熱塑樹脂也可以做拉擠

　　

　　盡管熱塑性塑料拉擠成型具有較強(qiáng)的柔韌性和抗沖擊性能、良好的抗破壞能力、損傷容限高、可補(bǔ)塑、可焊接、生物相容性好、可回收、成型時(shí)無需固化反應(yīng)、成型速度快及可以重復(fù)利用等特點(diǎn)，但迄今仍未獲得普遍的商業(yè)應(yīng)用。

　　

　　原因在于這種工藝受到以下缺點(diǎn)的制約：如熔體黏度高、成型溫度高、基體在室溫下呈固態(tài)，需要精確控制冷卻和熔體冷卻時(shí)收縮率大，產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)大等。

　　

　　為了使熱塑性材料的拉擠成型應(yīng)用獲得更廣泛的應(yīng)用，重要的任務(wù)是開發(fā)最合適的加工工藝、降低成本和提高質(zhì)量。

　　

　　由于拉擠工藝本身是一種能夠經(jīng)濟(jì)的連續(xù)生產(chǎn)復(fù)合材料的典型制造工藝，并且可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)及制品的用途廣泛，所以該工藝在工業(yè)發(fā)達(dá)國家已受到普遍重視，發(fā)展速度很快。

　　

　　如美國專利（專利號(hào)：US5091036）以及Dr.ScottTaylor 對(duì)熱塑性復(fù)合材料的研究成果的發(fā)表，給熱塑性復(fù)合材料拉擠成型的工業(yè)應(yīng)用帶來突破性的推進(jìn)。

　　

　　概括而言，從熱固性基體拉擠成型轉(zhuǎn)變到熱塑性基體拉擠成型所遇到的關(guān)鍵問題主要包括：基體在室溫下呈固態(tài)、在熔融溫度下流動(dòng)性差（黏度高）和熔體冷卻時(shí)收縮率大等特點(diǎn)，目前，實(shí)施熱塑性樹脂基復(fù)合材料的拉擠成型典型研究成果及其進(jìn)展可概括如下。

　　

　　1、 生產(chǎn)工藝方面

　　

　　由于熱塑性樹脂融體的黏度大，浸漬困難，因而改進(jìn)研究工作的關(guān)鍵點(diǎn)集中在浸漬技術(shù)方面，而不同拉擠工藝的根本區(qū)別也就在浸漬方法和浸漬工藝的差異上。

　　

　　通常，根據(jù)浸漬技術(shù)可把熱塑性復(fù)合材料拉擠工藝分為非反應(yīng)型拉擠工藝和反應(yīng)拉擠工藝兩大類。從目前應(yīng)用情況來看，非反應(yīng)型工藝占主體，應(yīng)用較為廣泛，相對(duì)來講也比較成熟。圖1 是采用2 種不同方式的熱塑性復(fù)合材料拉擠工藝示意圖。

　　

　　

　　

　　熱塑性樹脂基復(fù)合材料拉擠成型工藝的過程及特點(diǎn)

　　

　　1.1 非反應(yīng)型拉擠工藝

　　

　　1.1.1 熔體浸漬

　　

　　浸漬方法一般是讓均勻分散、預(yù)加張力的連續(xù)纖維束通過一連串輪系，使纖維在熔融樹脂中充分浸漬。為提高浸透性，還通常加一定的壓力，或混入低相對(duì)分子質(zhì)量同種類的改性組份（或增塑劑）等。

　　

　　該工藝目前已比較成熟，具有浸漬時(shí)纖維不易纏繞，且能加工一切可以熔融流動(dòng)的塑料材料的優(yōu)點(diǎn)。

　　

　　1.1.2 溶劑浸漬

　　

　　該方法是選用一種合適的溶劑，也可以是幾種溶劑配成的混合溶劑，將樹脂完全溶解，制得低黏度的溶液，并以此浸漬纖維，然后將溶劑揮發(fā)、回收制得預(yù)浸料。該方法克服了熱塑性樹脂熔融黏度高的缺點(diǎn)，可以很好地浸漬纖維。

　　

　　該工藝也存在一些不足，如溶劑的蒸發(fā)和回收費(fèi)用昂貴，且易污染環(huán)境；若溶劑清除不完全，在復(fù)合材料中常會(huì)形成氣泡和孔隙。

　　

　　所以采用該方法進(jìn)行加工的復(fù)合材料，在使用過程中其耐溶劑性會(huì)有一些影響。

　　

　　1.1.3 粉末浸漬

　　

　　粉末浸漬制備技術(shù)是在硫化床中，通過靜電作用將樹脂細(xì)粉吸附于纖維束中纖維單絲的表面，然后加熱使粉末熔結(jié)在纖維的表面，最后在成型過程中使纖維得以浸潤。加工過程不受基體黏性的限制，高相對(duì)分子質(zhì)量的聚合體可分布到纖維中。這種工藝?yán)w維損傷少，聚合物無降解，具有成本低的潛在優(yōu)勢(shì)。適合于這種技術(shù)的樹脂粉末直徑以5~l 0 ìm 為宜。

　　

　　1.1.4 混雜無捻粗紗法

　　

　　該法是將熱塑性樹脂紡成纖維或薄膜帶，然后根據(jù)含膠量的多少將一定比例的增強(qiáng)纖維和樹脂纖維束緊密地合并成混紗，再通過一個(gè)高溫密封浸漬區(qū)，將樹脂纖維熔成基體。該法的優(yōu)點(diǎn)是樹脂含量易于控制，纖維能得到充分的浸潤。

　　

　　1.2 反應(yīng)型拉擠工藝

　　

　　1.2.1 預(yù)聚體拉擠工藝

　　

　　這種工藝所使用到的樹脂是將單體和引發(fā)劑混合后再加熱熔融，由于預(yù)聚體初始相對(duì)分子質(zhì)量小、黏度低及流動(dòng)性好，使得纖維與之一邊浸潤、一邊反應(yīng)，從而可達(dá)到理想的浸漬效果。這種工藝要求單體聚合速度快，反應(yīng)需精確控制。該工藝適用于玻璃纖維、碳纖維、尼龍以及其他纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料的拉擠成型，樹脂的適用范圍較廣。預(yù)聚體拉擠工藝流程如圖2所示。

　　

　　

　　

　　熱塑性樹脂基復(fù)合材料拉擠成型工藝的過程及特點(diǎn)

　　

　　1.2.2 反應(yīng)注射拉擠工藝

　　

　　與通常的拉擠工藝相比，反應(yīng)注射（RIM）拉擠工藝的特點(diǎn)在于：拉擠過程中是將樹脂組份直接注入樹脂浸漬腔或拉擠模具入口處與增強(qiáng)材料浸漬，然后通過加熱的模具成型，它實(shí)際上是將拉擠工藝與（R I M ）模塑工藝結(jié)合起來， 而形成的一種很有特色的工藝。

　　

　　RIM 拉擠工藝過程中，樹脂體系一般分成A、B兩個(gè)組份，每一組份自身都不會(huì)反應(yīng)。將樹脂體系的A 、B兩組份預(yù)熱后經(jīng)計(jì)量泵送入樹脂混合單元，充分混合后直接導(dǎo)入樹脂浸漬腔或模具入口處浸漬增強(qiáng)材料，其中增強(qiáng)材料也經(jīng)過預(yù)熱，這樣就保證了樹脂浸漬在高溫的條件下進(jìn)行，這時(shí)樹脂體系的黏度極低，因而對(duì)纖維浸透性極好；樹脂組份的混合和使用同時(shí)進(jìn)行，也不存在樹脂使用期的問題，由于樹脂混合單元鄰近模具入口處，因此有可能采用快速固化的或者在常溫下呈固態(tài)的樹脂體系 。

　　

　　RIM 拉擠工藝如圖3 所示

　　

　　

　　

　　熱塑性樹脂基復(fù)合材料拉擠成型工藝的過程及特點(diǎn)

　　

　　1.2.3 原位拉擠工藝

　　

　　這種拉擠工藝實(shí)際與R IM 工藝類似。不同的是，在線制備的樹脂直接注入拉擠模具。

　　

　　2、 生產(chǎn)設(shè)備方面

　　

　　與熱固性樹脂拉擠設(shè)備相比，熱塑性樹脂拉擠需要增加一些特定的設(shè)備：如浸漬站（粉末或熔體槽）、特制的模具和冷卻段。熱塑性樹脂反應(yīng)性拉擠及非反應(yīng)性拉擠中的粉末浸漬和熔體拉擠工藝中還需要對(duì)增強(qiáng)纖維進(jìn)行預(yù)熱（如圖4所示）。

　　

　　國外University of Ghent,Department of textiles最近設(shè)計(jì)并開發(fā)出了整套的用于熱塑性塑料纖維增強(qiáng)拉擠成型的生產(chǎn)線，其中添加的預(yù)加熱裝置可有效提高增強(qiáng)纖維與樹脂分散性能，而熔體黏度、增強(qiáng)纖維數(shù)量、材料最初溫度以及牽引力的大小等參數(shù)則是預(yù)加熱裝置的長度與溫度的決定因素。

　　

　　

　　

　　圖4 改進(jìn)的熱塑性樹脂拉擠生產(chǎn)工藝流程示意圖

　　

　　2.1 熱塑性塑料與熱固性塑料的拉擠工藝裝備的對(duì)比

　　

　　（1）材料方面熱固性塑料拉擠：增強(qiáng)纖維與樹脂通過浸漬槽在拉擠過程中混合均勻；熱塑性塑料拉擠：用已經(jīng)提前進(jìn)行過預(yù)浸漬的纖維與樹脂直接進(jìn)行拉擠。

　　

　　（2）模具方面熱固性塑料拉擠：在模具中通過加熱固化；熱塑性塑料拉擠：在模具中通過冷卻固化，并且模具中有加熱裝置，保證纖維與樹脂分散均勻。

　　

　　2.2 熱塑性塑料拉擠模具的特點(diǎn)

　　

　　熱塑性塑料拉擠模具是整個(gè)生產(chǎn)線的核心部件。制品硬化、成型和冷卻等工藝步驟都在模具內(nèi)通過壓力和溫度傳遞進(jìn)行。對(duì)熱塑性塑料拉擠模具的要求一般源于對(duì)熱固性塑料拉擠模具的基本要求，如較好的耐磨性、模腔表面高光潔度、尺寸穩(wěn)定性、易操作性和分區(qū)溫度控制等。這些目標(biāo)目前可通過以下方法達(dá)到：使用鍍鉻工具鋼、雙層設(shè)計(jì)和電加熱元件等。

　　

　　通常要求模具模腔應(yīng)拋光并鍍硬鉻，模具硬度應(yīng)達(dá)HRC70 ，粗糙度Rz<0 .4。硬化區(qū)的長度取決于熱補(bǔ)償過程或必需的硬化時(shí)間。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，模具硬化區(qū)可從50、500到1000mm 不等。

　　

　　已有研究證明，從300至500mm 的模具長度能賦予拉擠型材最佳的形狀和力學(xué)性能。

　　

　　通常熱塑性拉擠模具內(nèi)應(yīng)分隔成不同的溫度區(qū)（如圖5所示），其主要分為加熱與冷卻兩部分。加熱部分是為了保證纖維與樹脂均勻分布，較長的加熱段可以保證產(chǎn)生足夠的壓力使樹脂/ 玻纖充分流動(dòng)混合，而冷卻部分則是為了混保證產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性。這種熱隔離能保證模具長度方向上有適宜的溫度梯度，并可采用不同直徑的芯軸來適應(yīng)不同熔體的不同收縮性。

　　

　　

　　

　　圖5 熱塑性樹脂拉擠模具結(jié)構(gòu)示意圖

　　

　　熱塑性樹脂基的拉擠成型在國外已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段，而在我國尚處于初步的探索應(yīng)用階段，要加快這一成型技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，關(guān)鍵點(diǎn)就是要充分掌握增強(qiáng)纖維的浸漬與工藝參數(shù)的正確選擇，并能力提高生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定性。