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酚醛拉挤成型工艺(一)

 曹魏

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    酚醛树脂,具有耐燃、烟雾释放量低,以及含有毒气体量较少等显著特点,因而酚醛玻璃钢广泛用于各种防火阻燃等应用场合。但是,如何将酚醛树脂用于拉挤成型工艺,这是近十多年来,引起国内外玻璃钢业界广泛重视的一个工艺技术问题。现对酚醛拉挤工艺的一些最新进展,作简单的介绍。

 一、拉挤成型工艺概述

       从理论上讲,拉挤成型工艺比较简单。所用增强材料的种类较为广泛,可以使用纤维状的,也可以使用编织物或毡状的,其组分可以是玻璃纤维,也可以是芳纶纤维、碳纤维或其他纤维材料的。

       增强材料通常采用连续的喂入方法,例如采用无捻粗纱纱团,从纱架上连续喂入纤维的方法。拉挤成型时,纤维首先穿过与玻璃钢制品尺寸相同的热成型模,然后进入一个拉引机构。在纱架与成型模之间,设有一个胶槽,其中放置有预先配制好的树脂,纤维浸渍树脂后经导向装置进行排布,而后进入成型模。

       在导向装置上,设有一个圆孔或狭缝,用来除去纤维上粘有的过多的树脂。成型模的温度分布,是经过精心设计的,以确保拉挤料离开模具后部端口时,树脂已完成固化过程。在拉引机构和切割机的前方,设有一个空气冷却段,以冷却温度较高的拉挤制品。

       据有关报道,对拉挤工艺的工序排布,目前已出现一种新的形式。这种新的排布形式,是把经过配制混合的树脂,在成型模的前端位置上,在压力的作用下 注射入模。这种新的拉挤工艺形式,不但省去了树脂浸胶槽,而且增强材料入模前保持为干燥状态。这种工艺方法也称为“注射拉挤工艺”(IP)。

       这种注射拉挤工艺方法有以下两个优点:

        ①树脂组分配料较为准确,可利用计量泵连续计量,以避免手工混合带来的误差;②树脂浸渍槽,由开放形式变成了全封闭形式,大大降低了树脂溅散的可能性,从而改善了拉挤工艺的工作环境。

 二、酚醛拉挤工艺所遇到的问题

       在聚酯树脂拉挤成型工艺中,由于采用了活性稀释剂苯乙烯,它本身可起到交联剂的作用,因而在拉挤成型模内不会产生挥发性的物质。但酚醛树脂是一种缩聚树脂,在树脂链增长或交联过程中,将会产生出水分子。由于拉挤成型模腔温度,经常在 100℃以上,因而酚醛树脂固化过程中,将会发生什么现象,水分子如何排出,这是酚醛拉挤工艺,首先遇到的一个需要解决的技术关键问题。


       1、酚醛缩聚反应放出水分,对拉挤工艺所产生的影响问题

       早在八十年代初期,欧洲一些酚醛生产厂商就开始研制酸催化的酚醛树脂,其固化温度约为30℃-80℃,大大降低原来酚醛树脂所需130℃-180℃的固化温度,从此开始了酚醛拉挤工艺的研究和试制过程。

       这种酸催化的酚醛树脂,可较好地应用于手糊、喷射、低压模塑、RTM和纤维缠绕等成型工艺方法,其制品具有良好的防火性能,发烟雾量少,以及毒性低等优异性能。 经过拉挤工艺的实际试验,酸催化酚醛树脂在低温固化情况下,其结果却与设想的完全相反,具体表现在:一是放出的水份量,要高于高温酚醛体系的水份量;二是根据实测性能结果,放出的水份并不产生对拉挤工艺的“破坏”作用,反而却使其制品的某些性能有所改善。

       另外,高强固化酚醛体系缩聚脱水,在 100℃以上时会变成水蒸汽,它是否会对拉挤工艺带来什么不利的影响?因此能否在 100℃温度以下,利用酸催化剂拉挤酚醛树脂,以避免脱出水份的沸腾现象。 针对这些问题,有人也曾做过酚醛的固化试验,发现在低于 100℃温度下,在不到 1米长的成型模内,酚醛树脂完全固化是不可能的。而对于高温固化酚醛体系,由于拉挤成型模腔的内压力很高,因而水的沸点也将超过 100℃,将达到110 ℃,甚至更高。在早期制作酚醛拉挤杆时,发现在玻璃钢杆出模时,只有在模具的尾端才冒出水蒸气。

       2、酸催化酚醛拉挤模具的耐腐蚀问题

       在酚醛拉挤成型工艺的工业化生产中,首先遇到的一个问题,是模具的耐酸腐蚀问题。在生产实践中,往往只需经过几个小时以后,镀铬表面层就会遭到酸性的腐蚀,从工具钢的表面剥落下来。有人企图通过在酚醛树脂内,加入合适的内脱模剂,以解决模具的耐腐蚀问题。但试验结果发现,使用内脱模剂后,铬层与工具钢模具仍然会剥离下来,仅仅是剥离的时间延长一些而已。

       3、高温固化酚醛树脂的固化及高粘度问题

       为避免酸催化酚醛树脂对模具的腐蚀问题,有人曾对高温固化酚醛树脂用于拉挤工艺作过试验。 有些酚醛树脂,在130℃-150℃温度下就能很快地固化。例如砂纸用的树脂层,在130℃温度下经过5-6分钟即可固化。酸催化酚醛树脂的拉挤温度约为180℃,根据固化温度上升10℃,固化时间就可以缩短一半的经验规律,130℃6分钟固化的树脂,在180℃温度下就只需几秒钟即可完成固化。因而拉挤成型工艺,采用高温固化的酚醛树脂完全是有可能的。

       通常,高温固化酚醛树脂的粘度较高,约为4000-6000cP。若为改善制品表面质量,需加入填料,粘度还会增大,这将会对拉挤工艺带来不利的影响。


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