拉挤复合材料是一种高性能纤维增强聚合物 (FRP) 复合材料,采用称为拉挤的连续工艺制造。
在这里,连续纤维(例如玻璃或碳)被拉过热固性树脂浴(例如环氧树脂、聚酯或乙烯基酯),然后使用模具形成所需的形状。然后树脂固化,形成坚固、轻质且耐用的复合产品。
拉挤树脂
基体树脂是拉挤复合材料的中重要组成部分,常见的拉挤树脂有环氧、聚氨酯、酚醛、乙烯基,以及近期被广泛关注的热塑性树脂体系。因为拉挤复合材料的特性,基体树脂需要有混合粘度低、高温条件下反应速度快特点。在进行基体树脂的选择时,不光要考虑到拉挤反应速率,也需要考虑拉挤树脂的粘度,如果粘度比较高,这会影响产品制作时的润滑效果。
环氧树脂
环氧拉挤树脂制备的拉挤复合材料,在应用时的强度比较高,可以在高温条件下使用,而且固化的速度比较快。此外,环氧树脂基纤维增强复合材料是风力发电叶片与叶根的主要材料,但存在材料脆性大、适用期短、渗透性差和固化温度高等问题,从而增大成型工艺难度,造成资源浪费和制造成本的增加,严重制约了我国风电行业的发展。
聚氨酯
聚氨酯树脂的粘度较低,允许玻纤用量比聚酯或乙烯基酯树脂更高,这使得拉挤成型聚氨酯复合材料的弯曲弹性模量接近铝的属性。相比其他树脂具有优良的加工性能。
酚醛树脂
由于酚醛树脂突出的低毒释放、低发烟率、难燃等优点,近年来,其拉挤成型复合材料在轨道交通、海上石油钻探平台、化工防腐车间及管道等领域的应用逐渐成为一个热点。但传统的酚醛树脂固化反应速度慢,成型周期长,尤其是固化时会产生大量的缩合水和低分子挥发物,在快速连续生产的拉挤成型制品中易形成气泡,留下孔隙,严重影响制品的性能,通常使用酸催化体系。
乙烯基酯树脂
乙烯基醇树脂具有优良的力学性能、耐热性、耐腐蚀性以及快速固化的特点,在2000年左右是拉挤制品的首选树脂之一。
热塑性树脂
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。常见的热塑性树脂有聚丙烯、尼龙、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚乙烯、聚酰胺等。
与金属、陶瓷和非增强塑料等传统材料相比,玻璃钢拉挤成型具有多种优势。他们具有独特的定制设计能力,可以满足特定的产品需求。
合并拉挤复合材料的优点包括:
制造效率:拉挤成型是一种连续工艺,与替代复合材料制造方法相比具有高产量、更低的成本和更快的交货时间等优势。
高强度和刚度重量比:拉挤复合材料坚固且坚硬,但重量轻。碳纤维拉挤成型件比金属和其他材料轻得多。这使得它们非常适合注重减轻重量的应用,例如航空航天、汽车和运输。
耐腐蚀性:FRP 复合材料具有很强的耐腐蚀性,非常适合化学加工、船舶、石油和天然气等行业的应用。
电气绝缘:玻璃纤维拉挤成型件可以设计为不导电,使其成为需要介电性能的电气应用的理想选择。
尺寸稳定性:拉挤复合材料不会随着时间的推移而变形或开裂*。这对于需要精确公差的应用非常重要。
定制设计:拉挤成型件可以制造成各种形状和尺寸,包括棒材、管材和梁材,以及更复杂的型材。它们也是高度可定制的。可以对纤维类型、纤维体积、树脂类型以及表面纱和处理等材料和工艺进行设计,以满足特定的性能和应用要求。
使用拉挤复合材料的缺点包括:
有限的几何形状:拉挤复合材料仅限于恒定或接近恒定横截面的部件。这是因为纤维增强材料被拉过成型模具的连续制造过程。
制造部件成本较高:拉挤成型中使用的模具可能很昂贵。这是因为模具必须由更高质量的材料制成,必须能够承受拉挤工艺的热量和压力,并且按照严格的加工公差进行生产。
横向强度低:拉挤复合材料的横向强度低于纵向强度。这意味着它们在垂直于纤维的方向上较弱。然而,这个问题可以通过在拉挤成型工艺中加入多轴织物或纤维来克服。
如果拉挤复合材料损坏,则很难修复。整个组件可能需要更换,这可能既昂贵又耗时。
在决定拉挤复合材料是否适合您的应用之前,权衡拉挤复合材料的优点和缺点非常重要。如果您需要一种具有高强度、高刚度重量比、耐腐蚀性和恒定横截面的材料,那么拉挤复合材料是一个不错的选择。但是,如果您需要具有高横向强度或复杂几何形状的复合材料,那么您可能需要考虑其他选择。
如何选择合适的拉挤复合材料
在为您的应用选择拉挤组件或型材时,重要的是要考虑以下因素:
机械性能要求:应用的强度、刚度和剪切要求是什么?
环境要求:复合材料是否会暴露在恶劣的环境条件下,例如化学品、盐水或极端温度?
重量要求:减轻重量对于应用来说重要吗?
成本要求:应用程序的预算是多少?
经验丰富的拉挤制造商可以提供设计和配方专业知识,并与您合作开发适合您应用的拉挤复合材料。
拉挤复合材料的应用
拉挤复合材料具有广泛的应用,包括:
航空航天:飞机和航天器部件,例如控制面、起落架和结构支撑。
汽车:汽车部件,如传动轴、保险杠和悬架部件。
基础设施:基础设施加固和组件,如枕木、桥面、混凝土修复和加固、电线杆、电绝缘体和横担。
化学加工:化学加工设备,如管道和地板格栅。
医疗:支架加强筋和内窥镜解剖杆。
船舶:船舶应用,例如桅杆、板条、码头鞭、挡土墙桩、锚销和码头。
石油和天然气:石油和天然气应用,例如井口、管道、抽油杆和平台。
风能:风力涡轮机叶片组件,例如叶片增强件、翼梁帽和根部加劲肋。
体育用品:需要恒定横截面的部件,例如滑雪板、滑雪杆、高尔夫设备、桨杆、射箭部件和帐篷杆
CQFD公司与彼欧公司、现代汽车一同开发的FRTP防撞梁,其主体成型采用原位拉挤工艺,材质为连续玻璃纤维增强PA6
与传统金属和塑料相比,拉挤复合材料具有许多优点。如果您是一名设计材料工程师,正在为您的应用寻找高性能复合材料,那么拉挤复合材料是一个不错的选择。