拉挤成型2讲解课件.ppt
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1、授授 课课 人:刘东雷(博士)人:刘东雷(博士)单单 位:南昌大学机电工程学院位:南昌大学机电工程学院系系 所:材料成型系所:材料成型系高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室拉挤成型工艺及应用拉挤成型工艺及应用目目 录录v概述概述v原理与设备原理与设备v拉挤模具拉挤模具v原材料原材料v拉挤制品与工艺设计拉挤制品与工艺设计v课后作业课后作业高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室4.1 基体材料基体材料 4.2 增强材料增强材料高分子材料成型新技术及模具高分子
2、材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室4.3 辅助材料辅助材料4 4 原材料原材料学习内容学习内容高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室 4.1 4.1 基体材料基体材料作用作用黏结剂:将增强材料黏结成一个整体,起传黏结剂:将增强材料黏结成一个整体,起传递载荷、均衡载荷的作用。递载荷、均衡载荷的作用。赋予复合材料基本性质:赋予复合材料基本性质:FRP材料的力学性材料的力学性能取决于增强材料,但其弯曲、压缩等力学能取决于增强材料,但其弯曲、压缩等力学性能取决于基体,耐热性、耐腐性、阻燃性、
3、性能取决于基体,耐热性、耐腐性、阻燃性、耐候性、电性能、生物性和透光性则取决于耐候性、电性能、生物性和透光性则取决于基体材料。基体材料。高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室组分组分合成树脂:聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂合成树脂:聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等纯树脂液。等纯树脂液。辅助材料:辅助剂用量一般较少,与树脂混辅助材料:辅助剂用量一般较少,与树脂混合使用,具备控制反应、赋予制品特殊性能合使用,具备控制反应、赋予制品特殊性能的关键作用。的关键作用。辅助剂种类:固化剂、促进剂、抗老化剂、辅助剂种类:固化剂、促进剂、抗老化
4、剂、阻燃剂、稀释剂、增韧剂、颜料、填料。阻燃剂、稀释剂、增韧剂、颜料、填料。高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室选用原则选用原则设计要求:每种产品都有设计性能指标,以设计要求:每种产品都有设计性能指标,以保证产品使用安全性。保证产品使用安全性。工艺要求:从拉挤成型工艺角度考虑,树脂工艺要求:从拉挤成型工艺角度考虑,树脂配方设计要求要有较长的凝固时间(配方设计要求要有较长的凝固时间(8h以上)以上)和较快的固化速度,以满足连续拉挤、快速和较快的固化速度,以满足连续拉挤、快速固化的要求。固化的要求。高分子材料成型新技术及模具高
5、分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室拉挤成型树脂应满足以下特性拉挤成型树脂应满足以下特性q 黏度较低:最好在黏度较低:最好在2000Pas以下,树脂应具有良好的以下,树脂应具有良好的流动性和浸润性。流动性和浸润性。q 凝胶时间较长,固化时间较短。凝胶时间较长,固化时间较短。q 固化收缩率较低:可在配方中引入填料,降低固化收固化收缩率较低:可在配方中引入填料,降低固化收缩率的同时,可降低成本。缩率的同时,可降低成本。q 黏结性好、具有一定的韧性,成型时不易产生裂纹。黏结性好、具有一定的韧性,成型时不易产生裂纹。q 经济性要求。经济性要求。拉挤成型常用树
6、脂拉挤成型常用树脂不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂等。不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂等。不饱和聚酯树脂应用最多,技术上也最成熟,大不饱和聚酯树脂应用最多,技术上也最成熟,大约占总量的约占总量的90%。一般来讲,用于模塑料的不饱和聚酯树脂都可用一般来讲,用于模塑料的不饱和聚酯树脂都可用于拉挤成型制品。国外已生产出拉挤制品专用的于拉挤成型制品。国外已生产出拉挤制品专用的不饱和聚酯树脂。不饱和聚酯树脂。为获不同性能,改性酚醛树脂、多种热塑性树脂为获不同性能,改性酚醛树脂、多种热塑性树脂也已应用。也已应用。高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CA
7、E/KBE研究室研究室高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室典型拉挤用不饱和聚酯树脂配方典型拉挤用不饱和聚酯树脂配方(I)(I)(生产配方生产配方)成份成份含量(份)含量(份)树脂树脂196196100100脱模剂(硬脂酸锌)脱模剂(硬脂酸锌)3 35 5填料(轻质碳酸钙)填料(轻质碳酸钙)5 51515低收缩剂(低收缩剂(PVCPVC树脂)树脂)5 51515颜料颜料0.10.11.01.0高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室典型拉挤用不饱和聚酯树脂配
8、方典型拉挤用不饱和聚酯树脂配方(II)(II)(生产配方生产配方)成份成份含量(份)含量(份)环氧树脂环氧树脂E-55E-55100100脱模剂(硬脂酸锌)脱模剂(硬脂酸锌)3 35 5固化剂(固化剂(590#590#)15152020增韧剂增韧剂10101515稀释剂稀释剂适量适量高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室 4.2 4.2 增强材料增强材料 拉挤成型所用的增强材料绝大部分是玻璃纤拉挤成型所用的增强材料绝大部分是玻璃纤维,其次是聚酯纤维。维,其次是聚酯纤维。碳纤维等高强度纤维碳纤维等高强度纤维 主要用于宇航、体育
9、器主要用于宇航、体育器材等。材等。玻璃纤维中,用得最多的是无捻粗纱,所用玻璃纤维中,用得最多的是无捻粗纱,所用玻纤都采用增强型浸润剂。玻纤都采用增强型浸润剂。高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室常用增强材料常用增强材料 无捻粗纱无捻粗纱 玻璃纤维毡玻璃纤维毡 聚酯纤维表面毡聚酯纤维表面毡 玻璃纤维布、带玻璃纤维布、带 二维织物、三维织物二维织物、三维织物高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室 4.3 4.3 辅助材料辅助材料常用辅助材料(常用辅助材料(I
10、)I)辅助剂辅助剂特点特点固化剂固化剂金属皂类、脂肪酸酯、聚乙烯羟蜡,用金属皂类、脂肪酸酯、聚乙烯羟蜡,用量一般量一般0.50.53%3%。阻燃剂阻燃剂添加型:磷酸酯、卤代羟、氢氧化铝、添加型:磷酸酯、卤代羟、氢氧化铝、氧化锑,对复合材料性能有一定影响。氧化锑,对复合材料性能有一定影响。反应型:磷多元醇、卤代酸酐,对材料反应型:磷多元醇、卤代酸酐,对材料性能影响小。性能影响小。填料填料碳酸钙、氢氧化铝,用量为树脂的碳酸钙、氢氧化铝,用量为树脂的101050%50%,粒度,粒度15015012001200目。目。高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/C
11、AE/KBE研究室研究室辅助剂辅助剂特点特点色料色料内着色剂,无机颜料,用量内着色剂,无机颜料,用量0.50.55%5%。低收缩添加剂低收缩添加剂聚醋酸乙烯酯(聚醋酸乙烯酯(PVAEPVAE)、聚苯乙烯)、聚苯乙烯(PS)PS)、热塑性聚氨酯、聚酯。、热塑性聚氨酯、聚酯。分散剂分散剂是一种表面活性剂,由一个或多个亲颜是一种表面活性剂,由一个或多个亲颜/填料的基团和类似与树脂的链状结构填料的基团和类似与树脂的链状结构组成,增进颜组成,增进颜/填料粒子的润湿,稳定填料粒子的润湿,稳定分散剂,防止胶液絮凝。分散剂,防止胶液絮凝。引发剂引发剂中高温固化系统引发剂:中高温固化系统引发剂:BPOBPO、M
12、EKPMEKP、TBPBTBPB、BPPDBPPD等。等。常用辅助材料常用辅助材料(II)(II)5.1 拉挤型材结构与工艺设计拉挤型材结构与工艺设计5.2 拉挤成型工艺因素拉挤成型工艺因素高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室5.3 产品缺陷与控制产品缺陷与控制5 5 拉挤制品与工艺设计拉挤制品与工艺设计学习内容学习内容高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室 5.1 5.1 拉挤型材结构与工艺设计拉挤型材结构与工艺设计5.1.1 5.1.1 拉挤型材拉挤
13、型材高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室棒材:圆棒、方棒、半圆棒、槽棒、狗骨棒棒材:圆棒、方棒、半圆棒、槽棒、狗骨棒管材:矩形管、异型管管材:矩形管、异型管板材:矩形板、椭圆板板材:矩形板、椭圆板组合型材组合型材其他常用型材其他常用型材高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室普通型材普通型材高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室普通型材普通型材高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技
14、术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室狗骨棒材狗骨棒材高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室异形棒(管)材异形棒(管)材高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室异形棒(管)材异形棒(管)材高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室组合型材组合型材高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室组合型材组合型材
15、高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室5.1.2 5.1.2 拉挤型材结构设计拉挤型材结构设计(1)强度设计)强度设计拉挤制品轴向与横向之间没有弯拉挤制品轴向与横向之间没有弯曲耦合效应,轴向强度大,横向曲耦合效应,轴向强度大,横向强度低,对于仅承受轴向应力的强度低,对于仅承受轴向应力的拉挤制品,强度分析可以简化。拉挤制品,强度分析可以简化。1)许用应力)许用应力 bK材料极限破坏应力材料安全系数许用应力高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室2)拉伸强度)拉
16、伸强度3)弯曲强度)弯曲强度maxmaxyfyMW截面最大弯矩抗弯截面系数弯曲许用应力最大弯曲应力 FA轴向拉伸力制品截面积许用应力最大拉伸应力高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室(2)刚度设计)刚度设计1)许用变形)许用变形 bK材料断裂延伸率材料安全系数许用应变 nlfk梁长度材料系数,取250750之间值许用扰度高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室2)拉伸刚度)拉伸刚度 LLbFEAE3)弯曲刚度)弯曲刚度 34maxpqLLpLqLfkkfE
17、JE J高分子材料成型新技术及模具高分子材料成型新技术及模具CAD/CAE/KBECAD/CAE/KBE研究室研究室 5.2 5.2 拉挤成型工艺因素拉挤成型工艺因素(1)模具温度)模具温度在拉挤成型过程中,浸渍了胶液的玻璃纤维和织物在在拉挤成型过程中,浸渍了胶液的玻璃纤维和织物在穿越模具时受热发生交联反应,树脂由线型液状的物穿越模具时受热发生交联反应,树脂由线型液状的物体逐步变化成为体型的固态型材,这种变化必须是在体逐步变化成为体型的固态型材,这种变化必须是在进入模具开始到进入牵引机之前基本完成的,当配方进入模具开始到进入牵引机之前基本完成的,当配方确定后,温度是拉挤工艺控制的重点。确定后,
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