授課人：劉東雷（博士）單位：南昌大學機電工程學院系所：材料成型系高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室拉擠成型工藝及應用授課人：劉東雷（博士）拉擠成型工藝及應用1目錄概述原理與設備拉擠模具原材料拉擠制品與工藝設計課后作業高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室目錄概述24.1基體材料4.2增強材料高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室4.3輔助材料4原材料學習內容4.1基體材料4.2增強材料4.3輔助材料4原3高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室

4.1基體材料作用黏結劑：將增強材料黏結成一個整體，起傳遞載荷、均衡載荷的作用。賦予復合材料基本性質：FRP材料的力學性能取決于增強材料，但其彎曲、壓縮等力學性能取決于基體，耐熱性、耐腐性、阻燃性、耐候性、電性能、生物性和透光性則取決于基體材料。4.1基體材料作用黏結劑：將增強材料黏結成一個整體，4高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室組分合成樹脂：聚酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂等純樹脂液。輔助材料：輔助劑用量一般較少，與樹脂混合使用，具備控制反應、賦予制品特殊性能的關鍵作用。輔助劑種類：固化劑、促進劑、抗老化劑、阻燃劑、稀釋劑、增韌劑、顏料、填料。組分合成樹脂：聚酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂等純樹脂液。5高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室選用原則設計要求：每種產品都有設計性能指標，以保證產品使用安全性。工藝要求：從拉擠成型工藝角度考慮，樹脂配方設計要求要有較長的凝固時間（8h以上）和較快的固化速度，以滿足連續拉擠、快速固化的要求。選用原則設計要求：每種產品都有設計性能指標，以保證產品使用安6高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室拉擠成型樹脂應滿足以下特性黏度較低：最好在2000Pa·s以下，樹脂應具有良好的流動性和浸潤性。凝膠時間較長，固化時間較短。固化收縮率較低：可在配方中引入填料，降低固化收縮率的同時，可降低成本。黏結性好、具有一定的韌性，成型時不易產生裂紋。經濟性要求。拉擠成型樹脂應滿足以下特性黏度較低：最好在2000Pa·s7拉擠成型常用樹脂不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、乙烯基樹脂等。不飽和聚酯樹脂應用最多，技術上也最成熟，大約占總量的90%。一般來講，用于模塑料的不飽和聚酯樹脂都可用于拉擠成型制品。國外已生產出拉擠制品專用的不飽和聚酯樹脂。為獲不同性能，改性酚醛樹脂、多種熱塑性樹脂也已應用。高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室拉擠成型常用樹脂不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、乙烯基樹脂等。8高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室典型拉擠用不飽和聚酯樹脂配方(I)

(生產配方)成份含量（份）樹脂196100脫模劑（硬脂酸鋅）3－5填料（輕質碳酸鈣）5－15低收縮劑（PVC樹脂）5－15顏料0.1－1.0典型拉擠用不飽和聚酯樹脂配方(I)

(生產配方)成份含量（9高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室典型拉擠用不飽和聚酯樹脂配方(II)

(生產配方)成份含量（份）環氧樹脂E-55100脫模劑（硬脂酸鋅）3－5固化劑（590#）15－20增韌劑10－15稀釋劑適量典型拉擠用不飽和聚酯樹脂配方(II)

(生產配方)成份含量10高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室

4.2增強材料拉擠成型所用的增強材料絕大部分是玻璃纖維，其次是聚酯纖維。碳纖維等高強度纖維主要用于宇航、體育器材等。玻璃纖維中，用得最多的是無捻粗紗，所用玻纖都采用增強型浸潤劑。4.2增強材料拉擠成型所用的增強材料絕大部分是玻璃11高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室常用增強材料無捻粗紗玻璃纖維氈聚酯纖維表面氈玻璃纖維布、帶二維織物、三維織物常用增強材料無捻粗紗12高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室

4.3輔助材料常用輔助材料（I)輔助劑特點固化劑金屬皂類、脂肪酸酯、聚乙烯羥蠟，用量一般0.5－3%。阻燃劑添加型：磷酸酯、鹵代羥、氫氧化鋁、氧化銻，對復合材料性能有一定影響。反應型：磷多元醇、鹵代酸酐，對材料性能影響小。填料碳酸鈣、氫氧化鋁，用量為樹脂的10－50%，粒度150－1200目。4.3輔助材料常用輔助材料（I)輔助劑特點固化劑金屬13高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室輔助劑特點色料內著色劑，無機顏料，用量0.5－5%。低收縮添加劑聚醋酸乙烯酯（PVAE）、聚苯乙烯（PS)、熱塑性聚氨酯、聚酯。分散劑是一種表面活性劑，由一個或多個親顏/填料的基團和類似與樹脂的鏈狀結構組成，增進顏/填料粒子的潤濕，穩定分散劑，防止膠液絮凝。引發劑中高溫固化系統引發劑：BPO、MEKP、TBPB、BPPD等。常用輔助材料(II)輔助劑特點色料內著色劑，無機顏料，用量0.5－5%。低收縮添145.1拉擠型材結構與工藝設計5.2拉擠成型工藝因素高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室5.3產品缺陷與控制5拉擠制品與工藝設計學習內容5.1拉擠型材結構與工藝設計5.2拉擠成型工藝因素5.15高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室

5.1拉擠型材結構與工藝設計5.1.1拉擠型材5.1拉擠型材結構與工藝設計5.1.1拉擠型材16高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室棒材：圓棒、方棒、半圓棒、槽棒、狗骨棒管材：矩形管、異型管板材：矩形板、橢圓板組合型材其他常用型材棒材：圓棒、方棒、半圓棒、槽棒、狗骨棒其他常用型材17高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室普通型材普通型材18高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室普通型材普通型材19高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室狗骨棒材狗骨棒材20高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室異形棒（管）材異形棒（管）材21高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室異形棒（管）材異形棒（管）材22高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室組合型材組合型材23高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室組合型材組合型材24高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室5.1.2拉擠型材結構設計（1）強度設計拉擠制品軸向與橫向之間沒有彎曲耦合效應，軸向強度大，橫向強度低，對于僅承受軸向應力的拉擠制品，強度分析可以簡化。1）許用應力材料極限破壞應力材料安全系數許用應力5.1.2拉擠型材結構設計（1）強度設計拉擠制品軸向與橫向25高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室2）拉伸強度3）彎曲強度截面最大彎矩抗彎截面系數彎曲許用應力最大彎曲應力軸向拉伸力制品截面積許用應力最大拉伸應力2）拉伸強度3）彎曲強度截面最大彎矩抗彎截面系數彎曲許用應力26高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室（2）剛度設計1）許用變形材料斷裂延伸率材料安全系數許用應變梁長度材料系數，取250－750之間值許用擾度（2）剛度設計1）許用變形材料斷裂延伸率材料安全系數許用應變27高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室2）拉伸剛度3）彎曲剛度2）拉伸剛度3）彎曲剛度28高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室

5.2拉擠成型工藝因素（1）模具溫度在拉擠成型過程中，浸漬了膠液的玻璃纖維和織物在穿越模具時受熱發生交聯反應，樹脂由線型液狀的物體逐步變化成為體型的固態型材，這種變化必須是在進入模具開始到進入牽引機之前基本完成的，當配方確定后，溫度是拉擠工藝控制的重點。5.2拉擠成型工藝因素（1）模具溫度在拉擠成型過程中29高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室用于拉擠的樹脂體系對溫度都很敏感，模腔溫度的控制應十分嚴格。溫度低，樹脂不能固化；溫度過高，坯料一入模就固化，使成型、牽引困難，嚴重時會產生廢品甚至損壞設備。模腔分布溫度應兩端高，中間低。50100150200250300ABA－模具初始溫度B－工藝過程中最佳溫度模腔溫度分布曲線用于拉擠的樹脂體系對溫度都很敏感，模腔溫度的控制應十分嚴格。30高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室一般把模具人為地分為三段，即加熱區、膠凝區和固化區。在模具上使用三組加熱板來加熱，并嚴格控制溫度。樹脂在加熱過程中，溫度逐漸升高，粘度降低。通過加熱區后，樹脂體系開始膠凝、固化，這時產品與模具界面處的粘滯阻力增加，壁面上零速度的邊界條件被打破，在脫離點處樹脂出現速度突變，基本固化的型材以均勻的速度在模具表面摩擦運動，在離開模具后基本固化，型材在烘道中受熱繼續固化，以保證進入牽引機時有足夠的固化度。一般把模具人為地分為三段，即加熱區、膠凝區和固化區。在模具上31高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室拉擠模具內樹脂的速度曲線劑不同區域粘滯力和摩擦力示意圖拉擠模具內樹脂的速度曲線劑不同區域粘滯力和摩擦力示意圖32高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室加熱區溫度可以較低，膠凝區與固化區溫度相似。溫度分布應使固化放熱峰出現在模具中部靠后，膠凝固化分界點應控制在模具中部。一般三段溫差控制在10-20℃左右，溫度梯度不宜過大。溫度的設定與配方、牽引速度、模具的尺寸、形式有密切的關系模具的加熱條件是根據樹脂－引發劑體系來確定，一般來說，模具溫度應高于樹脂的放熱峰值，上限溫度應不高于其分解溫度。加熱區溫度可以較低，膠凝區與固化區溫度相似。溫度分布應使固化33高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室（2）拉擠速度牽引速度是平衡固化程度和生產速度的參數，在保證固化度的前提下應盡可能提高牽引速度。模腔壓力是由于樹脂粘性，制品與模腔壁間的摩擦力，材料受熱產生的體積膨脹，以及部分材料受熱氣化產生的。模腔壓力使制品在模腔內行為的一個綜合反映參數。一般模腔壓力在1.7~8.6MPa之間。（3）模腔壓力（2）拉擠速度牽引速度是平衡固化程度和生產速度的參數，在保證34高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室（4）纖維張力纖維張力是指拉擠過程中玻璃纖維粗紗張緊的力，可使浸膠后的玻璃纖維粗紗不松散。其大小與膠槽中的調膠輥到模具的入口之間距離有關，也與拉擠制品的形狀、樹脂含量要求有關。一般情況下，要根據具體制品的幾何形狀、尺寸，通過實驗確定。（4）纖維張力纖維張力是指拉擠過程中玻璃纖維粗紗張緊的力，可35高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室（5）牽引力牽引力是保證制品順利出模的關鍵，其大小可由制品與模具壁面間的界面剪切應力來確定。牽引力的變化反映了產品在模具中的反應狀態，它與許多因素，如：纖維含量、制品的幾何形狀與尺寸、脫模劑、模具的溫度、拉擠速度等有關系。（5）牽引力牽引力是保證制品順利出模的關鍵，其大小可由制品與36高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室牽引速度和剪切應力的關系入口，與壁面粘滯力一致出口，與壁面摩擦力一致脫離點，隨牽引速度增大而減小牽引速度和剪切應力的關系入口，出口，與壁面摩擦力一致脫離點，37高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室

5.3拉擠成型工藝因素相關性（1）溫度、拉擠速度、牽引力三者之相關性溫度：由樹脂系統的特性來確定的，是拉擠工藝中應當解決的首要因素。通過樹脂固化體系的DSC曲線的峰值和有關條件，確定模具加熱的各段溫度值。拉擠速度：確定的原則是確定模內溫度下的膠凝時間，保證制品在模具中部膠凝、固化，出模具時具有一定的固化程度。牽引力：制約因素較多，如:它與模具溫度關系很大，并受到纖維含量、制品的幾何形狀與尺寸、膠液配方和拉擠速度的控制。

5.3拉擠成型工藝因素相關性（1）溫度、拉擠速度、牽38高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室（2）樹脂預熱與制品后固化之相關性樹脂進入模具前進行預熱對工藝是非常有利，一方面預熱使樹脂溫度提高，粘度下降，增加了纖維的浸潤效果，另一方面可以降低樹脂固化反應溫度，使產品表面優良。并且為提高牽引速度創造了條件。在許多樹脂體系中，如環氧樹脂等都需要預熱。預熱（2）樹脂預熱與制品后固化之相關性樹脂進入模具前進行預熱對39高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室預熱的效果還表現在使浸膠的纖維束內外溫度梯度減小。因為在進入模具后，由于樹脂和纖維的導熱系數都很小,由模具傳遞給產品的熱量從產品表面到產品中心部分溫度呈梯狀分布，產品中心線的溫度低于產品表面的溫度。如果提高拉擠速度，那么制品中心線和表面之間的溫度和固化度的滯后量都會增加。滯后量又會相反地隨著中心固化放熱的增加而減小，最后制品的中心溫度高于表面溫度，造成熱應力對制品性能產生影響。要想實現產品內外均勻固化，減少熱應力，樹脂應該預熱。預熱的效果還表現在使浸膠的纖維束內外溫度梯度減小。因為在進40高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室

固化：不飽和聚酯樹脂的固化可以分為三個階段：凝膠階段、定型階段（硬化階段）、熟化階段（完全固化階段）。

后固化：一般從拉擠生產線下來的玻璃鋼型材是處于硬化階段，還需要將切割好的型材放到恒溫室中繼續固化一段時間，使型材的強度進一步提高。

措施：可以在50～100℃恒溫室放置15～30小時。固化固化：不飽和聚酯樹脂的固化可以分為三個階段：凝膠階段、定型41高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室

5.3產品缺陷與控制缺陷現象原因鳥巢增強纖維在模具入口處相互纏繞，導致制品在模具內破壞。纖維斷了纖維懸垂的影響樹脂粘度高纖維粘附著的樹脂太多牽引速度過高模具入口設計不合理固化不穩定在模具內粘附力突然增加，可引起制品在模具內破壞。牽引速度過高由預固化引起的熱樹脂突然回流常用缺陷及成因（I)5.3產品缺陷與控制缺陷現象原因鳥巢增強纖維在模具42高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室常用缺陷及成因（2)缺陷現象原因表觀粗糙表面光潔度差，起鱗。玻璃纖維量不足固化區應力太高，產生爬行蠕動粘模部分制品與模具粘附，使制品拉伸破壞纖維體積含量低，填料加入量少內脫模劑效果不好或用量太少未完全固化速度太快溫度太低模具太短樹脂體系選擇不恰當常用缺陷及成因（2)缺陷現象原因表觀粗糙表面光潔度差，起鱗43高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室常用缺陷及成因（3)缺陷現象原因白粉制品出模后，制品表面附著白粉狀物模具內表面光潔度差脫模時，產品粘模，導致制品表面損傷溝痕、不平制品的平面部分不平整，局部有溝狀痕跡纖維含量低，局部的纖維紗過少模具粘制品，劃傷制品白斑含有表面氈，連續氈的制品表層，出現局部發白或露有白紗現象紗和氈浸漬樹脂不完全，氈層過厚，或氈的本身性能不好有雜志混入，在氈層間形成氣泡制品表面樹脂層過薄常用缺陷及成因（3)缺陷現象原因白粉制品出模后，制品表面附44高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室常用缺陷及成因（4)缺陷現象原因裂紋制品表面有微小裂紋裂紋只在表層，樹脂層過厚產生表層裂紋；樹脂固化不均引起熱應力集中，形成應力開裂。表面起毛纖維露出制品表面纖維過多樹脂與纖維不能充分粘結表面起皮、破碎留樹脂層過厚模具內壓力不夠纖維含量太少常用缺陷及成因（4)缺陷現象原因裂紋制品表面有微小裂紋裂紋45高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室常用缺陷及成因（5)缺陷現象原因制品彎曲、扭曲變形制品固化不均，非同步，產生固化應力制品出模后壓力降低，在應力作用下變形制品里的材料不均勻，導致固化收縮程度不同出模時制品未完全固化，在牽引力作用下產生變形。常用缺陷及成因（5)缺陷現象原因制品彎曲、扭曲變形制品固化46高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室課后思考拉擠成型工藝的特點?拉擠成型的主要工序有哪些，工藝原理是什么?如何確定拉擠工藝條件?課后思考拉擠成型工藝的特點?47謝謝謝謝48授課人：劉東雷（博士）單位：南昌大學機電工程學院系所：材料成型系高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室拉擠成型工藝及應用授課人：劉東雷（博士）拉擠成型工藝及應用49目錄概述原理與設備拉擠模具原材料拉擠制品與工藝設計課后作業高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室目錄概述504.1基體材料4.2增強材料高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室4.3輔助材料4原材料學習內容4.1基體材料4.2增強材料4.3輔助材料4原51高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室

4.1基體材料作用黏結劑：將增強材料黏結成一個整體，起傳遞載荷、均衡載荷的作用。賦予復合材料基本性質：FRP材料的力學性能取決于增強材料，但其彎曲、壓縮等力學性能取決于基體，耐熱性、耐腐性、阻燃性、耐候性、電性能、生物性和透光性則取決于基體材料。4.1基體材料作用黏結劑：將增強材料黏結成一個整體，52高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室組分合成樹脂：聚酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂等純樹脂液。輔助材料：輔助劑用量一般較少，與樹脂混合使用，具備控制反應、賦予制品特殊性能的關鍵作用。輔助劑種類：固化劑、促進劑、抗老化劑、阻燃劑、稀釋劑、增韌劑、顏料、填料。組分合成樹脂：聚酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂等純樹脂液。53高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室選用原則設計要求：每種產品都有設計性能指標，以保證產品使用安全性。工藝要求：從拉擠成型工藝角度考慮，樹脂配方設計要求要有較長的凝固時間（8h以上）和較快的固化速度，以滿足連續拉擠、快速固化的要求。選用原則設計要求：每種產品都有設計性能指標，以保證產品使用安54高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室拉擠成型樹脂應滿足以下特性黏度較低：最好在2000Pa·s以下，樹脂應具有良好的流動性和浸潤性。凝膠時間較長，固化時間較短。固化收縮率較低：可在配方中引入填料，降低固化收縮率的同時，可降低成本。黏結性好、具有一定的韌性，成型時不易產生裂紋。經濟性要求。拉擠成型樹脂應滿足以下特性黏度較低：最好在2000Pa·s55拉擠成型常用樹脂不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、乙烯基樹脂等。不飽和聚酯樹脂應用最多，技術上也最成熟，大約占總量的90%。一般來講，用于模塑料的不飽和聚酯樹脂都可用于拉擠成型制品。國外已生產出拉擠制品專用的不飽和聚酯樹脂。為獲不同性能，改性酚醛樹脂、多種熱塑性樹脂也已應用。高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室拉擠成型常用樹脂不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、乙烯基樹脂等。56高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室典型拉擠用不飽和聚酯樹脂配方(I)

(生產配方)成份含量（份）樹脂196100脫模劑（硬脂酸鋅）3－5填料（輕質碳酸鈣）5－15低收縮劑（PVC樹脂）5－15顏料0.1－1.0典型拉擠用不飽和聚酯樹脂配方(I)

(生產配方)成份含量（57高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室典型拉擠用不飽和聚酯樹脂配方(II)

(生產配方)成份含量（份）環氧樹脂E-55100脫模劑（硬脂酸鋅）3－5固化劑（590#）15－20增韌劑10－15稀釋劑適量典型拉擠用不飽和聚酯樹脂配方(II)

(生產配方)成份含量58高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室

4.2增強材料拉擠成型所用的增強材料絕大部分是玻璃纖維，其次是聚酯纖維。碳纖維等高強度纖維主要用于宇航、體育器材等。玻璃纖維中，用得最多的是無捻粗紗，所用玻纖都采用增強型浸潤劑。4.2增強材料拉擠成型所用的增強材料絕大部分是玻璃59高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室常用增強材料無捻粗紗玻璃纖維氈聚酯纖維表面氈玻璃纖維布、帶二維織物、三維織物常用增強材料無捻粗紗60高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室

4.3輔助材料常用輔助材料（I)輔助劑特點固化劑金屬皂類、脂肪酸酯、聚乙烯羥蠟，用量一般0.5－3%。阻燃劑添加型：磷酸酯、鹵代羥、氫氧化鋁、氧化銻，對復合材料性能有一定影響。反應型：磷多元醇、鹵代酸酐，對材料性能影響小。填料碳酸鈣、氫氧化鋁，用量為樹脂的10－50%，粒度150－1200目。4.3輔助材料常用輔助材料（I)輔助劑特點固化劑金屬61高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室輔助劑特點色料內著色劑，無機顏料，用量0.5－5%。低收縮添加劑聚醋酸乙烯酯（PVAE）、聚苯乙烯（PS)、熱塑性聚氨酯、聚酯。分散劑是一種表面活性劑，由一個或多個親顏/填料的基團和類似與樹脂的鏈狀結構組成，增進顏/填料粒子的潤濕，穩定分散劑，防止膠液絮凝。引發劑中高溫固化系統引發劑：BPO、MEKP、TBPB、BPPD等。常用輔助材料(II)輔助劑特點色料內著色劑，無機顏料，用量0.5－5%。低收縮添625.1拉擠型材結構與工藝設計5.2拉擠成型工藝因素高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室5.3產品缺陷與控制5拉擠制品與工藝設計學習內容5.1拉擠型材結構與工藝設計5.2拉擠成型工藝因素5.63高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室

5.1拉擠型材結構與工藝設計5.1.1拉擠型材5.1拉擠型材結構與工藝設計5.1.1拉擠型材64高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室棒材：圓棒、方棒、半圓棒、槽棒、狗骨棒管材：矩形管、異型管板材：矩形板、橢圓板組合型材其他常用型材棒材：圓棒、方棒、半圓棒、槽棒、狗骨棒其他常用型材65高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室普通型材普通型材66高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室普通型材普通型材67高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室狗骨棒材狗骨棒材68高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室異形棒（管）材異形棒（管）材69高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室異形棒（管）材異形棒（管）材70高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室組合型材組合型材71高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室組合型材組合型材72高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室5.1.2拉擠型材結構設計（1）強度設計拉擠制品軸向與橫向之間沒有彎曲耦合效應，軸向強度大，橫向強度低，對于僅承受軸向應力的拉擠制品，強度分析可以簡化。1）許用應力材料極限破壞應力材料安全系數許用應力5.1.2拉擠型材結構設計（1）強度設計拉擠制品軸向與橫向73高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室2）拉伸強度3）彎曲強度截面最大彎矩抗彎截面系數彎曲許用應力最大彎曲應力軸向拉伸力制品截面積許用應力最大拉伸應力2）拉伸強度3）彎曲強度截面最大彎矩抗彎截面系數彎曲許用應力74高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室（2）剛度設計1）許用變形材料斷裂延伸率材料安全系數許用應變梁長度材料系數，取250－750之間值許用擾度（2）剛度設計1）許用變形材料斷裂延伸率材料安全系數許用應變75高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室2）拉伸剛度3）彎曲剛度2）拉伸剛度3）彎曲剛度76高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室

5.2拉擠成型工藝因素（1）模具溫度在拉擠成型過程中，浸漬了膠液的玻璃纖維和織物在穿越模具時受熱發生交聯反應，樹脂由線型液狀的物體逐步變化成為體型的固態型材，這種變化必須是在進入模具開始到進入牽引機之前基本完成的，當配方確定后，溫度是拉擠工藝控制的重點。5.2拉擠成型工藝因素（1）模具溫度在拉擠成型過程中77高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室用于拉擠的樹脂體系對溫度都很敏感，模腔溫度的控制應十分嚴格。溫度低，樹脂不能固化；溫度過高，坯料一入模就固化，使成型、牽引困難，嚴重時會產生廢品甚至損壞設備。模腔分布溫度應兩端高，中間低。50100150200250300ABA－模具初始溫度B－工藝過程中最佳溫度模腔溫度分布曲線用于拉擠的樹脂體系對溫度都很敏感，模腔溫度的控制應十分嚴格。78高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室一般把模具人為地分為三段，即加熱區、膠凝區和固化區。在模具上使用三組加熱板來加熱，并嚴格控制溫度。樹脂在加熱過程中，溫度逐漸升高，粘度降低。通過加熱區后，樹脂體系開始膠凝、固化，這時產品與模具界面處的粘滯阻力增加，壁面上零速度的邊界條件被打破，在脫離點處樹脂出現速度突變，基本固化的型材以均勻的速度在模具表面摩擦運動，在離開模具后基本固化，型材在烘道中受熱繼續固化，以保證進入牽引機時有足夠的固化度。一般把模具人為地分為三段，即加熱區、膠凝區和固化區。在模具上79高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室拉擠模具內樹脂的速度曲線劑不同區域粘滯力和摩擦力示意圖拉擠模具內樹脂的速度曲線劑不同區域粘滯力和摩擦力示意圖80高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室加熱區溫度可以較低，膠凝區與固化區溫度相似。溫度分布應使固化放熱峰出現在模具中部靠后，膠凝固化分界點應控制在模具中部。一般三段溫差控制在10-20℃左右，溫度梯度不宜過大。溫度的設定與配方、牽引速度、模具的尺寸、形式有密切的關系模具的加熱條件是根據樹脂－引發劑體系來確定，一般來說，模具溫度應高于樹脂的放熱峰值，上限溫度應不高于其分解溫度。加熱區溫度可以較低，膠凝區與固化區溫度相似。溫度分布應使固化81高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室（2）拉擠速度牽引速度是平衡固化程度和生產速度的參數，在保證固化度的前提下應盡可能提高牽引速度。模腔壓力是由于樹脂粘性，制品與模腔壁間的摩擦力，材料受熱產生的體積膨脹，以及部分材料受熱氣化產生的。模腔壓力使制品在模腔內行為的一個綜合反映參數。一般模腔壓力在1.7~8.6MPa之間。（3）模腔壓力（2）拉擠速度牽引速度是平衡固化程度和生產速度的參數，在保證82高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室（4）纖維張力纖維張力是指拉擠過程中玻璃纖維粗紗張緊的力，可使浸膠后的玻璃纖維粗紗不松散。其大小與膠槽中的調膠輥到模具的入口之間距離有關，也與拉擠制品的形狀、樹脂含量要求有關。一般情況下，要根據具體制品的幾何形狀、尺寸，通過實驗確定。（4）纖維張力纖維張力是指拉擠過程中玻璃纖維粗紗張緊的力，可83高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室（5）牽引力牽引力是保證制品順利出模的關鍵，其大小可由制品與模具壁面間的界面剪切應力來確定。牽引力的變化反映了產品在模具中的反應狀態，它與許多因素，如：纖維含量、制品的幾何形狀與尺寸、脫模劑、模具的溫度、拉擠速度等有關系。（5）牽引力牽引力是保證制品順利出模的關鍵，其大小可由制品與84高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室牽引速度和剪切應力的關系入口，與壁面粘滯力一致出口，與壁面摩擦力一致脫離點，隨牽引速度增大而減小牽引速度和剪切應力的關系入口，出口，與壁面摩擦力一致脫離點，85高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室

5.3拉擠成型工藝因素相關性（1）溫度、拉擠速度、牽引力三者之相關性溫度：由樹脂系統的特性來確定的，是拉擠工藝中應當解決的首要因素。通過樹脂固化體系的DSC曲線的峰值和有關條件，確定模具加熱的各段溫度值。拉擠速度：確定的原則是確定模內溫度下的膠凝時間，保證制品在模具中部膠凝、固化，出模具時具有一定的固化程度。牽引力：制約因素較多，如:它與模具溫度關系很大，并受到纖維含量、制品的幾何形狀與尺寸、膠液配方和拉擠速度的控制。

5.3拉擠成型工藝因素相關性（1）溫度、拉擠速度、牽86高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室（2）樹脂預熱與制品后固化之相關性樹脂進入模具前進行預熱對工藝是非常有利，一方面預熱使樹脂溫度提高，粘度下降，增加了纖維的浸潤效果，另一方面可以降低樹脂固化反應溫度，使產品表面優良。并且為提高牽引速度創造了條件。在許多樹脂體系中，如環氧樹脂等都需要預熱。預熱（2）樹脂預熱與制品后固化之相關性樹脂進入模具前進行預熱對87高分子材料成型新技術及模具CAD/CAE/KBE研究室預熱的效果還表現在使浸膠的纖維束內外溫度梯度減小。因為在進入模具后，由于樹脂和纖維的導熱系數都很小,由模具傳遞給產品的熱量從產品表面到產品中心部分溫度呈梯狀分布，產品中心線的溫度低于產品表面的溫度。如果提高拉擠速度，那么制品中心線和表面之間的溫度和固化度的滯后量都會增加。滯后量又會相反地隨著中心固化放熱的增加而減小，最后制品的中心溫度高于表面溫度，造成熱應力對制