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拉挤成型工艺是指将粗纱和毡在牵引设备的拉引作用下经过树脂槽浸渍,然后进入到加热模具中固化,经过切割形成最终制品。
采用拉挤工艺制造复合材料制品已有数十年历史。拉挤工艺使用的传统树脂有聚酯、不饱和树脂、酚醛树脂、环氧树脂等。高度自动化的拉挤成型技术能充分发挥纤维的力学性能,适用于连续生产树脂基复合材料。
聚氨酯凭借其出色的力学性能、低压成型、快速固化、无苯乙烯挥发等优点从传统树脂中脱颖而出,成为树脂基复合材料行业的“新宠”。
一、原材料
01 聚氨酯树脂基体
Deyilong
聚氨酯是以低聚物多元醇和异氰酸酯为主要原料合成的一种主链含有氨基甲酸酯基团(-NHCOO-)的聚合物。与传统树脂相比,聚氨酯与增强材料的结合更好,因此抗冲击性能、力学性能和耐候性优异。
聚氨酯树脂中不含苯乙烯等挥发物,完全满足国家对“加强绿色产品应用研发,推广轻量化、低功耗技术工艺”的相关要求。
聚氨酯用于拉挤成型具有黏度低、成型速度更快的工艺优势。拉挤用聚氨酯树脂典型的相关性能见下表。
02 增强材料
玻璃纤维
玻璃纤维作为性能优异的无机纤维,是一种弹性模量高、拉伸强度大、断裂伸长率小的脆性材料,具有力学性能可设计的优势,可根据需要灵活设计产品结构来提高产品整体性能,被广泛用于树脂基复合材料的增强材料。下表为两种玻璃纤维的主要性能。
研究表明,玻璃纤维表面N元素含量的增加可明显增大玻璃纤维与聚氨酯树脂的结合力,这可能是因为含氮官能团会与聚氨酯树脂中残余的异氰酸酯反应生成脲基,在两相界面间起到化学键合作用。
碳纤维
碳纤维作为一种优异的增强材料,具有比强度和比模量高、密度低、热膨胀系数小、摩擦系数低、伸长率低、耐低温性能良好等优点。可根据不同领域的应用需求选取不同规格、不同性能的碳纤维。碳纤维的规格与性能见下表。
聚氨酯树脂对纤维有良好的浸润性,但若要两者形成良好界面还需要更高的黏结强度。所以,在碳纤维的生产过程中,通常会对碳纤维进行上浆处理。主要是防止纤维吸附空气中的杂质和水,保护纤维表面活性基团;同时可提高纤维的集束功能,改善其浸润性能,具有一定的补强作用。
但是,目前关于碳纤维增强聚氨酯树脂基复合材料的研究,大多集中在短纤维。相比之下,连续碳纤维在聚氨酯基复合材料中应用时,碳纤维的含量大大提高,与聚氨酯树脂基体的界面面积大,界面结合力大,增强强度远比短纤维高。
其他纤维增强材料