碳纤维热塑性材料拉挤工艺的应用前景分析

  上世纪80年代以来,热塑性树脂及其复合材料引起了人们很大的兴趣,并取得了很大的进展。热塑性复合材料避免了热固性复合材料固有的环境友好性差,加工周期长,难以回收等不足,并且具有较强的柔韧性和抗冲击性能、良好的抗破坏能力和阻尼性能。热塑性复合材料抗化学和环境腐蚀的能力强,固化过程中不发生化学反应,可以进行快速加工。热塑性复合材料可以重复利用且性能不下降。

  尽管人们已认识到连续纤维增强热塑性复合材料的优点和在制作结构件方面的潜力,但是,热塑性树脂,特别是高性能的热塑性树脂熔融粘度大(一般>100Pa.s),给热塑性树脂浸渍纤维带来困难。目前生产连续纤维热塑性复合材料的工艺主要有:冲压成型,模压成型,拉挤成型等。冲压成型适用于制备薄型及尺寸较小的制件,模压成型能够生产较高质量的产品,但是生产效率低、成本高,尤其是生产高纤维体积含量的复合材料。

  扩大热塑性材料应用的重要方法是发展最合适的加工工艺,降低成本,提高质量。拉挤工艺是一种能够经济的连续生产复合材料的典型制造工艺。拉挤成型技术是制造高纤维体积含量、高性能低成本复合材料的一种连续的自动化生产工艺。它是将增强材料经树脂浸渍,再经过具有一定截面形状的成型模具并使之在模具内固化成型,然后将制品拉出模具的成型工艺。

  不但具有其它成型方法的优点,而且还具有其它工艺所不具备的优点,如树脂粘度可以随时调节,纤维含量可高达80%;生产过程完全实现自动化控制,生产效率高;制品纵、横向强度可任意调整,可以满足不同力学性能制品的使用要求;制品质量稳定,重复性好,长度可任意切断;生产过程中无边角废料,产品不需后加工,故较其它工艺省工,省原料,省能耗。由于它实现了自动化连续生产,制品的品种和用途也相当广泛,所以在工业发达国家受到普遍重视,发展速度很快。

  据报道,美国拉挤制品销售量在整个1990年代平均年增长速度为9.2%。在我国,近10a来也从无到有地发展起来。国外广泛用于电子电气、娱乐或运动器材、耐腐蚀制品、建筑、汽车、国防、石油化工、轻工、航空、采矿等,而我国主要产品有抽油杆、格栅、电工梯型材、门窗框以及帐篷支架和各种器材。

  自20世纪80年代中期从国外引进拉挤设备和技术,从无到有发展到今天,全国已有大小数十家拉挤工厂,进口的和国产的拉挤生产线100多条,每年的拉挤制品产量数千吨,我国拉挤制品研究和应用方面有较大进展。拉挤技术水平明显提高,在某些领域取得了突破性进展;少数拉挤制品进入国际市场,技术性能达到国际同类产品的先进水平。但由于它的技术难度大,有些方面尚不成熟。

  拉挤工艺生产的FRP产品具有FRP产品的一般特性外,还具有产品尺寸精度高、质量轻、强度高、绝缘、绝热、耐腐蚀、耐老化、易设计、易施工和用途广的特点。该工艺原料利用率高,能生产各种异型截面形状的制品,而且制品的长度可无限长。