碳纤维酚醛树脂复合材料拉挤成型工艺

  拉挤成型工艺是一种重要的碳纤维复合材料成型工艺,最常用的基体树脂为不饱和聚酯树脂、乙烯基酯,近来环氧树脂、酚醛树脂也被用于拉挤工艺。

  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,其组分可以是碳纤维,也可以是芳纶纤维、玻璃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1个拉引机构。在纱架与成型模之间,设有1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。

  在不饱和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,水蒸汽如何排出,这是酚醛拉挤工艺需要解决的技术关键问题。其次酸性催化剂能通过铬镀层的微孔侵蚀钢质拉挤模具,这也是酚醛树脂在拉挤成型工艺方面的应用较晚的原因之一。

  早在20世纪80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的固化温度(130~180℃) ,从而避免水蒸汽的产生。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、RIM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:一是放出的水分量要高于高温酚醛体系的水分量,而且还发现在低于100℃下,在不到1m长的成型模内,酚醛树脂完全固化是不可能的;二是根据实测性能结果,发现在玻璃钢杆出模时,只有在模具的尾端才冒出水蒸汽,放出的水分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。可能是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℃,达到110℃,甚至更高,因而可以考虑将高温固化酚醛体系用于拉挤工艺。