近年來, 以合成樹脂為基體材料、玻璃纖維及其制品為增強(qiáng)材料組成的復(fù)合材料生產(chǎn)工藝技術(shù)發(fā)展很快, 機(jī)械化、自動化水平不斷提高, 新的生產(chǎn)方法不斷出現(xiàn)。生產(chǎn)中采用的成型方法主要有手糊、噴射、層壓、SMC、纏繞、注射、拉擠、模壓等成型工藝。玻璃鋼錨桿拉擠成型是將浸漬過樹脂膠液的連續(xù)玻璃纖維、玻璃纖維連續(xù)氈、玻纖或化纖表面氈等增強(qiáng)材料,通過預(yù)成型模具進(jìn)入加熱的型材模具,在模具中升溫固化,在牽引力作用下連續(xù)拉出任意長的玻璃鋼錨桿。
生產(chǎn)復(fù)合材料制品的特點(diǎn)是材料的形成與制品的成型是同時(shí)完成的, 玻璃鋼錨桿的生產(chǎn)也不例外。因此, 成型工藝必須同時(shí)滿足玻璃鋼錨桿的性能、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益等多方面因素的基本要求。在確定成型工藝時(shí), 主要考慮了以下三個(gè)方面:
①玻璃鋼錨桿的外型構(gòu)造和尺寸大小;
②玻璃鋼錨桿的性能和質(zhì)量要求, 如錨桿的物化性能、強(qiáng)度等;
③綜合經(jīng)濟(jì)效益。目前生產(chǎn)玻璃鋼錨桿主要采用普通拉擠、拉擠模壓成型工藝。
拉擠成型工藝過程是由送紗、浸膠、預(yù)成型、固化定型、牽引、切斷等加工工序組成,成型制品再通過精細(xì)加工程序完成。玻璃纖維從紗架引出后,經(jīng)過排紗器進(jìn)入浸膠槽浸透樹脂膠液,然后進(jìn)入預(yù)成型模具,將多余樹脂和氣泡排出,再進(jìn)入成型固化模凝膠、固化,固化后的制品由牽引機(jī)連續(xù)不斷地從模具中拉出,然后由切斷機(jī)定長切斷。
主要成型設(shè)備有紗架、膠槽、模具、牽引機(jī)、型材切割機(jī)等,輔助設(shè)備有烘干機(jī)、攪拌機(jī)、切氈機(jī)等。在成型過程中,每道工序都可以有不同方法:如送紗工序,可以增加連續(xù)纖維氈或三向織物以提高制品強(qiáng)度;牽引工序可以是履帶式牽引機(jī),也可以是液壓式牽引機(jī);固化方式可以是模內(nèi)固化,也可以用加熱爐固化;加熱方式可以是高頻電加熱或是熔融金屬等。
玻璃鋼錨桿拉擠工藝參數(shù)主要包括:固化溫度、固化時(shí)間、牽引力及速度、紗和氈?jǐn)?shù)量等,拉擠速度和模具溫度是最重要的工藝參數(shù)。樹脂配方是決定玻璃鋼錨桿拉擠工藝參數(shù)的重要因素,原料配方確定以后,可由樹脂體系固化的放熱峰曲線來確定模具溫度分布,它是確定其他工藝參數(shù)的前提。模具溫度太高,則反應(yīng)太快,容易引起制品熱開裂。工藝速度決定了材料在模具中停留的時(shí)間。拉擠速度的選擇必須與溫度匹配,模具溫度高,牽引速度增加。拉擠速度的上限與樹脂、纖維、模具三者的具體情況及拉擠設(shè)備的能力有關(guān)。為了提生產(chǎn)率,一般盡可能提高速度,這樣可提高模具剪切應(yīng)力,提高制品表面質(zhì)量。由于錨桿抗拉力較大,所以拉速度不易過大。拉擠工藝啟動時(shí),速度應(yīng)放慢,然后逐步提高到正常的速度。牽引力是重要的參數(shù)之一,影響牽引力的因素很多,在拉擠工藝中,牽引力的穩(wěn)定性比起牽引大小更為重要,許多拉擠工藝故障的預(yù)兆都是牽引力驟然增加。牽引力的變化反映出產(chǎn)品在模具中的狀態(tài),呈鋸齒形的牽引力反映出型材脫黏點(diǎn)蠕動的不穩(wěn)定性。夾持力的大小以牽引時(shí)產(chǎn)品被夾住不滑動為宜,牽引力越高,所需夾持力越大。夾持力太大會使產(chǎn)品產(chǎn)生裂紋和壓痕,太小會產(chǎn)生阻塞,產(chǎn)品在模具中打滑。在拉擠工藝中要采用與型材外形相適合的夾具。
由于拉擠成型工藝參數(shù)是相互影響的,解決辦法是探測模具內(nèi)的固化聚合反應(yīng),以此來清楚了解工藝參數(shù)的實(shí)際組合效果。實(shí)際過程中可在浸漬過樹脂的增強(qiáng)材料束中放置一熱電偶,當(dāng)它經(jīng)過模具時(shí),可讀出實(shí)際反應(yīng)溫度,模具內(nèi)部溫度對應(yīng)模具長度的曲線可直接反應(yīng)出聚合反應(yīng)過程和聚合度。為得到拉擠質(zhì)量,溫度曲線應(yīng)避免陡直上升,以減少產(chǎn)品熱應(yīng)力。放熱峰應(yīng)處于大約模具長度75%的位置。這樣既能保證較高的生產(chǎn)效率,同時(shí),剩余的模具長度可進(jìn)行有效的內(nèi)部冷卻并起校準(zhǔn)單元的作用。溫度曲線可用計(jì)算機(jī)測量和記錄。入口設(shè)計(jì)也是拉擠模具的關(guān)鍵之一。由于纖維束在入口處體積縮小而壓力升高,而入口處的幾何形狀是重要的影響因素。玻璃纖維浸漬樹脂進(jìn)入成型模具時(shí),纖維束是在成型機(jī)牽引作用下進(jìn)入模具,由于模具進(jìn)口處纖維束十分松散,往往在入口處積聚纏繞,這樣容易造成斷纖。此外,模具在長時(shí)間使用過程中,由于積聚纏繞的影響,往往造成入口磨損嚴(yán)重,影響產(chǎn)品質(zhì)量。通常的入口形式可采用錐形、圓形和拋物線形。國內(nèi)目前采用較多的是錐形入口(角度為5o~8o,長度為50~100 mm),但它的壓力升高要高于圓形和拋物線形。提高入口的錐度,可降低入口壓力升高。為解決斷纖和磨損問題,還可在模具錐形入口處周邊倒一截面為1/4橢圓截面圓角,這樣可以大大減少斷纖現(xiàn)象發(fā)生,降低模具的磨損,提高玻璃鋼錨桿拉擠制品的質(zhì)量。
盡管連續(xù)拉擠成型工藝機(jī)械化、自動化程度高, 經(jīng)濟(jì)效益好, 制品的軸向抗拉強(qiáng)度高, 但只能生產(chǎn)等直徑的實(shí)心棒材, 不能滿足新型玻璃鋼錨桿的外型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 而且制品的抗剪切性能低, 所以不能簡單套用。誠鑫達(dá)曾經(jīng)對拉擠模壓復(fù)合成型工藝研究。該工藝的原理是, 浸膠后的玻璃纖維無捻粗紗在牽引裝置的作用下被牽引, 經(jīng)預(yù)成型后進(jìn)入熱成型組合模具, 然后夾頭在扭轉(zhuǎn)裝置的作用下迅速扭勁, 在樹脂未固化還具有一定的變形能力時(shí), 組合模具上方的活動模下壓, 樹脂和增強(qiáng)材料隨之流動, 發(fā)生變形, 填滿模具型腔的各個(gè)部位, 由于組合模具型腔的尾段為楔錐形, 故成型后的制品即可滿足新型玻璃鋼錨桿的外型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。成型物繼續(xù)受熱固化后, 活動模上移, 然后牽引出模, 定長切割。采用這一工藝生產(chǎn)的錨桿雖然符合玻璃鋼錨桿的外型結(jié)構(gòu)要求, 但卻有模具復(fù)雜, 尾部難于加工的缺點(diǎn)。