拉挤制品缺陷的分析研究

2024-01-15费其锋钟洪强宋长久廖晚凤

玻璃纤维 2023年6期

费其锋，钟洪强，李明，宋长久，廖晚凤，刘洲

（巨石集团有限公司，桐乡 314500）

0 前言

拉挤成型技术是在牵引设备的拉引下，将浸渍树脂胶液的连续纤维或其制品，通过成型模加热使树脂固化，连续生产复合材料型材的成型工艺。制品应用范围遍及航天、航空、交通、建筑、化工和电气等各个领域［1，2］。基本工艺过程一般为增强材料在外力的牵引下，经浸胶、预成型、热模固化、在连续出模后经定长切割或一定的后加工，得到型材制品［3］。

拉挤区别于手糊、喷射及缠绕工艺，其整个固化成型过程均在模具中完成，只有在制品出了模具后，才能观测到是否存在缺陷。本文主要对拉挤工艺过程中出现的各种制品缺陷进行分类，分析缺陷产生的原因及提出相应的改善措施。

1 缺陷问题的研究

拉挤制品在制备过程中由于种种原因，最终制品可能存在不同类型的缺陷，并会或多或少的影响制品使用性能［4-6］。本文就常见的拉挤缺陷进行归类分析。

1.1 表面纤维外露、起毛

表面纤维外露、起毛的缺陷一般出现在只用玻纤无捻粗纱增强的制品上，如：绝缘子棒材、抽油杆、加强芯等，如图1 所示。由于制品表面没有覆盖毡或布，如果拉挤玻纤的质量分数太高，吸树脂量不足，玻纤在沿拉挤方向排布时就可能发生制品表面纤维剥离外露的情况，并在牵引力作用下与模具摩擦而起毛，制品表面无光泽。该缺陷不但影响制品外观，而且对电绝缘性能有非常不利的影响。对玻纤外露起毛的绝缘芯棒，相对表面积越大，越容易积污，在自然环境下大雾淋雨、污秽受潮、表面覆冰等情况下的闪络电压也相应更低［7］。

图1 棒材纤维外露、起毛

改善玻纤外露起毛的有效方法是适当降低玻纤的质量分数，必要时可以用毡布替换部分粗纱，提升制品表面吸树脂量，对制品表面玻纤起到更好的保护及润滑作用。

1.2 制品表面凹痕

拉挤制品的表面凹痕不同于注塑，注塑工艺的凹痕主要是聚合和冷却过程中，受原料特性和模具内外温差的影响，出现收缩现象导致产品的表面缺料。拉挤表面凹痕主要分为两类。一类是局部缺纱型凹痕，主要发生在玻璃纤维纱线进模具前，主要是纱线缺股或者预成型纱线排布不合理造成的。另一类是划伤型凹痕，主要是模具不光滑或者模具内部树脂碎片堆积而划伤制品表面，如图2 所示。制品凹痕处由于缺失玻纤的增强作用，该处力学性能会比其他部位要低，特别是对外观复杂的拉挤制品来说，会严重影响复合材料的安全性和使用寿命［6］。

图2 制品表面凹痕

与玻纤外露起毛相反，要减少凹痕缺陷，需要增加用纱量并改善预成型排布，同时对模具进行打磨清理，必要时还可以考虑使用更好的脱模剂。

1.3 纱线浸透不良

浸透不良不仅仅是拉挤工艺特有，几乎所有复合材料成型工艺都会或多或少地遇到该问题。浸透不良通常是由于纱线性质与使用工艺不匹配造成。如：纱线实际浸透速度较慢，而拉挤速度过快，导致树脂没有完全浸透纱线就已经进入模具固化，或者部分纱线含油含水异常，导致浸透速度存在差异，又如作业环境温湿度差异较大时，既影响纱线性状，又影响树脂粘度，导致冬夏季使用相同工艺时，浸透效果却天差地别。浸透不良的制品表面通常有明显的白斑或白丝，如图3 所示，白斑处由于纱线浸透不佳，与树脂的界面结合较差，即影响外观又对制品性能有不良影响。

图3 纱线浸透不良

要改善此类缺陷，选择与使用工艺相匹配的玻璃纤维纱就尤为重要。通常既要考虑浸透速度与拉挤速度的关系，又要考量玻纤种类与树脂类型的结合情况。最后对作业环境温湿度还需要有较好的控制措施，保证环境相对稳定。

1.4 表面起皮或白粉

表面起皮和白粉的成因与划伤型凹痕有点类似，都有树脂富余的原因。事实上，当浸透树脂的玻纤进入模具后，在牵引力作用下，玻纤有向模具中心聚集的趋势，而在紧贴模具壁的玻纤表面，会形成一层几乎不含纤维的树脂层。这层树脂层如果与模具界面完全分离并与玻纤结合良好，则产品外观正常。如果与玻纤结合不佳，且与模具壁粘接力也不大，则会在制品表面形成起皮或掉皮。最差情况则是树脂层与模具粘接力过大，导致拉挤时树脂层碎裂变成粉末，而粉末堆积甚至会发生堵模情况，使得拉挤中断。缺陷如图4所示。整体而言，此类缺陷不单单影响制品性能，可能还会造成设备损失。

图4 表面起皮和表面白粉

解决此类缺陷的关键是要做到树脂的凝胶、固化与脱模相匹配。通常采用的方法是优化引发剂，改变树脂固化时间，调整模具温度，适当采用辅助加热系统，减少表面与中心温差，保证模具内部光滑减少表层树脂层与模具壁的粘接力等［8-10］。

1.5 分型线缺陷

分型线类型缺陷只发生在可开合模具上，在两块模具的接缝处，模具所受应力最大，是最容易产生树脂粘附和堵塞的地方［11］。在拉挤生产玻璃钢片材、工字钢、角钢等异型材时，如果模具制造尺寸精确度不够，在合模时各模块定位偏差大，就容易在分型线处发生粘模情况而产生分型线，并可能随着拉挤过程撕裂制品表面，最终表现在制品外观上，就是在分型线处产生一条明显的白线，如图5所示。