一、國外玻璃鋼拉擠成型工藝概況
隨著玻璃鋼拉擠制品應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大,國外拉擠制品的規(guī)格品種也越來越多。目前除L型、O型、U型、平板型、中空或?qū)嵭镜?a href="http://m.shijieche.cn/down/" target="_blank">標準拉擠制品形狀外,還可生產(chǎn)出根據(jù)客戶所要求的各種異形結(jié)構(gòu)。有些多孔腔制品的芯材,現(xiàn)在也已實現(xiàn)標準化了。拉擠復(fù)合材料制品的尺寸,小的只有幾個平方毫米,大的如橋梁橋面用的拉擠制品,可達幾十平方米。
玻璃鋼拉擠成型工藝所使用的增強材料品種也很多,如玻璃纖維無捻粗紗、氈、薄布或玻纖織物,碳纖維、芳綸纖維以及它們的織物等。拉擠成型所使用的基體樹脂材料,有熱塑性樹脂和熱固性樹脂兩大類。聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、乙烯基酯樹脂和酚醛樹脂等熱固性樹脂,常用于批量較大的拉擠制品的生產(chǎn);而熱塑性樹脂基體,正處于開發(fā)生產(chǎn)的階段。
目前,水平拉擠的標準型設(shè)備,一般為20~30m長,最大寬度約1.5m。這種標準型設(shè)備生產(chǎn)線進入端系一玻璃纖維的供紗庫,其后是經(jīng)干燥的或預(yù)熱過的玻璃纖維紗,經(jīng)過熱固性樹脂的浸膠槽,在模具內(nèi)成型,加熱后固化。
通常,在成型模具和拉引器之間有一個比較長的距離,玻璃鋼制品可以在該段距離內(nèi),完成固化過程并逐漸冷卻。生產(chǎn)線上使用夾具夾住制品從拉擠模具中,把玻璃鋼制品拉引出來。最后由切割機,把拉擠制品切割成定長制品。
二、玻璃鋼拉擠成型的工序及其控制參數(shù)
玻璃鋼拉擠成型工藝,共有8道工序:紡捻、預(yù)浸漬、加熱、制品固化及尺寸的校準測量、冷卻、拉引和切割。通常,各個工序都有一個可在一定范圍內(nèi)調(diào)整的工藝參數(shù)。這些工藝參數(shù),有些可以通過拉擠設(shè)備直接進行調(diào)整,例如模具的溫度、拉引的速度等。但另有些工藝參數(shù),例如拉擠制品的溫度、受力狀況、樹脂的粘度等,則不能夠直接通過設(shè)備進行調(diào)整。
顯然,所有的工藝參數(shù)都將對拉擠制品的質(zhì)量,包括機械性能和光學(xué)性能等,產(chǎn)生一定的影響。其中最主要的工序,是預(yù)浸漬、模塑成型和固化等三道工序。必須指出的是,某一個工序的工藝參數(shù),將對其它工序產(chǎn)生一定的影響,例如拉引速度的快慢,就將對上述三個主要工序產(chǎn)生一定的影響。
由于拉擠成型工藝參數(shù)這種相互影響的結(jié)果,因而至今尚不可能建立起一套切實可行的工藝模型,以期達到拉擠產(chǎn)品質(zhì)量的預(yù)定的目標。
三、玻璃鋼拉擠工藝參數(shù)控制元件
如上所述,由于熱固性樹脂拉擠工藝參數(shù)條件,受其在成型模具內(nèi)發(fā)生的一些復(fù)雜因素所制約,并且還要受制于其它工藝參數(shù)之間的相互影響,因此在拉擠成型時,原材料中發(fā)生的聚合反應(yīng),也比較難以進行精確地預(yù)測。
目前,玻璃鋼拉擠模中常用的監(jiān)測控制傳感元件有:溫度傳感器,壓力傳感器和介電傳感器等三種上述這些傳感器,首先必須要解決好耐拉擠磨損的問題。另外,拉擠模的溫度、玻璃纖維的體積含量,以及拉引速度的快慢等,也均將會對拉擠成型工藝參數(shù)傳感器產(chǎn)生一定的影響。
目前常用的玻璃鋼拉擠成型設(shè)備上,所采用的溫度檢測傳感元件,經(jīng)常在沿纖維的方向,并放置于成型模內(nèi)的表面部位;而壓力檢測傳感元件,則經(jīng)常放置在拉擠模的入口處及模具的中間位置(通常拉擠模的長度約為1000mm)。這種張力式壓力傳感元件的表面,往往涂有鉻層,以提高它對耐玻璃纖維拉擠磨損的性能。
拉擠成型設(shè)備中使用的介電傳感元件,有薄膜式和固定陶瓷式等兩種。這種介電傳感元件的基本原理,主要是在兩塊極板之間,以高聚物作為介質(zhì),當處于交變電場中,高聚物分子將發(fā)生移動。由于交變頻率的改變,高聚物分子量的大?。ㄒ部杀硎緸榫酆隙鹊拇笮。?,粘度,以及電導(dǎo)率等性能考參數(shù),也將會發(fā)生變化。也就是說,高聚物的粘度越低,電導(dǎo)率就越高,其電阻值就越小。
薄膜式介電傳感器,是隨玻璃纖維一起從模具腔內(nèi)拉引而出,制品固化后傳感器仍將留在其中,因此只能使用一次,在工業(yè)化批量生產(chǎn)時不太適用。固定式介電傳感器是屬于雙板電容器類型的一種傳感器。傳感器將作為其中的一個極板,而另一個極板則就是模具的本身。但Index 薄膜式傳感器本身,就裝有兩塊板極。它們板片之間的排列,類似于印刷電路板的結(jié)構(gòu)。
由于它們結(jié)構(gòu)上的不同,因此,上述這兩種介電傳感器的電導(dǎo)性能,尚不能進行直接的比較。
四、拉擠工藝主要的監(jiān)控參數(shù)
(1)電導(dǎo)率:要實現(xiàn)對拉擠玻璃鋼成型工藝的監(jiān)控,應(yīng)該了解和掌握模腔溫度、玻纖含量、抗擠速度等,對于模具腔內(nèi)壓力和坯料電導(dǎo)的影響。實際測試結(jié)果表明,在設(shè)定模腔溫度、拉擠速度和玻纖含量的情況下,在拉擠模腔長度方向上,可以利用薄膜式介電傳感器,測定出電導(dǎo)率和拉擠坯料溫度的變化情況,并且能觀察到有一個明顯的參數(shù)變化的位置,約在模腔中間位置的附近。另外,若改變上述三個工藝參數(shù),其電導(dǎo)率轉(zhuǎn)變點的模腔位置,也隨之會發(fā)生變化。
由此可見,利用介電傳感器精確測量和控制模腔內(nèi)的電導(dǎo)率變化,將是十分有效的,也是切實可行的。另外,根據(jù)不同模腔溫度的實測結(jié)果,模具溫度、反應(yīng)進程和樹脂粘度等參數(shù),都將對模腔內(nèi)拉擠坯料的電導(dǎo)率,產(chǎn)生一定的影響。如上所述,由于熱固性樹脂拉擠工藝參數(shù)條件,受其在成型模具內(nèi)發(fā)生的一些復(fù)雜因素所制約,并且還要受制于其它工藝參數(shù)之間的相互影響,因此在拉擠成型時,原材料中發(fā)生的聚合反應(yīng),也比較難以進行精確地預(yù)測。
目前,玻璃鋼拉擠模中常用的監(jiān)測控制傳感元件有:溫度傳感器,壓力傳感器和介電傳感器等三種上述這些傳感器,首先必須要解決好耐拉擠磨損的問題。另外,拉擠模的溫度、玻璃纖維的體積含量,以及拉引速度的快慢等,也均將會對拉擠成型工藝參數(shù)傳感器產(chǎn)生一定的影響。
目前常用的玻璃鋼拉擠成型設(shè)備上,所采用的溫度檢測傳感元件,經(jīng)常在沿纖維的方向,并放置于成型模內(nèi)的表面部位;而壓力檢測傳感元件,則經(jīng)常放置在拉擠模的入口處及模具的中間位置(通常拉擠模的長度約為1000mm)。這種張力式壓力傳感元件的表面,往往涂有鉻層,以提高它對耐玻璃纖維拉擠磨損的性能。
拉擠成型設(shè)備中使用的介電傳感元件,有薄膜式和固定陶瓷式等兩種。這種介電傳感元件的基本原理,主要是在兩塊極板之間,以高聚物作為介質(zhì),當處于交變電場中,高聚物分子將發(fā)生移動。由于交變頻率的改變,高聚物分子量的大?。ㄒ部杀硎緸榫酆隙鹊拇笮。?,粘度,以及電導(dǎo)率等性能考參數(shù),也將會發(fā)生變化。也就是說,高聚物的粘度越低,電導(dǎo)率就越高,其電阻值就越小。
薄膜式介電傳感器,是隨玻璃纖維一起從模具腔內(nèi)拉引而出,制品固化后傳感器仍將留在其中,因此只能使用一次,在工業(yè)化批量生產(chǎn)時不太適用。固定式介電傳感器是屬于雙板電容器類型的一種傳感器。傳感器將作為其中的一個極板,而另一個極板則就是模具的本身。但Index 薄膜式傳感器本身,就裝有兩塊板極。它們板片之間的排列,類似于印刷電路板的結(jié)構(gòu)。
由于它們結(jié)構(gòu)上的不同,因此,上述這兩種介電傳感器的電導(dǎo)性能,尚不能進行直接的比較。
四、拉擠工藝主要的監(jiān)控參數(shù)
(1)電導(dǎo)率:要實現(xiàn)對拉擠玻璃鋼成型工藝的監(jiān)控,應(yīng)該了解和掌握模腔溫度、玻纖含量、抗擠速度等,對于模具腔內(nèi)壓力和坯料電導(dǎo)的影響。實際測試結(jié)果表明,在設(shè)定模腔溫度、拉擠速度和玻纖含量的情況下,在拉擠模腔長度方向上,可以利用薄膜式介電傳感器,測定出電導(dǎo)率和拉擠坯料溫度的變化情況,并且能觀察到有一個明顯的參數(shù)變化的位置,約在模腔中間位置的附近。另外,若改變上述三個工藝參數(shù),其電導(dǎo)率轉(zhuǎn)變點的模腔位置,也隨之會發(fā)生變化。
(2)拉擠速度:眾所周知,拉擠速度是影響拉擠料反應(yīng)動力學(xué)和樹脂粘度的另一個重要因素。試驗結(jié)果表明,較高的模腔溫度和較慢的拉引速度,都將會導(dǎo)致反應(yīng)度的增高,從而使電導(dǎo)值有所上升。
(3)玻璃纖維含量:為確保工業(yè)生產(chǎn)拉擠制品的質(zhì)量,其玻璃纖維的含量也是十分重要的因素。根據(jù)經(jīng)驗,要測量并控制模具的溫度比較容易,但要測出單根纖維的損耗,難度很大,并且也沒有太大的實際意義。經(jīng)過實測,若改變玻璃纖維的含量,則將會導(dǎo)致電導(dǎo)率的明顯變化。由此可見,只要能測量出拉擠坯件的電導(dǎo)率,則也可充分反映出其中玻纖含量的多少。
(4)模腔壓力:對于玻纖和聚酯樹脂而言,模腔入口處和模腔中間位置的壓力,比較接近,因而通常以模腔中間位置的壓力,表示成拉擠模內(nèi)的壓力。根據(jù)實測結(jié)果,模腔壓力參數(shù)與拉引速度、模內(nèi)溫度以及玻纖含量等的數(shù)值之間,均有一定的相聯(lián)關(guān)系,并可作為拉擠工藝的主要監(jiān)控參數(shù)之一。另外,拉擠模腔內(nèi)的壓力,還可作為拉擠制品表面質(zhì)量的一個重要控制因素。 但是,必須指出的是,拉擠工藝的所用壓力傳感器的結(jié)構(gòu)及其使用,要比介電傳感器的復(fù)雜得多。
綜上所述,拉擠工藝用的壓力和介電傳感器,都可有效地提供并記錄其制品生產(chǎn)過程的控制數(shù)據(jù),并可為高質(zhì)量拉擠制品的生產(chǎn),作出了科學(xué)的保證。
若對于拉擠制品的力學(xué)性能測試結(jié)果,與拉引速度、模具溫度和傳感器測得的數(shù)據(jù)進行處理,根據(jù)統(tǒng)計原理,就可完成玻璃鋼拉擠工藝閉環(huán)質(zhì)量控制過程的重要的第一步。