拉挤成型工艺参数与实例分析

拉挤成型工艺参数包括成型温度、牵引速度、配方设计、纤维含量等。纤维在通过模具的过程中,按其在模具中的不同状态可以把模具分为预热区、胶凝区和固化区,并使用3对加热板来对应相应的位置,如图。

拉挤成型工艺参数与实例分析-CompositesPlus

(图片来源:《复合材料成型工艺及应用》黄家康主编)

脱离点是指树脂脱离模具的点,就是树脂凝胶固化后与纤维同速通过模具的点。树脂在通过模具的过程中,温度不断升高,通过预热区后树脂开始凝胶、固化,在固化区内产品继续受热固化,以保证产品在出模时具有足够的固化度。

模具温度是根据树脂体系来确定的,一般来讲模具温度需要高于树脂的放热峰值,同时应该在实验中确定温度、拉挤速度、凝胶时间三者的匹配关系。一般三段温差控制在20-30℃,温度梯度不宜过大。

拉挤工艺开始时,速度应先放慢,根据拉挤制品的固化程度逐渐提高拉挤速度。如果拉挤速度过快,产品在模具内不能完全固化,严重影响产品质量,拉挤速度过慢又会降低生产效率,因此需要在实际的生产中进行调试,在保证产品质量的情况下提高生产效率,一般拉挤速度在300mm-500mm/min。

以φ8.5mm圆棒为例进行分析

1.纱束计算

玻纤密度为2.54g/cm^3,

线密度为4.8g/m(4800Tex),

以纤维体积含量70%进行计算:

产品面积A=πr^2≈3.14*(8.5/2)^2=56.71625mm^2

截面中纤维面积A2=0.7A=39.701375mm^2

所需玻纤纱的股数Z=A2*2.54/4.8≈21

因此所需玻纤纱的股数为21股。

2.穿纱

①穿纱之前应该首先计算好纤维排布,防止由于纤维排布不均匀造成的产品质量问题。

②各个导纱板之间穿纱应遵循一定的规律,例如由内到外,由左到右,左右对称等,纱束之间不得纠缠。

③纤维在全部穿过模具并且牵引受力后才可以进行拉挤。纤维穿过模具靠的是纤维之间的的摩擦力,浸润树脂之后纤维之间的摩擦力变小。当纤维全部穿过模具却没有全部受力时,在拉挤时由于摩擦力变小导致后续穿过的纤维停滞而无法拉挤。

3.成型

纤维浸润树脂后,在牵引机的牵引下穿过模具,在模具中成型固化。

①模具温度主要取决于所选择的树脂种类、型号,以环氧树脂4450A3/B3/C3为例,推荐三区的固化温度分别是130/160/160。

②模具温度还与拉挤速度相关。在进行拉挤时,应首先设置较低的模具温度和拉挤速度,在产品质量相对稳定后再缓慢提升温度和速度。

③在拉挤过程中,随着温度、速度、纤维含量等因素的改变,拉挤力可能会随之变化,但只要拉挤力相对稳定在某一数值,就可以正常进行拉挤工作。

(作者边玉伟 来源于北京市碳纤维工程技术研究中心)

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