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拉擠成型工藝參數(shù)的監(jiān)控

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-05-14  瀏覽次數(shù):39

一、國外玻璃鋼拉擠成型工藝概況
  隨著玻璃鋼拉擠制品應用領域不斷擴大,國外拉擠制品的規(guī)格品種也越來越多。目前除L型、O型、U型、平板型、中空或實芯等標準拉擠制品形狀外,還可生產(chǎn)出根據(jù)客戶所要求的各種異形結構。有些多孔腔制品的芯材,現(xiàn)在也已實現(xiàn)標準化了。拉擠復合材料制品的尺寸,小的只有幾個平方毫米,大的如橋梁橋面用的拉擠制品,可達幾十平方米。
  玻璃鋼拉擠成型工藝所使用的增強材料品種也很多,如玻璃纖維無捻粗紗、氈、薄布或玻纖織物,碳纖維、芳綸纖維以及它們的織物等。拉擠成型所使用的基體樹脂材料,有熱塑性樹脂和熱固性樹脂兩大類。聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、乙烯基酯樹脂和酚醛樹脂等熱固性樹脂,常用于批量較大的拉擠制品的生產(chǎn);而熱塑性樹脂基體,正處于開發(fā)生產(chǎn)的階段。
  目前,水平拉擠的標準型設備,一般為20~30m長,最大寬度約1.5m。這種標準型設備生產(chǎn)線進入端系一玻璃纖維的供紗庫,其后是經(jīng)干燥的或預熱過的玻璃纖維紗,經(jīng)過熱固性樹脂的浸膠槽,在模具內成型,加熱后固化。
  通常,在成型模具和拉引器之間有一個比較長的距離,玻璃鋼制品可以在該段距離內,完成固化過程并逐漸冷卻。生產(chǎn)線上使用夾具夾住制品從拉擠模具中,把玻璃鋼制品拉引出來。最后由切割機,把拉擠制品切割成定長制品。
二、玻璃鋼拉擠成型的工序及其控制參數(shù)
  玻璃鋼拉擠成型工藝,共有8道工序:紡捻、預浸漬、加熱、制品固化及尺寸的校準測量、冷卻、拉引和切割。通常,各個工序都有一個可在一定范圍內調整的工藝參數(shù)。這些工藝參數(shù),有些可以通過拉擠設備直接進行調整,例如模具的溫度、拉引的速度等。但另有些工藝參數(shù),例如拉擠制品的溫度、受力狀況、樹脂的粘度等,則不能夠直接通過設備進行調整。
  顯然,所有的工藝參數(shù)都將對拉擠制品的質量,包括機械性能和光學性能等,產(chǎn)生一定的影響。其中最主要的工序,是預浸漬、模塑成型和固化等三道工序。必須指出的是,某一個工序的工藝參數(shù),將對其它工序產(chǎn)生一定的影響,例如拉引速度的快慢,就將對上述三個主要工序產(chǎn)生一定的影響。
  由于拉擠成型工藝參數(shù)這種相互影響的結果,因而至今尚不可能建立起一套切實可行的工藝模型,以期達到拉擠產(chǎn)品質量的預定的目標。

三、玻璃鋼拉擠工藝參數(shù)控制元件
  如上所述,由于熱固性樹脂拉擠工藝參數(shù)條件,受其在成型模具內發(fā)生的一些復雜因素所制約,并且還要受制于其它工藝參數(shù)之間的相互影響,因此在拉擠成型時,原材料中發(fā)生的聚合反應,也比較難以進行精確地預測。
  目前,玻璃鋼拉擠模中常用的監(jiān)測控制傳感元件有:溫度傳感器,壓力傳感器和介電傳感器等三種上述這些傳感器,首先必須要解決好耐拉擠磨損的問題。另外,拉擠模的溫度、玻璃纖維的體積含量,以及拉引速度的快慢等,也均將會對拉擠成型工藝參數(shù)傳感器產(chǎn)生一定的影響。
  目前常用的玻璃鋼拉擠成型設備上,所采用的溫度檢測傳感元件,經(jīng)常在沿纖維的方向,并放置于成型模內的表面部位;而壓力檢測傳感元件,則經(jīng)常放置在拉擠模的入口處及模具的中間位置(通常拉擠模的長度約為1000mm)。這種張力式壓力傳感元件的表面,往往涂有鉻層,以提高它對耐玻璃纖維拉擠磨損的性能。
  拉擠成型設備中使用的介電傳感元件,有薄膜式和固定陶瓷式等兩種。這種介電傳感元件的基本原理,主要是在兩塊極板之間,以高聚物作為介質,當處于交變電場中,高聚物分子將發(fā)生移動。由于交變頻率的改變,高聚物分子量的大小(也可表示為聚合度的大小),粘度,以及電導率等性能考參數(shù),也將會發(fā)生變化。也就是說,高聚物的粘度越低,電導率就越高,其電阻值就越小。
  薄膜式介電傳感器,是隨玻璃纖維一起從模具腔內拉引而出,制品固化后傳感器仍將留在其中,因此只能使用一次,在工業(yè)化批量生產(chǎn)時不太適用。固定式介電傳感器是屬于雙板電容器類型的一種傳感器。傳感器將作為其中的一個極板,而另一個極板則就是模具的本身。但Index 薄膜式傳感器本身,就裝有兩塊板極。它們板片之間的排列,類似于印刷電路板的結構。
  由于它們結構上的不同,因此,上述這兩種介電傳感器的電導性能,尚不能進行直接的比較。
四、拉擠工藝主要的監(jiān)控參數(shù)
  (1)電導率:要實現(xiàn)對拉擠玻璃鋼成型工藝的監(jiān)控,應該了解和掌握模腔溫度、玻纖含量、抗擠速度等,對于模具腔內壓力和坯料電導的影響。實際測試結果表明,在設定模腔溫度、拉擠速度和玻纖含量的情況下,在拉擠模腔長度方向上,可以利用薄膜式介電傳感器,測定出電導率和拉擠坯料溫度的變化情況,并且能觀察到有一個明顯的參數(shù)變化的位置,約在模腔中間位置的附近。另外,若改變上述三個工藝參數(shù),其電導率轉變點的模腔位置,也隨之會發(fā)生變化。
 
由此可見,利用介電傳感器精確測量和控制模腔內的電導率變化,將是十分有效的,也是切實可行的。另外,根據(jù)不同模腔溫度的實測結果,模具溫度、反應進程和樹脂粘度等參數(shù),都將對模腔內拉擠坯料的電導率,產(chǎn)生一定的影響。
  (2)拉擠速度:眾所周知,拉擠速度是影響拉擠料反應動力學和樹脂粘度的另一個重要因素。試驗結果表明,較高的模腔溫度和較慢的拉引速度,都將會導致反應度的增高,從而使電導值有所上升。
  (3)玻璃纖維含量:為確保工業(yè)生產(chǎn)拉擠制品的質量,其玻璃纖維的含量也是十分重要的因素。根據(jù)經(jīng)驗,要測量并控制模具的溫度比較容易,但要測出單根纖維的損耗,難度很大,并且也沒有太大的實際意義。經(jīng)過實測,若改變玻璃纖維的含量,則將會導致電導率的明顯變化。由此可見,只要能測量出拉擠坯件的電導率,則也可充分反映出其中玻纖含量的多少。
  (4)模腔壓力:對于玻纖和聚酯樹脂而言,模腔入口處和模腔中間位置的壓力,比較接近,因而通常以模腔中間位置的壓力,表示成拉擠模內的壓力。根據(jù)實測結果,模腔壓力參數(shù)與拉引速度、模內溫度以及玻纖含量等的數(shù)值之間,均有一定的相聯(lián)關系,并可作為拉擠工藝的主要監(jiān)控參數(shù)之一。另外,拉擠模腔內的壓力,還可作為拉擠制品表面質量的一個重要控制因素。 但是,必須指出的是,拉擠工藝的所用壓力傳感器的結構及其使用,要比介電傳感器的復雜得多。
  綜上所述,拉擠工藝用的壓力和介電傳感器,都可有效地提供并記錄其制品生產(chǎn)過程的控制數(shù)據(jù),并可為高質量拉擠制品的生產(chǎn),作出了科學的保證。
  若對于拉擠制品的力學性能測試結果,與拉引速度、模具溫度和傳感器測得的數(shù)據(jù)進行處理,根據(jù)統(tǒng)計原理,就可完成玻璃鋼拉擠工藝閉環(huán)質量控制過程的重要的第一步。
 
 
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