拉擠制品缺陷的分析研究

費其鋒，鐘洪強，李 明，宋長久，廖晚鳳，劉 洲

（巨石集團有限公司，桐鄉(xiāng) 314500）

0 前言

拉擠成型技術是在牽引設備的拉引下，將浸漬樹脂膠液的連續(xù)纖維或其制品，通過成型模加熱使樹脂固化，連續(xù)生產(chǎn)復合材料型材的成型工藝。制品應用范圍遍及航天、航空、交通、建筑、化工和電氣等各個領域［1，2］。基本工藝過程一般為增強材料在外力的牽引下，經(jīng)浸膠、預成型、熱模固化、在連續(xù)出模后經(jīng)定長切割或一定的后加工，得到型材制品［3］。

拉擠區(qū)別于手糊、噴射及纏繞工藝，其整個固化成型過程均在模具中完成，只有在制品出了模具后，才能觀測到是否存在缺陷。本文主要對拉擠工藝過程中出現(xiàn)的各種制品缺陷進行分類，分析缺陷產(chǎn)生的原因及提出相應的改善措施。

1 缺陷問題的研究

拉擠制品在制備過程中由于種種原因，最終制品可能存在不同類型的缺陷，并會或多或少的影響制品使用性能［4-6］。本文就常見的拉擠缺陷進行歸類分析。

1.1 表面纖維外露、起毛

表面纖維外露、起毛的缺陷一般出現(xiàn)在只用玻纖無捻粗紗增強的制品上，如：絕緣子棒材、抽油桿、加強芯等，如圖1 所示。由于制品表面沒有覆蓋氈或布，如果拉擠玻纖的質量分數(shù)太高，吸樹脂量不足，玻纖在沿拉擠方向排布時就可能發(fā)生制品表面纖維剝離外露的情況，并在牽引力作用下與模具摩擦而起毛，制品表面無光澤。該缺陷不但影響制品外觀，而且對電絕緣性能有非常不利的影響。對玻纖外露起毛的絕緣芯棒，相對表面積越大，越容易積污，在自然環(huán)境下大霧淋雨、污穢受潮、表面覆冰等情況下的閃絡電壓也相應更低［7］。

圖1 棒材纖維外露、起毛

改善玻纖外露起毛的有效方法是適當降低玻纖的質量分數(shù)，必要時可以用氈布替換部分粗紗，提升制品表面吸樹脂量，對制品表面玻纖起到更好的保護及潤滑作用。

1.2 制品表面凹痕

拉擠制品的表面凹痕不同于注塑，注塑工藝的凹痕主要是聚合和冷卻過程中，受原料特性和模具內外溫差的影響，出現(xiàn)收縮現(xiàn)象導致產(chǎn)品的表面缺料。拉擠表面凹痕主要分為兩類。一類是局部缺紗型凹痕，主要發(fā)生在玻璃纖維紗線進模具前，主要是紗線缺股或者預成型紗線排布不合理造成的。另一類是劃傷型凹痕，主要是模具不光滑或者模具內部樹脂碎片堆積而劃傷制品表面，如圖2 所示。制品凹痕處由于缺失玻纖的增強作用，該處力學性能會比其他部位要低，特別是對外觀復雜的拉擠制品來說，會嚴重影響復合材料的安全性和使用壽命［6］。

圖2 制品表面凹痕

與玻纖外露起毛相反，要減少凹痕缺陷，需要增加用紗量并改善預成型排布，同時對模具進行打磨清理，必要時還可以考慮使用更好的脫模劑。

1.3 紗線浸透不良

浸透不良不僅僅是拉擠工藝特有，幾乎所有復合材料成型工藝都會或多或少地遇到該問題。浸透不良通常是由于紗線性質與使用工藝不匹配造成。如：紗線實際浸透速度較慢，而拉擠速度過快，導致樹脂沒有完全浸透紗線就已經(jīng)進入模具固化，或者部分紗線含油含水異常，導致浸透速度存在差異，又如作業(yè)環(huán)境溫濕度差異較大時，既影響紗線性狀，又影響樹脂粘度，導致冬夏季使用相同工藝時，浸透效果卻天差地別。浸透不良的制品表面通常有明顯的白斑或白絲，如圖3 所示，白斑處由于紗線浸透不佳，與樹脂的界面結合較差，即影響外觀又對制品性能有不良影響。

圖3 紗線浸透不良

要改善此類缺陷，選擇與使用工藝相匹配的玻璃纖維紗就尤為重要。通常既要考慮浸透速度與拉擠速度的關系，又要考量玻纖種類與樹脂類型的結合情況。最后對作業(yè)環(huán)境溫濕度還需要有較好的控制措施，保證環(huán)境相對穩(wěn)定。

1.4 表面起皮或白粉

表面起皮和白粉的成因與劃傷型凹痕有點類似，都有樹脂富余的原因。事實上，當浸透樹脂的玻纖進入模具后，在牽引力作用下，玻纖有向模具中心聚集的趨勢，而在緊貼模具壁的玻纖表面，會形成一層幾乎不含纖維的樹脂層。這層樹脂層如果與模具界面完全分離并與玻纖結合良好，則產(chǎn)品外觀正常。如果與玻纖結合不佳，且與模具壁粘接力也不大，則會在制品表面形成起皮或掉皮。最差情況則是樹脂層與模具粘接力過大，導致拉擠時樹脂層碎裂變成粉末，而粉末堆積甚至會發(fā)生堵模情況，使得拉擠中斷。缺陷如圖4所示。整體而言，此類缺陷不單單影響制品性能，可能還會造成設備損失。

圖4 表面起皮和表面白粉

解決此類缺陷的關鍵是要做到樹脂的凝膠、固化與脫模相匹配。通常采用的方法是優(yōu)化引發(fā)劑，改變樹脂固化時間，調整模具溫度，適當采用輔助加熱系統(tǒng)，減少表面與中心溫差，保證模具內部光滑減少表層樹脂層與模具壁的粘接力等［8-10］。

1.5 分型線缺陷

分型線類型缺陷只發(fā)生在可開合模具上，在兩塊模具的接縫處，模具所受應力最大，是最容易產(chǎn)生樹脂粘附和堵塞的地方［11］。在拉擠生產(chǎn)玻璃鋼片材、工字鋼、角鋼等異型材時，如果模具制造尺寸精確度不夠，在合模時各模塊定位偏差大，就容易在分型線處發(fā)生粘模情況而產(chǎn)生分型線，并可能隨著拉擠過程撕裂制品表面，最終表現(xiàn)在制品外觀上，就是在分型線處產(chǎn)生一條明顯的白線，如圖5所示。

圖5 型材表面分型線

處理方法一般是需要停機修復模具，將模具重新拆裝，提高各模塊間的定位精度，減少偏差。

1.6 性能類型缺陷

該類缺陷包括但不限于制品不耐老化、易褪色、絕緣性差、力學強度低等，通常需要從樹脂類型、玻纖增強性能、工藝原理等方面深入研究改善。

2 結論

研究了拉擠制品中存在的缺陷，如：表面纖維外露、凹痕、浸透不良、起皮等等。針對缺陷問題，總結了拉擠制品六大類型的缺陷，分析了缺陷產(chǎn)生的原因，提出了改善方法。