拉挤成型(1)方案

1、授授 课课 人：刘东雷（博士）人：刘东雷（博士）单单 位：南昌大学机电工程学院位：南昌大学机电工程学院系系 所：材料成型系所：材料成型系高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室拉挤成型工艺及应用拉挤成型工艺及应用目目 录录v概述概述v原理与设备原理与设备v拉挤模具拉挤模具v原材料原材料v拉挤制品与工艺设计拉挤制品与工艺设计v课后作业课后作业高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室1.1 定义定义 1.2 特点特点1.3 应用应用1.4 发展发展高分子材料成型新

2、技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室1 1 概述概述学习内容学习内容 1.1 1.1 拉挤成型定义拉挤成型定义拉挤是指玻璃纤维粗纱或其织物在外力牵引下拉挤是指玻璃纤维粗纱或其织物在外力牵引下,经经过浸胶、挤压成型、加热固化、定长切割，连续过浸胶、挤压成型、加热固化、定长切割，连续生产玻璃钢线型制品的一种方法。生产玻璃钢线型制品的一种方法。与其它玻璃钢成型工艺相比，其特点是与其它玻璃钢成型工艺相比，其特点是外力拉外力拉拔浸胶玻璃钢纤维或织物拔浸胶玻璃钢纤维或织物，挤压通过加热模具挤压通过加热模具成型、固化成型、固化形成玻璃钢线型材形成玻璃钢

3、线型材, 用于生产断面用于生产断面形状固定不变的玻璃钢制品。形状固定不变的玻璃钢制品。高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室玻璃纤维粗纱排布玻璃纤维粗纱排布浸胶浸胶预成型预成型拉挤模塑及固化拉挤模塑及固化牵引牵引切割切割制品制品包装包装图图1 复合材料拉挤成型工艺过程示意图复合材料拉挤成型工艺过程示意图 1.2 1.2 特点特点高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/K

4、BE研究室研究室（1）制品物理机械性能，尤其是纵向比强度和比刚度优异。）制品物理机械性能，尤其是纵向比强度和比刚度优异。（2）易于实现自动化、生产效率高，质量稳定。）易于实现自动化、生产效率高，质量稳定。（3）工艺过程基本不产生边角料，原材料利用率高。）工艺过程基本不产生边角料，原材料利用率高。（4）制品长度只受空间限制，与设备和工艺无关。）制品长度只受空间限制，与设备和工艺无关。（5）随着原材料和工艺水平的发展，几乎可生产任何复杂截）随着原材料和工艺水平的发展，几乎可生产任何复杂截面的型材，适应不同用途和载荷要求的能力逐步增强。面的型材，适应不同用途和载荷要求的能力逐步增强。 1.3 1.3

5、 应用应用高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室电子电子/电器电器高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室建筑建筑/装饰装饰高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室高分子材料成型

6、新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBE

7、CAD/CAE/KBE研究室研究室机械制造机械制造高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室石油化工石油化工高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室

8、研究室军工领域军工领域高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室 1.3 1.3 发展发展1.3.1 1.3.1 应用领域的发展应用领域的发展p产品多样化：品种趋于多样化。产品多样化：品种趋于多样化。p结构复杂

9、化：尺寸、结构单一的管、棒材向复杂截面、结构复杂化：尺寸、结构单一的管、棒材向复杂截面、厚壁制品等多种结构形式发展。厚壁制品等多种结构形式发展。p应用领域：桥梁、电力传输、民用工程、高层建筑、应用领域：桥梁、电力传输、民用工程、高层建筑、轨道交通等。轨道交通等。高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室（1 1）在线编制拉挤成型法）在线编制拉挤成型法1.3.2 1.3.2 拉挤工艺的发展拉挤工艺的发展编制和拉剂相结合，目的是编制和拉剂相结合，目的是提高制品横向强度。提高制品横向强度。高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术

10、及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室（2 2）聚氨酯拉挤成型法）聚氨酯拉挤成型法德国拜耳德国拜耳高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室 黏度低，保证纤维浸渍效果。黏度低，保证纤维浸渍效果。 凝胶时间长，便于设备启停。凝胶时间长，便于设备启停。 固化聚合迅速，提高成型效率。固化聚合迅速，提高成型效率。 用无捻粗纱代替玻纤材料，降低成本，提高生产效率。用无捻粗纱代替玻纤材料，降低成本，提高生产效率。 用无捻粗纱代替玻纤材料，增强材料体积含量可提高至用无捻粗纱代替玻纤材料，增强材料体积含量可提高至80%，

11、有效提高制品强度，刚度等性能。，有效提高制品强度，刚度等性能。 制品表面光洁度好、装配性能优异。制品表面光洁度好、装配性能优异。 设备投资小、成本低。设备投资小、成本低。聚氨酯：多元醇、异氰酸酯聚氨酯：多元醇、异氰酸酯高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室（3 3）反应注射拉挤成型法）反应注射拉挤成型法连续树脂传递模塑（连续树脂传递模塑（CRTM)CRTM)高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室 原材料是液体，使用较小压力即可快速充模，降低设原材料是液体，

12、使用较小压力即可快速充模，降低设备、模具成本，适合于生产大面积制品。备、模具成本，适合于生产大面积制品。 玻纤充分浸渍，制品中微气泡含量少，机电性能优良。玻纤充分浸渍，制品中微气泡含量少，机电性能优良。 树脂供给系统与大气隔离，产品不易受环境因素影响树脂供给系统与大气隔离，产品不易受环境因素影响 注射的树脂一致保持恒定的固化特性注射的树脂一致保持恒定的固化特性 容易得到透明的产品，产品缺陷（夹杂、结纱）易于容易得到透明的产品，产品缺陷（夹杂、结纱）易于发现和剔除。发现和剔除。原材料为两种或多种液态单体或预聚物原材料为两种或多种液态单体或预聚物2.1 工艺原理工艺原理 2.2 成型设备成型设备高

13、分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室2 2 原理与设备原理与设备学习内容学习内容高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室 2.1 2.1 工艺原理工艺原理玻璃纤维粗纱排布玻璃纤维粗纱排布浸胶浸胶预成型预成型拉挤模塑及固化拉挤模塑及固化牵引牵引切割切割制品制品包装包装高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE

14、/KBE研究室研究室高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室成型工序成型工序排纱系统：纱架、毡铺展装置、缠绕机或编织机等。排纱系统：纱架、毡铺展装置、缠绕机或编织机等。增强材料输送排纱：为了排纱平整，一般采用旋转芯增强材料输送排纱：为了排纱平整，一般采用旋转芯轴，纤维从纱筒外壁引出的，这样可避免扭转现象；轴，纤维从纱筒外壁引出的，这样可避免扭转现象；如采用纤维从纱筒内壁引出的，纱筒固定会使纱发生如采用纤维从纱筒内壁引出的，纱筒固定会使纱发生扭曲不利于玻璃纤维的整齐排布。扭曲不利于玻璃纤维的整齐排布。（1 1）排纱）排纱排纱是将

15、安装在纱架上的增强材料从纱筒上引出并均排纱是将安装在纱架上的增强材料从纱筒上引出并均匀整齐排布的过程。匀整齐排布的过程。高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室将排布整齐的增强纤维均匀浸渍上已配制好的不饱将排

16、布整齐的增强纤维均匀浸渍上已配制好的不饱和树脂的过程，一般是采用将纤维通过装有树脂胶和树脂的过程，一般是采用将纤维通过装有树脂胶槽时进行的。槽时进行的。方法方法:压纱浸渍压纱浸渍直槽浸渍直槽浸渍滚筒浸渍滚筒浸渍压纱和直槽浸渍法最为常用，在整个浸渍过程中，必压纱和直槽浸渍法最为常用，在整个浸渍过程中，必须保证纤维和毡排列十分整齐。须保证纤维和毡排列十分整齐。（2）树脂浸渍）树脂浸渍高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室预

17、浸好的增强材料穿过预成型装置，以连续方式预浸好的增强材料穿过预成型装置，以连续方式运转，以便确保它们的相应位置，经预成型装置运转，以便确保它们的相应位置，经预成型装置将预浸好的增强材料逐步过度成为型材的形状同将预浸好的增强材料逐步过度成为型材的形状同时挤出多余的树脂，然后进入模具，进行成型固时挤出多余的树脂，然后进入模具，进行成型固化。化。（3）预成型）预成型赋于概略形状，可以降低纤维束与固化模入口处的摩擦与赋于概略形状，可以降低纤维束与固化模入口处的摩擦与多余树脂。多余树脂。赋于纤维束或其它补强材适当的位置，以进入固化模。赋于纤维束或其它补强材适当的位置，以进入固化模。高分子材料成型新技术及

18、模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室（4）模塑与固化）模塑与固化拉挤模具拉挤模具：赋于工件的形状：赋于工件的形状加热装置：加热装置：电热板、电波加热电热板、电波加热 、热油循环、热油循环辅助加热：辅助加热：在含浸纤维入模口之前先行预加热（微波加热、在含浸纤维入模口之前先行预加热（微波加热、射频发射器加热）射频发射器加热） 。优点：优点：树脂所需热传导的时间缩短，模具长度可以缩短，用树脂所需热传导的时间缩短，模具长度可以缩短，用于大型工件。于大型工件。模具长度：模具长度：5050150 cm 150 cm 模具材料：工具钢模具材料：工具钢模具形式

19、：整体式、组合式、悬垂式模具形式：整体式、组合式、悬垂式高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室p 成为型材形状的浸胶增强材料进入模具在模具中固成为型材形状的浸胶增强材料进入模具在模具中固化成型。化成型。p 模具的温度根据固化工艺过程进行设计，主要根据模具的温度根据固化工艺过程进行设计，主要根据树脂在固化中的放热曲线及物料与模具的摩擦性能。树脂在固化中的放热曲线及物料与模具的摩擦性能。p 模具三个不同的加热区：预热区、凝胶区和固化区，模具三个不同的加热区：预热区、凝胶区和固化区，以控制固化速度。以控制固化速度。p 模塑及固化是

20、拉挤成型工艺中最关键的部分，模具模塑及固化是拉挤成型工艺中最关键的部分，模具出口与牵引机械之间要有一定的距离，一般采用风冷出口与牵引机械之间要有一定的距离，一般采用风冷的方式冷却型材。的方式冷却型材。 高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室（5）牵引切割）牵引切割牵引区提供工件拉挤时所需的牵引力与速度控制。牵引区提供工件拉挤时所需的牵引力与速度控制。牵引的方式：牵引的方式：履带式履带式 、往覆式往覆式 、环型迥旋式拉拔、环型迥旋式拉拔机构（结合了拉拔与卷曲）。机构（结合了拉拔与卷曲）。高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型

21、新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室履带式牵引机构往覆式牵引机构高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室往复式拉拔机构环形拉挤成型机高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室 2.2 2.2 成型设备成型设备 传送系统传送系统 浸渍系统浸渍系统 预成型系统预成型系统 拉剂模具拉剂模具 牵引装置牵引装置 切割装置切割装置高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室（1）

22、成型机）成型机高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室（2）牵引装置）牵引装置牵引装置高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室（3）切割装置）切割装置切割装置高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/

23、KBE研究室研究室切割装置高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室（4）预热设备）预热设备射频发射器射频发射器3.1 预成型模具预成型模具 3.2 成型模具成型模具高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室3 3 拉挤模具拉挤模具学习内容学习内容高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室 3.1 3.1 预成型模具预成型模具在拉挤成型过程中，增强材料浸渍树脂后（或被浸渍的在拉挤成型过程中，增强材料

24、浸渍树脂后（或被浸渍的同时），在进入成型模具前，必须经过由一组导纱元件同时），在进入成型模具前，必须经过由一组导纱元件组成的预成型模具，预成型模的作用是将浸胶后的增强组成的预成型模具，预成型模的作用是将浸胶后的增强材料，按照型材断面配置形式，逐步形成材料，按照型材断面配置形式，逐步形成近似成型模腔近似成型模腔形状和尺寸的预成型体形状和尺寸的预成型体，然后进入成型模，这样可以，然后进入成型模，这样可以保保证制品断面含纱量均匀证制品断面含纱量均匀。高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室 作用：作用：是将浸透了树脂的增强材料进一步

25、均匀并除去是将浸透了树脂的增强材料进一步均匀并除去多余的树脂和排除气泡，使其形状逐渐形成成型模的多余的树脂和排除气泡，使其形状逐渐形成成型模的进口形状。进口形状。 形状：形状：如拉挤成型管材时，一般使用圆环状预成型模；如拉挤成型管材时，一般使用圆环状预成型模；制造空心型材时，通常使用带有芯模的预成型模；生制造空心型材时，通常使用带有芯模的预成型模；生产异型材时，大都使用形状与型材截面形状接近的金产异型材时，大都使用形状与型材截面形状接近的金属预成型模具。属预成型模具。 原理：原理：在预成型模中，材料被逐渐地成型到所要求的在预成型模中，材料被逐渐地成型到所要求的形状，使增强材料在制品断面的分布符

26、合设计要求。形状，使增强材料在制品断面的分布符合设计要求。高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室 成型模具成型模具横截面面积与横截面面积与产品产品横截面面积横截面面积之比之比一般一般应大于或等于应大于或等于

27、10，以保证模具有足够的强度和刚，以保证模具有足够的强度和刚度，加热后热量分布均匀和稳定。度，加热后热量分布均匀和稳定。 拉挤模具长度拉挤模具长度是根据成型过程中是根据成型过程中牵引速度牵引速度和和树脂树脂凝胶固化速度凝胶固化速度决定，以保证制品拉出时达到脱模决定，以保证制品拉出时达到脱模固化程度。固化程度。 一般采用钢镀铬，模腔表面要求光洁，耐磨，借一般采用钢镀铬，模腔表面要求光洁，耐磨，借以减少拉挤成型是的摩擦阻力和提高模具的使用以减少拉挤成型是的摩擦阻力和提高模具的使用寿命。寿命。 3.2 3.2 成型模具成型模具高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBE

28、CAD/CAE/KBE研究室研究室 成型模具按结构形式可分为：整体式和组合式成型成型模具按结构形式可分为：整体式和组合式成型模两类。模两类。 整体模具是由整体钢材加工而成，一般适用于棒材整体模具是由整体钢材加工而成，一般适用于棒材和管材。组合成型模具有上、下模对合而成。这种和管材。组合成型模具有上、下模对合而成。这种类型的模具易于加工，可生产各种类型的型材，但类型的模具易于加工，可生产各种类型的型材，但制品表面有分型线痕迹。制品表面有分型线痕迹。 空腹制品采用芯模。芯模一端固定，另一端悬臂伸空腹制品采用芯模。芯模一端固定，另一端悬臂伸入上、下模所形成的空间，与上、下模一起构成产入上、下模所形成的空间，与上、下模一起构成产品所需的截面形状。为减少脱模时芯模产生的阻力，品所需的截面形状。为减少脱模时芯模产生的阻力，芯模尾部加工成芯模尾部加工成1/3001/200的锥度，较大的芯模应的锥度，较大的芯模应考虑采用模心加热装置。考虑采用模心加热装置。高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室模具设计的好坏，直接影响拉挤过程中所用牵引力模具设计的好坏，直接影响拉挤过程中所用牵引力大小，若牵引阻力过大，易造成机械事故。经常因大小，若牵引阻力过大，易造成机械事故。经常因某