一文了解复合材料拉挤成型工艺

01拉挤成型工艺概述

复合材料拉挤成型工艺技术是一种先进的生产方法，主要用于生产玻璃纤维、碳纤维等增强

材料的制品。该技术始于1948年的美国，用于制造具有恒定截面FRP（纤维增强塑料）型材，

并在全世界得以发展推广。其优点在于生产效率高、制品质量稳定、成本低等。随着科技的不断

进步，该技术在过去的几十年中得到了快速发展，并逐渐实现了工业化生产。

拉挤型材广泛应用于电气设备、耐腐蚀部件、建筑工程、运输行业及军事等领域，目前正处

在高速发展的阶段。拉挤成型从理论上可以生产出任意长度的制品，典型的拉挤线速度为0.2~

1.5m/min，快速成型速率可以达到4m/min以上，并且可以同时生产多件产品，从而极大地提

高了成型效率，适用于大批量生产；此外，生产过程可以完全实现自动化控制，产品截面形状实

现系列化与标准化，显著降低了复合材料制品质量的离散性，性能稳定；纤维含量高，最高可达

80%，由于成型时纤维在张力作用下充分展直，纤维性能可以得到充分发挥，纵向力学性能突出

，原材料利用率也可达到95%以上。

02拉挤成型工艺发展

我国拉挤玻璃钢成型工艺的研究开始并不算晚。1968年北京二五一厂以拉挤法生产了玻璃钢

管,1974 年拉制出了槽形玻璃钢型材,1982年拉制出体操器材双杠、高低杠的横杠，并试制成功以

酚醛树脂为基体的机电槽楔。

70年代武汉工业大学以拉挤法生产了小直径园截面拉杆与接收天线。以上产品都是采用国产

树脂和玻璃纤维原料,自己摸索的工艺技术与装备研究开发的拉挤技术。

自1985 年以来,从外洋引进拉挤成型玻璃钢生产线30 多条,关于单元还结合生产现实,消化吸收

外洋技术自行设计、加工生产线70条,全国拉挤玻璃钢成型总生产能力近3万余吨。

90年代初,石油天然气总公司湖北沙市钢管厂与秦皇岛耀华玻璃钢厂以引进技术与自行研制相

结合,开发生产石油开采抽油杆,遭到石油部门的认可,已用于现实生产。我国拉挤玻璃钢业迎来了

第一个春天,大小拉挤厂纷纷建立,开始研制用拉挤法生产玻璃钢门窗型材。

03拉挤成型工艺流程

3.1拉挤成型典型工艺流程

玻璃纤维粗纱排布——浸胶——预成型——挤压模塑及固化——牵引——切割——制品

无捻粗纱从纱架引出后，经过排纱器进入浸胶槽浸透树脂胶液，然后进入预成型模，将多余

树脂和气泡排出，再进入成型模凝胶、固化。固化后的制品由牵引机连续不断地从模具拔出，最

后由切断机定长切断。在成型过程中，每道工序都可以有不同方法：如送纱工序，可以增加连续

纤维毡，环向缠绕纱或用三向织物以提高制品横向强度；牵引工序可以是履带式牵引机，也可以

用机械手；固化方式可以是模内固化，也可以用加热炉固化；加热方式可以是高频电加热，也

可以用熔融金属（低熔点金属）等。

拉挤工艺用原材料

①树脂基体：在拉挤工艺中，应用最多的是不饱和聚酯树脂，约占本工艺树脂用量的90以上

，另外还有环氧树脂、乙烯基树脂、热固性甲基丙烯酸树脂、改性酚醛树脂、阻燃性树脂等。

②增强材料：拉挤工艺用的增强材料，主要是玻璃纤维及其制品，如无捻粗纱、连续纤维毡

等。为了满足制品的特殊性能要求，可以选用芳纶纤维、碳纤维及金属纤维等。不论是哪种纤维，

用于拉挤工艺时，其表面都必须经过处理，使之与树脂基体能很好的粘接。

③辅助材料：拉挤工艺的辅助材料主要有脱模剂和填料。

3.2拉挤成型设备组成

① 增强材料传送系统：如纱架、毡铺展装置、纱孔等。

② 树脂浸渍：直槽浸渍法最常用，在整个浸渍过程中，纤维和毡排列应十分整齐。

③ 预成型：浸渍过的增强材料穿过预成型装置，以连续方式谨慎地传递，以便确保它们的

相对位置，逐渐接近制品的最终形状，并挤出多余的树脂，然后再进入模具，进行成型固化。

④ 模具：模具是在系统确定的条件下进行设计的。根据树脂固化放热曲线及物料与模具的摩擦

性能，将模具分成三个不同的加热区，其温度由树脂系统的性能确定。模具是拉挤成型工艺中最

关键的部分，典型模具的长度范围在0.6~1.2m之间。

 ⑤ 牵引装置：牵引装置本身可以是一个履带型拉出器或两个往复运动的夹持装置，以便确保

连续运动。

⑥ 切割装置：型材由一个自动同步移动的切割锯按需要的长度切割。

3.3拉挤成型工艺操作注意事项

成型模具的作用是实现坯料的压实、成型和固化。模具截面尺寸应考虑树脂的成型收缩率。模

具长度与固化速度、模具温度、制品尺寸、拉挤速度、增强材料性质等有关，一般为600～1200

mm。

模腔光洁度要高以减少摩擦力，延长使用寿命，易于脱模。通常用电加热，对高性能复合材料

采用微波加热。模具入口处需有冷却装置，以防胶液过早固化。浸胶工序主要掌握胶液相对密度

(黏度)和浸渍时间。其要求和影响因素与预浸料相同。

固化成型工序主要掌握成型温度、模具温度分布、物料通过模具的时间(拉挤速度)，这是拉挤

成型工艺的关键工序。在拉挤成型过程中，预浸料穿过模具时产生一系列物理的、化学的和物理

化学的复杂变化，迄今仍不很清楚。

大体上讲按照预浸料通过模具时的状态，可把模具分成三个区域。增强材料以等速穿过模具，

而树脂则不同。在模具入口处树脂的行为近似牛顿流体，树脂与模具内壁表面处的黏滞阻力减缓了

树脂的前进速度，并随离模具内表面距离的增加，逐渐恢复到与纤维相当的水平。

预浸料在前进过程中，树脂受热发生交联反应，黏度降低，黏滞阻力增加，并开始凝胶，进入

凝胶区，逐渐变硬，收缩并与模具脱离。树脂与纤维一起以相同的速度均匀向前移动。在固化区受

热继续固化，并保证出模时达到规定的固化度。固化温度通常大于胶液放热峰的峰值，并使温度、

凝胶时间和牵引速度相匹配。预热区温度应较低，温度分布的控制应使固化放热峰出现在模具中部

靠后些，脱离点控制在模具中部。

三段的温差控制在20～30℃，温度梯度不宜过大。还应考虑固化反应放热的影响。通常三个区

域分别用三对加热系统来控温。

牵引力是保证制品顺利出模的关键。牵引力的大小取决于产品与模具间的界面剪应力。剪应力

随牵引速度的增加而降低，并在模具的入口处、中部和出口处出现三个峰值。

入口处的峰值是由该处树脂的黏滞阻力产生的。其大小取决于树脂黏性流体的性质、入口处温度

及填料含量。在模具内树脂黏度随温度升高而降低，剪应力下降。随着固化反应的进行，黏度及剪应

力增加。第二个峰值与脱离点相对应，并随牵引速度的增加，大幅度降低。第三个峰值在出口处，是

制品固化后与模具内壁摩擦而产生的，其值较小。

牵引力在工艺控制中很重要。要使制品表面光洁，则要求脱离点处的剪应力(第二个峰值)小，并

且尽早脱离模具。牵引力的变化反应了制品在模具中的反应状态，并与纤维含量、制品形状和尺寸、

脱模剂、温度、牵引速度等有关。

拉挤成型是复合材料成型工艺中的一种特殊工艺，其优点是：

①生产过程完全实现自动化控制，生产效率高；

②拉挤成型制品中纤维含量可高达80%，浸胶在张力下进行，能充分发挥增强材料的作用，产品

强度高；

③制品纵、横向强度可任意调整，可以满足不同力学性能制品的使用要求；

④生产过程中无边角废料，产品不需后加工，故较其它工艺省工，省原料，省能耗；

⑤制品质量稳定，重复性好，长度可任意切断。

04复合材料拉挤成型工艺技术的应用

复合材料拉挤成型工艺技术在各个领域得到了广泛应用，以下是几个主要应用领域：

1. 航空航天领域：复合材料具有轻质、高强度的特点，因此在航空航天领域得到了广泛应用。采用

复合材料拉挤成型工艺技术可以制备出高质量的航空航天器零部件，如机翼、机身等。

2. 汽车领域：汽车领域是复合材料拉挤成型工艺技术的重要应用领域之一。采用该技术可以制备出

轻量化、高强度的汽车零部件，如车架、车身等，从而提高汽车的性能和燃油经济性。

3. 建筑领域：在建筑领域，复合材料拉挤成型工艺技术主要用于制备玻璃纤维增强混凝土等建筑材料

。这些材料具有轻质、高强度、耐腐蚀等特点，可以大大提高建筑物的安全性和使用寿命。

4. 其他领域：除了上述领域，复合材料拉挤成型工艺技术还在石油化工、电子电气等领域得到广泛

应用。例如，采用该技术可以制备出高质量的管道、容器等产品，用于石油化工领域；同时也可以制备出

轻质、高强度的电路板等产品，用于电子电气领域。

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