在各种建筑，机械制造中大显神通。用它代替结构钢、合金铝、优质木材等材料，可以制造汽车保险杠、车辆和机床驱动轴、车身骨架、板簧，运输储罐、包装箱等。在这些场合，它既能提供足够的强度，又减轻了结构的质量，达到了减少能量消耗和增加运输能力的双重目的。此外，由于它同时具有强度高、耐腐蚀性能好和自润滑的特性，使它成为制造农机具的极佳材料。现代楼房、桥梁建筑中也要求结构材料强度高、抗振性能好、耐大气腐蚀。拉挤成型制品满足这些要求，是理想的建筑材料91011。拉挤成型制品在军工上也有广泛的用途。除在各种飞机、车辆、舰船上用作结构材料外，也可用于坦克、装甲车的复合装甲、枪炮部件、支架、弹药包装箱、伪装器材等。由于它的强度高、重量轻、抗振抗腐蚀性能好，可减少维修保养，提高部队的机动能力。用它制作导弹、火箭弹外壳，可减轻弹体重量，提高射程12。1.2.4 拉挤成型工艺的国内外研究现状及发展 拉挤成型工艺几乎是与玻璃钢工业本身同步发展起来，第一项拉挤专利问世于上世纪50年代初期。但是，拉挤制品真正进入结构材料领域还是上世纪70年代初的事，之后，拉挤成型才成为一种广泛应用的工艺技术，并逐渐引起社会各界的重视。拉挤成型工艺本身在许多关键技术取得重大突破(树脂和表面毡的问世)之后，得到了迅速的发展13。对拉挤的共性问题，国外的学者进行了大量的研究工作，现阶段的热点主要集中在对拉挤工艺模型的完善和发展及计算机技术的应用、拉挤产品的开发及性能研究、热塑性复合材料拉挤工艺研究、拉挤工艺的技术改进研究，如甩M一Pultrusion、环形拉挤、缠绕拉挤工艺编织辅助拉挤等。我国对拉挤工艺的研究始于60年代中期，北京玻璃钢研究设计院、武汉理工大学、哈尔滨玻璃钢研究所、上海玻璃钢研究所、秦皇岛耀华玻璃钢厂、西安绝缘材料厂等在这一领域做了大量的研究和应用开发工作，但基本主要集中在不饱和聚脂树脂和环氧树脂，而采用酚醛树脂作为基体少有涉及。客观地讲，现阶段我国的拉挤工艺技术水平还处于发达国家80年代初期的水平，由于没有专业的科研机构及大专院校的加盟，加之我国生产力水平及原辅材料的制约，故技术发展速度较慢，甚至于各企业在激烈的市场竞争中把生产过程中获得的一些实践经验都作为一种“技艺”而加以保密。因此提高我国的整体拉挤工艺水平是一项紧迫而艰巨的任务14。但对于环氧树脂在拉挤成型工艺中的应用还有许多有待解决的问题。1.3 本文研究内容 围绕环氧树脂拉挤成型工艺研究环氧树脂专用内脱模剂，本文进行了如下的研究工作: （1）根据各种要求通过实验选择出合适的内脱模剂。 （2）在拉挤机上通过改变工艺参数生产出拉挤棒材。 （3）对拉挤棒材进行各种性能测试，对比不同实验配方，不同实验参数的材料差异。2 内脱模剂的研究脱模剂是为了改善热固性或热塑性树脂在成型加工过程中的操作工艺性和脱模性能而添加的一类助剂。根据它与树脂的相容性和作用可分为内脱模剂和外脱模剂。对于热塑性树脂体系有时又把脱模剂称为润滑剂。其中外脱模剂主要是一类与树脂基体不相容的物质，且能与金属模具表面起润滑和脱模作用，这类脱模剂在浇铸和模压等成型工艺中早已得到了广泛的使用，内脱膜剂是近十几年来随着拉挤、注射等连续成型工艺而发展起来的新型脱模剂。内脱模剂除要求与树脂基体不发生任何反应，与金属模具表面有润滑作用以外，还要求与树脂基体在常温(或某一温度)下有较好的相容性，在一定的固化温度(对热固性树脂而言)或成型温度(对热塑性树脂而言)下能迅速从树脂基体的预凝胶化表面或须成型表面迁移到复合材料表面(发生相分离)，从而起到良好的脱模作用。2.1 内脱模剂的作用机理 内脱模剂在拉挤工艺中的作用分段说明如下： 1.玻璃纤维浸渍树脂后进入模具预热区，树脂受热但尚未固化，此时物料前进时所受的阻力较小。内脱模剂在物料内及其与模具界面间都起润滑作用，减小阻力。2.在固化反应的凝胶区，树脂变得越来越粘稠，阻力相当大，若处理不当就会粘模、掉末、堵模、断纱，以至于中断工艺，被迫停车。若重新清模、引纱;不仅费时费工，还造成材料浪费，模具受损。这区间如有优质内脱模剂，固化时，它将部分迁移到界面，起脱模和界面润滑双重作用，一方面使粘滞的物料不粘附于模具上，一方面大大降低运动时的阻力，使物料顺利前进;并保持其整体性，可形成与模具截面同型的、完整光滑的表面。这一区是内脱模剂最起作用的关键性区域。3.在完成凝胶，树脂继续固化的区域，已基本定型的物料仍一面受热一面前进，此时阻力较前一段小，但树脂固化尚不充分，强度较低，容易受损，若稍有一点掉末，就会加大阻力，加剧摩擦和损伤，甚至发展到堵塞模具，中断工艺。所以在此区间内脱模剂的脱模和润滑减阻作用也是十分重要的。它能降低牵引力，使制品顺利离模，表面完整光滑.通用的外脱模剂绝大部分属于非极性物质，以利于与树脂分离。而内脱模剂作用时必须均匀地混人树脂胶液中，通常采用含有较弱极性基团和非极性部分的表面活性剂类物质。其非极性部分多为长碳链，柔顺的分子链有良好的润滑作用。拉挤时内脱模剂即在整个过程中发挥作用，其优良效能保证工艺持续进行。2.2 内脱模剂的选择对于不同的体系所要求的内脱模剂有所不同，所以在此针对环氧树脂体系通过实验选出相对较好的专用内脱模剂。2.2.1 对内脱模剂的要求 为了满足难度较大的拉挤工艺的各项特殊需要，对内脱模剂有许多要求。1.能起到上述润滑和脱模作用，降低在牵引时物料所受的阻力，使制品按需要的型面成型，离模后表面完整光滑。这是必须达到的最基本的要求。2.内脱模剂能均匀地分散在树脂内，并保持相对稳定，不聚集，无明显地上浮或下沉。3.内脱模剂的加人不可影响树脂胶液的使用期及其固化反应，不可降低固化后产品的性能。4.内脱模剂的加人不可腐蚀或损害浸胶设备和拉挤模具;能保持模具表面的清洁与光滑，不必经常清理，节省人力和时间.5.保证制品表面完整光滑，不需额外的后处理。6.对人体无毒性，不影响操作人员的健康。2.2.2 实验一要求内脱模剂要在树脂内能够均匀的分散，在一定的时间内不与树脂出现分离。具体实验内容如下：（1）实验材料及设备：A(含氟树脂1)、B(含氟树脂2)、C(含氟树脂3)、D(含氟树脂4)、环氧树脂、小烧杯、烘箱。（2）实验内容步骤：在四个小烧杯中都称入20g环氧树脂，再在小烧杯中分别加入0.4g内脱模剂A、B、C、D,并做好标记。由于环氧树脂粘度太大，内脱模剂不易与树脂相溶，所以将小烧杯放入80的烘箱中，待其粘度降低后，将内脱模剂与树脂搅匀。之后开始计时并观察其是否分离。（3）实验结果如下：A：一直为澄清液体，5小时后烧杯底部有白色絮状物。B：1.5小时后烧杯底部有黄色沉淀物。C：1.5小时后烧杯底部有黏流态液体出现。D：0.5小时后液体表面出现白皮。（4）实验结论分析：由实验结果可知，内脱模剂A在环氧树脂中均匀分散的时间最长，B、C次之，D相对较短。对于拉挤工艺，由于其连续生产，所以要求时间较长，而如果内脱模剂在较短的时间里就与树脂分离，就不能达到脱模的效果，通过实验表明内脱模剂A、B、C较长时间才产生分离可以达到拉挤成型工艺的要求。2.2.3 实验二在实验一中选出了内脱模剂A、B、C,但却不知道其能否脱模，或脱模效果如何。而且有必要确定树脂配方中内脱模剂的含量，因为如果其含量太低就不能达到脱模的效果，而含量太高有可能会影响到其制品的某些性能，而且还会造成不必要的浪费。其具体实验内容如下：（1）实验材料及设备：A(含氟树脂1)、B(含氟树脂2)、C(含氟树脂3)、硬酯酸锌、环氧树脂、改性胺、小烧杯、烘箱。（2）实验内容步骤：实验配方如表1。按表1所示对各药品进行称量加到小烧杯中，并加入等量的硬酯酸锌、改性胺，标记好。置于烘箱里加热，保持1202小时，然后再提高到150保持23个小时。最后观察脱模效果。表1 实验配方序号树脂质量（g）内脱模剂含量A1201%AA2202%AA3203%AB1201&BB2202%BB3203%BC1201%CC2202%CC3203%C（3）实验结果如下：a.A1、A2与小烧杯分离时均有玻璃粘附，A3能完全与小烧杯分离。b.B1、B2、B3都能与小烧杯分离，且都没有玻璃粘附。其分离难易程度为，B3最容易，B2次之，B1相对较难分离。c.C1、C2、C3效果较差，分离时都有玻璃粘附在其表面。（4）由实验结果可知，内脱模剂C没有起到很好的脱模效果，所以将它放弃。内脱模剂A中只有A3的脱模效果较好，所以选择A3的配方。内脱模剂B中应该都能起到脱模的效果，但为了选择最好的配方，所以选择B3，此外B3还能与A3起到对比的作用。2.3 小结（1）内脱模剂在拉挤成型工艺中起着至关重要的作用，是拉挤成型工艺能连续生产的保证，所以对内脱模剂的研究有很重要的意义。（2）根据内脱模剂要能与树脂均匀混合的要求，在A、B、C、D四种内脱模剂中，通过实验一得到A、B、C三种内脱模剂符合要求。（3）根据要求选择脱模效果较好的内脱模剂，且确定其配方。由实验二得到3%的内脱模剂A和3%的内脱模剂B符合要求。3 拉挤棒材产品的生产3.1 拉挤成型工艺要素（1）增强材料传送系统 如纱架、毡铺展装置、纱孔等。（2）树脂浸渍 直槽浸渍法最常用，在整个浸渍过程中，纤维和毡排列应十分整齐。（3）预成型 浸渍过的增强材料穿过预成型装置，以连续方式谨慎地传递，以便确保它们的相对位置，逐渐接近制品的最终形状，并挤出多余的树脂，然后再进入模具，进行成型固化。（4）模具以及温度 模具是在系统确定的条件下进行设计的。根据树脂固化放热曲线及物料与模具的摩擦性能，将模具分成三个不同的加热区，其温度由树脂系统的性能确定。模具是拉挤成型工艺中最关键的部分，典型模具的长度范围在0.61.2m之间。（5）牵引装置 牵引装置本身可以是一个履带型拉出器或两个往复运动的夹持装置，以便确保连续运动。（6）切割装置 型材由一个自动同步移动的切割锯按需要的长度切割。3.2 生产材料及设备（1） 模具：哈佛模具。模具长为900mm，制备直径为8mm的棒材。（2） 树脂：改性环氧树脂。（3） 固化剂：改性混合胺。（4） 促进剂：DMP-30。（5） 内脱模剂：硬酯酸锌、A(含氟树脂1)、B(含氟树脂2)。（6） 玻璃纤维：巨石集团。9600Tex玻纤纱及1200Tex玻纤纱。3.3 树脂配方及玻纤用量3.3.1 树脂配方配方一 树脂：固化剂：促进剂：硬酯酸锌：内脱模剂B=100：72：3：2：3配方二 树脂：固化剂：促进剂：硬酯酸锌：内脱模剂A=100：72：3：2：33.3.2 玻璃纤维用量玻纤纱用量采用以下公式计算： N=S1.83Tex100 （3.1） 其中:N纤维股数， S拉挤制品面积， Tex所用纤维长度为1千米的质量。以上配方实际用纱量均为9600Tex代人公式计算量再加一束1200Tex。3.4 拉挤棒材工艺参数及效果3.4.1 工艺参数控制应该得到控制的最关键的工艺参数是工艺速度与模具温度。当模具长度一定时，工艺速度决定了材料在模具中的停留时间。对许多拉挤配方，通常的停留时间为1min或更少。例如，以1m/min的速度通过一根1m长的模具，则材料在模具中通过的时间是1min。模具温度曲线决定了材料的加热速度，影响其在模具内所达到的固化度。树脂的反应活性决定了反应的引发点、放热峰值的位置及放热的幅度。设定模具的加热曲线就能通过热传导来加速或抑制反应，从而影响上述特性。对工艺线上树脂质量的注意力越少，就越有可能遇上加工困难。如果使用的不同批号的树脂，其反应活性也可能不同，则再稳定的工艺参数也会产生不同的固化度。因此，测定拉挤模具内反应位置的工艺放热试验就显得很重要。这一试验的方法是在当增强层将要进入模具时在其中引入一根一次性的热电偶，当热电偶随材料通过模具时，记录温度数据。这一试验所记录下的数据(模具不同位置的温度及材料在不同位置的放热温度)是很有意义的。充分理解这些数据材料进模温度、引发温度、峰值、出模温度就能完全制定工艺条件。有许多工艺缺陷是由于缺乏对工艺参数的控制，或缺乏对材料与工艺的相互作用的知识所引起的。通过控制工艺温度与速度，则许多工艺缺陷如内裂纹、表面裂纹、分层、起泡及树脂流损等都能减至最小甚至消除。产品是否完全固化可用固化度来衡量，固化度常使用巴柯尔硬度计来检验。一件拉挤产品从机器上切下，待其冷至室温即马上进行测定，其巴氏硬度值应不低于50。还有其它测定固化度的试验，包括使用热分析技术测定残余反应活性测定成品的介电损耗值等。3.4.2 工艺参数的确定拉挤工艺内脱模剂的作用是使成型物在动态过程中连续脱模。由于浸渍过树脂的纤维要在加热的模具中固化并被连续的拉出，因此，固化后的纤维/树脂能否同模具分离，是拉挤工艺成功的关键之一15。在选择内脱模剂时，除要求不影响树脂体系的适用期及反应速度，主要要求内脱模剂能均匀分散在树脂中，并且能在树脂凝胶前从树脂中迁移到成型物表面，否则起不到脱模作用。陈平16等根据相分离的热力学和动力学理论，利用stokes一Einstein方程推导出内脱模剂从基体树脂迁移到成型物表面所需的时间td: （3.2）式中:RB为内脱模剂的均方半径;A为树脂粘度;K为波尔兹曼常数;T为模具区的绝对温度;CB为脱模剂的浓度。从公式可以看出，当凝胶过程开始，体系粘度将急剧增加，较大尺寸分子的运动将被冻结，此时脱模剂的迁移时间将趋向于，即在工艺过程中根本就没有迁移出的可能性，因此脱模剂的迁移过程必须在树脂凝胶之前完成。当成型物进入模具时，由于纤维的径向运动趋势，成型物中的树脂会向表层运动，在成型物表面形成很薄的富树脂层。由于表面温度高，富树脂层中的脱模剂分子发生相分离向表层迁移的时间就大大缩短。但如果迁移路径太长，在树脂开始凝胶时还没迁移到表面，就被冻结在成型物中单独成相，往往这种可能性占很大比例。在满足工艺要求的前提下，脱模剂的量一定要通过试验控制到最低，这样才能既保证脱模剂分子迁移到树脂表层起到脱模的作用，又能使残留在树脂中的内脱模剂尽量少，以免影响产品性能。从公式中还可以看出，每一种脱模剂必须同一定的树脂体系及工艺条件相适应，才能确保脱模过程的顺利进行。表2为生产棒材的工艺参数及所得到棒材的不同表面状况。其中13号棒材为配方一所制得，AS号棒材为配方二制得。表2 生产工艺参数及其表面状况序号预热区温度（）凝胶区温度（）固化区温度（）牵引速率（cm/min）牵引力(KN)表面状况1120160180252.7好2130160180253.9略有白粉312016018019.82.3好A120160180302.7好B120160180353.1好C12016018040.22.6好D120160180452.2略有白粉E12016018050.63.2白粉更多一点F130160180502.9好G130160180553.3好H130160180603.6略有白粉J140160180602.9好S150160180603.3好 结果分析：（1）在配方一中，2号表面状况不如1、3号，但由于配方一在拉挤过程中由于树脂温度较低内脱模剂有析出现象，所以着重对配方二进行分析。（2）在配方二中，AE的各温度段相同，牵引速率依次增加，可以看出速率较小时其表面状况都较好，当速率增加到45cm/min以后棒材表面开始出现白粉，速率再大些就出现的更多。其原因是增大牵引速率就会使材料在各温度段停留的时间缩短，而如果材料在预热区的时间过短，即ttd，内脱模剂在材料进入凝胶区前可以从基体树脂中迁移到成型物表面，因此能起到很好的脱模效果。（4）在F、G、H系列中，牵引速率逐渐增大，其脱模效果变差，原因与（2）相类似。（5）H、G、S系列中，预热区温度升高，脱模效果变好。原因与（3）类似，也可由stokes一Einstein方程解释。3.5 小结（1）根据棒材的要求，确定树脂的配方和所用玻纤的用量。（2）在生产过程中，对工艺参数，特别是模具温度和牵引速率的确定很重要，因为其脱模效果会出现很大的差距。（3）为了生产出较好的棒材，通过改变工艺参数来实现，并且对比不同参数条件下制品的表面状况，利用stokes一Einstein方程分析其出现的原因。 4 棒材的性能测试4.1 拉挤制品的性能(l)较高的机械强度。玻璃钢强度主要由玻璃纤维来承担，由于拉挤成型充分发挥了纤维的作用，与其它成型工艺的玻璃钢相比，其强度是最高的，是手糊的3倍，模压的2倍，达到或超过普通钢材的水平。(2)耐腐蚀性能好。由于制品在高温高压下成型，制品的内部结构密实无气孔，表面有一层光洁的富树脂层，因而不易受腐蚀性介质的侵蚀。(3)使用寿命长。树脂固化程度高.拉挤制品表面硬度(巴柯硬度)达60一70，而一般手糊制品的表面硬度在40上下，致密的结构大大延长了制品使用寿命。4.2 棒材的拉伸性能测试 参考GB/T13096.1-1991。沿试样轴向匀速施加静态拉伸载荷，直到试样断裂或达到预定的伸长，在整个过程中，测量施加在试样的载荷和试样的伸长，以测定伸长应力（拉伸屈服应力、拉伸断裂应力或拉伸强度）、拉伸弹性模量、泊松比、断裂伸长率和绘制应力-应变曲线等。4.2.1 测试内容（1）试样的制备。按图一所示制备试样，每组试样制备3个样品，并做好标记。图中各单位为mm。 图一 拉伸试样（2）测量试样的工作直径，即试样中直径最小的部分。（3）在万能测试机上进行测试。记录其最大载荷和抗拉强度。4.2.2 测试结果及分析 表3为棒材的拉伸测试结果。表3 拉伸强度测试结果序号直径（mm）最大载荷（N）拉伸强度（Mpa）拉伸强度平均值（Mpa）11.12.165374.51467.4 1478.6 1.22.361291475.9 1.32.4872061492.5 22.12.3766751513.9 1447.6 2.22.386520.51466.4 2.32.376007.51362.5 33.12.4575211596.2 1598.0 3.22.4474371591.3 3.32.685261606.7 AA12.677761465.3 1455.4 A22.487093.51469.2 A32.5573081431.7 BB12.456472.51373.6 1432.1 B22.356397.51475.7 B32.3462191446.8 CC12.447000.51497.9 1489.9 C22.3263451501.7 C32.336265.51470.2 DD12.4469871495.0 1509.1 D22.4673861554.8 D32.456961.51477.4 EE12.5570771386.4 1379.5 E22.4969811434.3 E32.4964141317.8 FF12.5168011375.2 1391.0 F22.4866241372.0 F32.4667741426.0 GG12.4569151467.5 1439.2 G22.5167741369.7 G32.487147.51480.4 HH12.4862101286.2 1265.2 H22.4960991253.1 H32.56163.51256.3 JJ12.5271911442.5 1424.8 J22.5270861421.4 J32.674851410.5 SS12.486607.51368.6 1392.1 S22.376034.51368.6 S32.3863991439.1 结果分析：以上棒材的拉伸力学性能相差不大，其平均值在1450Mpa左右，以3号配方的拉伸强度最高。但也可以发现脱模效果不好的其抗拉强度相对较小。如，1、2、3号中2号抗拉强度较小，A、B、C、D、E中E的较小，F、G、H中H的较小，其原因可能是内脱模剂在固化完成后没有及时从树脂体系中迁移出来，导致其力学性能降低。4.3 拉挤棒材的面内剪切性能测试 参考GB/T13096.3-1991。4.3.1测试内容 （1）试样的制备。按图二所示制备试样，每组试样制备5个样品，并做好标记。图中各单位为mm。 图二 剪切试样 （2）测量试样中两切口间棒材的直径。 （3）在万能测试机上进行测试。记录其最大载荷。（4）测量剪切面的高度，由公式计算：抗剪切强度=最大载荷/(直径*剪切面高度)4.3.2 测试结果及分析表4为棒材的面内剪切测试结果。表4 面内剪切测试结果序号直径（mm）最大载荷（N)剪切面高度（mm）面内剪切强度（MPa）面内剪切强度平均值（MPa）11.18.34042.517.8927.2 32.4 1.28.3459618.9729.2 1.38.35092.517.8334.4 1.48.35515.517.6537.6 1.58.3524518.8733.5 续表4序号直径（mm）最大载荷（N)剪切面高度（mm）剪切强度（MPa）剪切强度平均值（MPa）22.18.34330.518.3828.4 29.6 2.28.3499517.933.6 2.38.34198.518.1827.8 2.48.3423018.0128.3 2.58.3452818.2130.0 33.18.3639018.342.1 39.5 3.28.36154.519.0239.0 3.38.3555317.837.6 3.48.3530419.2133.3 3.58.3696318.4445.5 AA18.35602.518.4936.5 37.0 A28.35662.518.237.5 A38.3648918.542.3 A48.3442518.0229.6 A58.3593618.339.1 BB18.3450017.8230.4 35.2 B28.3498318.6332.2 B38.3610818.340.2 B48.35230.518.1534.7 B58.3592518.5838.4 CC18.3475518.6830.7 28.5 C28.3406818.5426.4 C38.3370218.1424.6 C48.3523218.2534.5 C58.34069.518.5426.4 DD18.34771.517.8232.3 31.3 D28.34786.517.7232.5 D38.34315.518