门窗用拉挤型材的研究

1 前 言
玻璃钢拉挤型材集铝合金型材高的刚度和PVC塑料型材低的导热性于一身, 并且独有高的尺寸稳定性和耐腐蚀性, 是建筑门窗用新一代型材品种。
2 玻璃钢型材的性能参数
综合建筑门窗的使用要求和玻璃钢材料的特点, 确定门窗用玻璃钢型材材料理化性能指标和型材尺寸指标, 见表1 和表2 所示。

3 玻璃钢型材的材料设计与生产
高性能门窗用玻璃钢型材为多腔薄壁异型材,标准壁厚为2mm, 最小壁厚可至1. 5mm, 生产速度可达0. 7~ 1. 0mPmin。
3. 1 材料设计
玻璃钢型材主要用单向玻璃纤维粗纱及玻璃纤维毡作为增强材料, 其中单向玻璃纤维粗纱用于增强型材的纵向强度, 玻璃纤维毡用于增强型材的横向强度。型材外表面采用薄玻璃毡以提高制品表面质量。作为粘合剂作用的基体混合料由不饱和聚酯树脂、低收缩添加剂、固化剂、脱模剂、填料及其它辅料配制而成。型材外壁标准截面构成如图1 所示, 是由三层构成。
( 1) 富树脂层: 为抗老化层, 由表面毡和树脂构成;
( 2) 横向增强层: 增加型材横向强度, 由连续纤维增强毡和树脂构成;
(3) 纵向增强层: 增加型材纵向强度, 由玻纤粗纱和树脂构成。
3. 2 材料及工艺参数的研究
拉挤物料在牵引机的牵引下从模具中通过, 当移动到模具长度方向上的某一点, 逐渐达到胶凝温度, 引发胶凝和固化反应, 发生放热, 树脂温度急剧升高, 粘度增加, 迅速转变成坚硬的固体, 伴随发生体积收缩, 作用到模具壁上的压力急速下降, 直至为零, 最终从模具壁脱离, 形成一定间隙。在胶凝区有一个液体树脂和胶凝体构成的液- 固介面, 由于温度传递的滞后作用, 外表面树脂的胶凝化必然早于物料中心处, 致使这个介面为月牙状断面, 胶凝体为中心圆锥形。
从关系式可以看出, 材料和工艺参数的设计应
遵从下述原则:
(1) 尽量减少y 值, 即尽可能的减少胶凝区长度, 在可能的条件下采用高反应型树脂或提高胶凝区模具温度;
( 2) 减少粘接强度Sa , 主要通过使用高效脱模剂来实现;
( 3) 尽可能使t 值增大, 这要求尽量减少基体层厚度, 提高反应速度对此也有一定作用;
( 4) 提高R, 在树脂中适当选用填料或选用玻璃
化温度高的树脂配方。
3. 2. 1 树脂
高速生产多腔薄壁异型材的拉挤树脂应满足的基本条件有:
( 1) 高的反应活性;
( 2) 高的玻璃化温度;
( 3) 尽可能高的浸润速度;
( 4) 适当的粘度特性。
低反应活性的树脂反应速度慢, 甚至在较短的模具停留时间内, 不能完成固化反应, 胶凝区太长,生产困难; 为调节树脂基体的反应活性, 可选用适当的引发剂或者选用多种引发剂共同引发。
间苯型树脂的玻璃化温度高, 胶凝时间短且胶凝体的强度较高, 容易浸渍纤维, 且粘度适中( 500~600 厘泊) , 填料不易下沉, 非常适合生产多腔薄壁异型材。
为了提高拉挤速度和尽可能的缩短胶凝时间,应采用低温、中温、高温共同引发的多级引发系统,使树脂基体在较低的温度下就能引发, 以保证内层和外层的树脂基体能够同时固化, 消除由于内外树脂基体固化时间不一样而产生的裂纹和型材弯曲现象, 采用此体系, 还可以很大程度上缩短胶凝时间,提高胶凝体的强度, 减少工艺事故率的发生, 提高了拉挤速度, 且增大了固化度, 从而提高了型材的表面质量。
3. 2. 2 模具温度
拉挤模具在长度方向上按顺序至少分4 个区域: 预成型区、加热一区、加热二区、加热三区。各区域的功能各不相同。预成型区( 入口段) : 此区不设加热, 只是使混合液胶凝发生前各种增强材料要各就其位, 并在模具的挤压下得到进一步浸渍。加热一区: 其作用是对整个拉挤物料进行加热,使之达到胶凝温度以下的某一个合适的温度, 这个加热区应当具有足够的长度, 以便使拉挤物料整个截面的温度趋于一致并进行充分的再浸渍, 实现合理的基体回流和迁移, 完成增强材料准直化和精确定位, 提高制品的致密性, 该区温度一般应比胶凝区15 e 左右。
加热二区( 胶凝区) : 此区是拉挤型材的关键区
域, 在这段区域, 拉挤物料大量释放化学反应热, 直图2 中, 设模具壁长度方向上的胶凝体长度为y , 胶凝体对模具壁的粘接强度为Sa , 锥形的胶凝体的厚度为t , 胶凝体拉伸强度为R, 上述胶凝体物理参数之间, 应满足下述关系: y#Sa < t#R
接传到模具壁上。如果此区域累积热量过高, 产品会由于热应力作用产生层间裂纹, 因此, 胶凝区温度的确定必须综合考虑树脂的反应活性、基体配方、拉挤速度和制品厚度。在必要的限制条件下, 胶凝区温度应尽可能高, 一般控制在140~ 150 e 。加热三区( 出口段) : 此区域的温度一般应比胶凝区低25 e 左右, 以控制冷却速度。

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