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生产管理 | 拉挤工艺的科学管理和拉挤型材常规的检测项目

   日期:2023-09-01 17:47:07     来源:网络整理    作者:本站编辑    浏览:28    评论:0    

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一、概述

      上期文章介绍了拉挤成型工艺中存在的问题及其相应举措,但在实际生产中,还需要更加科学的管理,为每个生产流程制定预防风险的措施,最终生产出的产品才会有更好的质量。所以,这期文章将围绕着"如何科学管理拉挤工艺?"这个问题进行相关的探讨与研究。

各类纤维复合材料拉挤型材

二、拉挤工艺的科学管理

拉挤工艺的科学管理内容有:

            ①原材料验收;

            ②中间材料检验;

            ③工艺参数控制;

            ④模具管理;

            ⑤产品检验;

            ⑥使用模拟实验;

            ⑦性能表征。

1、原材料验收

根据产品性能要求及工艺设计来选择材料,原材料验收的内容如下:

(1)树脂黏度、单体含量、酸值、分子量、反应性(凝胶时间、固化时间、放热峰)、外观(色泽、凝胶微粒、污染)。
(2)玻璃纤维毡单位面积质量(单位为g/㎡)、抗拉强度、黏结剂含量。
(3)玻璃纤维粗纱支数、黏结剂含量、悬垂度、黏结剂迁移、含水量。
(4)填料粒度分布、含水量。
(5)添加剂引发剂、脱模剂、着色剂等。原材料入库后必须取样实验,这些实验的结果对调查工艺中的问题是非常有益的,要甄选出符合质量要求的原材料。

玄武岩连续纤维

2、中间材料检验

中间材料或过程材料主要是指配制好的树脂胶液和由纱架引出的增强纤维,中间材料检验的内容如下:

(1)树脂黏度、反应性(凝胶时间、固化时间、放热峰)、填料的分散状态、污染情况、树脂的温度等。
(2)玻璃纤维毡纤维的分布、缺陷(太重或太轻)、宽度的公差、污染情况、黏结剂可熔性。
(3)玻璃纤维粗纱缠绕情况、导纱通道上玻璃毛聚积、悬垂度、浸渍状态。
(4)添加剂分散状态、在树脂中悬浮状态。

按配方制配的树脂的性能是中间材料中极为重要的,树脂中的所有组分必须充分混合、分散均匀。树脂黏度一般为0.22~1.2Pa·s。其反应活性SOI测试结构对工艺有参考价值,更好的方法是DSC法,它可测定在一定的升温速度下树脂体系的起始固化反应温度、固化反应终了温度和放热峰,此方法的拉挤工艺更接近。为了与工艺项匹配,在浸胶温度下的树脂必须有较长的使用期/凝胶时间,一般适用期应大于8h,至少应等于在正常拉挤速度下,纤维束从胶槽至出模具扣所需的时间。

连续纤维毡的幅宽要求严格,太宽或太窄都会给生产工艺或产品质量带来不良后果,要特别关注粗纱缠结合玻璃毛聚积。内抽头纱使用到后期会出现周围纱向内部塌陷,导致纱缠结,浸渍粗纱至胶槽口时,应用刮股孔板刮掉粗纱上多余的树脂流回胶槽,但模具入口处挤出的树脂一般不能再用,因为它已和热模接触,产生热污染。粗纱的悬垂度不宜过大,特别是在纱团多时易造成纱间桥架、磨损等,会导致断纱、玻璃无聚积。

3、工艺参数控制

拉挤速度和模具温度是最重要的拉挤工艺参数,生产中具体控制的参数有模具温度分布拉挤速度模具内树脂放热峰的位置牵引力夹持力

(1)模具内的温度分布决定拉入模内的材料加热速度和材料在模内暂时受热过程中所能达到的固化度,决定树脂在模内开始固化反应的位置、放热峰位置及放热量。这就要求在使用每种批号的树脂前,必须测定它的固化反应性能,用热电偶测出材料在模具中的放热曲线。从该曲线可找到对应于一定拉挤速度下模内产生树脂固化的位置,以及模内各个点的准确温度,从而完整而准确地描述了拉挤工艺条件。
(2)拉挤速度对于产品性能和生产效率有重大的影响。当拉挤速度增加时由于材料在模内固化点的漂移,使得牵引力增加——因为内压区和凝胶摩擦区变长。拉挤速度的上限与树脂、纤维、模具三者的固化反应仍继续进行。实际上在型材离开模具之前,无需也不能完全固化。但是型材离开模具后,必须固化得足以保持产品形状,且具有足够的拉伸强度和压缩强度,足以承受牵引夹具所施加的压力。拉挤速度的提高必须一次为前提,不适宜的拉挤速度会低产品质量。
(3)牵引力是重要的拉挤工艺参数之一,影响牵引力的因素很多,如材料的热膨胀、树脂/模具黏着特性、树脂的体积收缩率、型材的内摩擦性等。通过测量在线牵引力可获取有关工艺条件的信息。许多拉挤工艺的故障预兆都是牵引力骤然增加。呈锯齿形的牵引力足迹反应型材脱黏点蠕动的不稳定。牵引力的监测在评价新的和潜在拉挤树脂系统中很有用。
(4)夹持力的大小以牵引时产品会被夹住、不滑动为宜。它与牵引力有关。夹持力太大会使产品产生裂纹、压痕等;太小会导致产品在夹具内打滑。一般拉挤工艺要采用与产品外形相合适的夹具。拉挤速度过快或波动,导致产品在模内滑动,势必影响产品的质量和性能。


4、模具管理

拉挤模具通常采用工具钢,粗加工后再精加工,表面镀硬铬,使模内型面的硬度达到65~70HRC (洛氏硬度),最后用工具抛光,使型面达到很高的光洁度。这样不仅可减小摩擦系数,延长模具的使用寿命,而且也会改善对树脂的防黏特性。镀铬良好的工具钢模具,拉挤10~30km的型材后,型面开始逐渐粗糙,经常掉头使用或重新维修(2~3次)后,最多可拉挤70~80km的型材。设计模具主要考虑的因素有模具材料及其热膨胀性和树脂的固化收缩率。

模具检查的内容有模具型面的硬度和光洁度、合模精度、模具夹紧力、模腔尺寸等。模具需要进行保养与维修。严禁用钢制品划伤型面。模具不用时应将模内腔清理干净,保护好。如有芯模要将芯模挂起(防止由重力引起的弯曲变形)。

5、产品检验

一般来说,拉挤制品很少需要修饰。拉挤制品检验的内容有外观检验、整体性检验和尺寸检验。

拉挤制品生产缺陷的原因大致有三类:材料组成、工艺参数和工艺方法。材料组成是指由树脂配方、粗纱、玻璃纤维毡等质量因素引起的缺陷;工艺参数是指模具温度、拉挤速度等引起的缺陷;工艺方法是指与树脂浸渍方法、导纱机构、预成型模具、成型模具和拉挤设备相关的缺陷。

                                                     拉挤成型制品

6、使用模拟实验

模拟实验一般指的是改变先进拉挤的工艺参数(加热温度区间、拉挤速度)再进行模拟计算,通过计算结果优化工艺参数,得到某种形状的型材先进拉挤三区间加热的理想工艺参数,从而累计模拟次数以达到优化工艺参数的效果。

7、性能表征

性能表征指的是对材料或产出的产品进行检测,并做出有理论依据的评价。通常的表征技术包括对材料或产品的形貌物相成分热性能力学性能等进行评估和分析,从而得到一系列关于材料的性能数据,进而为科学生产提供可靠的数据支持。

三、拉挤型材常规的检测项目

玻璃钢拉挤型材是由玻璃纤维毡包覆连续玻璃纤维浸入不饱和聚酯树脂加温、拉挤制成,其种类较多,如:玻璃钢圆管、玻璃钢方管、玻璃钢矩形管、玻璃钢圆棒、玻璃钢工字钢。

玻璃钢型材非常坚韧牢固,其纵向弯曲强度和冲击强度的绝对值已超过普通钢材。同时具有良好的防腐蚀性能、耐高温性能、绝缘性能,已被广泛应用在工业和民用各方面。

为保证产品质量,企业一般会选择第三方检验检测机构进行玻璃钢检验检测。按照标准GB/T 31539-2015《结构用纤维增强复合材料拉挤型材》,玻璃钢型材检验检测应当从物理性能、力学性能、全截面压缩性能、耐久性能和功能性等几个方面进行试验。如下表:

企业在进行出厂检验时,检验检测项目应包括:外观、尺寸、尺寸偏差、巴柯尔硬度、纤维体积含量、纵向拉伸强度、纵向拉伸弹性模量、横向压缩强度、纵向弯曲强度、全截面压缩性能的检测。

玄武岩纤维后制品(四川科润汇鑫新材料科技有限公司)

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延伸阅读

工艺优化 | 拉挤成型工艺的潜在问题及纠正措施
▼复合材料拉挤成型产品应用及现状
▼技术前沿 | 复合材料拉挤成型工艺概述

 

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