酚醛拉擠成型工藝介紹 zundG3-光學擴散板台中雷射切割雕刻代工－黃乃禮焦點新聞熱搜

酚醛樹脂，具有耐燃、煙霧釋放量低，以及含有毒氣體量較少等顯著特點，因而酚醛玻璃鋼廣泛用于各種防火阻燃等應用場合。但是，如何將酚醛樹脂用于拉擠成型工藝，這是近十多年來，引起國內外玻璃鋼業界廣泛重視的一個工藝技術問題。現對酚醛拉擠工藝的一些新進展，作簡單的介紹。
一、拉擠成型工藝概述
　　從理論上講，拉擠成型工藝比較簡單。所用增強材料的種類較為廣泛，可以使用纖維狀的，也可以使用編織物或氈狀的，其組分可以是玻璃纖維，也可以是芳綸纖維、碳纖維或其他纖維材料的。
　　增強材料通常采用連續的喂入方法，例如采用無捻粗紗紗團，從紗架上連續喂入纖維的方法。拉擠成型時，纖維首先穿過與玻璃鋼制品尺寸相同的熱成型模，然后進入一個拉引機構。在紗架與成型模之間，設有一個膠槽，其中放置有預先配制好的樹脂，纖維浸漬樹脂后經導向裝置進行排布，而后進入成型模。
　　在導向裝置上，設有一個圓孔或狹縫，用來除去纖維上粘有的過多的樹脂。成型模的溫度分布，是經過精心設計的，以確保拉擠料離開模具后部端口時，樹脂已完成固化過程。在拉引機構和切割機的前方，設有一個空氣冷卻段，以冷卻溫度較高的拉擠制品。
　　據有關報道，對拉擠工藝的工序排布，目前已出現一種新的形式。這種新的排布形式，是把經過配制混合的樹脂，在成型模的前端位置上，在壓力的作用下注射入模。這種新的拉擠工藝形式，不但省去了樹脂浸膠槽，而且增強材料入模前保持為干燥狀態。這種工藝方法也稱為“注射拉擠工藝”(IP)。
　　這種注射拉擠工藝方法有以下兩個優點：一是樹脂組分配料較為準確，可利用計量泵連續計量，以避免手工混合帶來的誤差；二是樹脂浸漬槽，由開放形式變成了全封閉形式，大大降低了樹脂濺散的可能性，從而改善了拉擠工藝的工作環境。
二、酚醛拉擠工藝所遇到的問題
　　在聚酯樹脂拉擠成型工藝中，由于采用了活性稀釋劑苯乙烯，它本身可起到交聯劑的作用，因而在拉擠成型模內不會產生揮發性的物質。但酚醛樹脂是一種縮聚樹脂，在樹脂鏈增長或交聯過程中，將會產生出水分子。由于拉擠成型模腔溫度，經常在 100℃以上，因而酚醛樹脂固化過程中，將會發生什么現象，水分子如何排出，這是酚醛拉擠工藝，首先遇到的一個需要解決的技術關鍵問題。
　　1、酚醛縮聚反應放出水分，對拉擠工藝所產生的影響問題
　　早在八十年代初期，歐洲一些酚醛生產廠商就開始研制酸催化的酚醛樹脂，其固化溫度約為30℃-80℃，大大降低原來酚醛樹脂所需130℃-180℃的固化溫度，從此開始了酚醛拉擠工藝的研究和試制過程。
　　這種酸催化的酚醛樹脂，可較好地應用于手糊、噴射、低壓模塑、RTM和纖維纏繞等成型工藝方法，其制品具有良好的防火性能，發煙霧量少，以及毒性低等優異性能。經過拉擠工藝的實際試驗，酸催化酚醛樹脂在低溫固化情況下，其結果卻與設想的完全相反，具體表現在：一是放出的水份量，要高于高溫酚醛體系的水份量；二是根據實測性能結果，放出的水份并不產生對拉擠工藝的“破壞”作用，反而卻使其制品的某些性能有所改善。
　　另外，高強固化酚醛體系縮聚脫水，在 100℃以上時會變成水蒸汽，它是否會對拉擠工藝帶來什么不利的影響？因此能否在 100℃溫度以下，利用酸催化劑拉擠酚醛樹脂，以避免脫出水份的沸騰現象。針對這些問題，有人也曾做過酚醛的固化試驗，發現在低于 100℃溫度下，在不到 1米長的成型模內，酚醛樹脂完全固化是不可能的。而對于高溫固化酚醛體系，由于拉擠成型模腔的內壓力很高，因而水的沸點也將超過 100℃，將達到110 ℃，甚至更高。在早期制作酚醛拉擠桿時，發現在玻璃鋼桿出模時，只有在模具的尾端才冒出水蒸氣。
　　2、酸催化酚醛拉擠模具的耐腐蝕問題
　　在酚醛拉擠成型工藝的工業化生產中，首先遇到的一個問題，是模具的耐酸腐蝕問題。在生產實踐中，往往只需經過幾個小時以后，鍍鉻表面層就會遭到酸性的腐蝕，從工具鋼的表面剝落下來。有人企圖通過在酚醛樹脂內，加入合適的內脫模劑，以解決模具的耐腐蝕問題。但試驗結果發現，使用內脫模劑后，鉻層與工具鋼模具仍然會剝離下來，僅僅是剝離的時間延長一些而已。
　　3、高溫固化酚醛樹脂的固化及高粘度問題
　　為避免酸催化酚醛樹脂對模具的腐蝕問題，有人曾對高溫固化酚醛樹脂用于拉擠工藝，作過試驗。有些酚醛樹脂，在130℃-150℃溫度下就能很快地固化。例如砂紙用的樹脂層，在130℃溫度下經過5-6分鐘即可固化。酸催化酚醛樹脂的拉擠溫度約為180℃，根據固化溫度上升10℃，固化時間就可以縮短一半的經驗規律，130℃6分鐘固化的樹脂，在180℃溫度下就只需幾秒鐘即可完成固化。因而拉擠成型工藝，采用高溫固化的酚醛樹脂完全是有可能的。
　　通常，高溫固化酚醛樹脂的粘度較高，約為4000-6000cP。若為改善制品表面質量，需加入填料，粘度還會增大，這將會對拉擠工藝帶來不利的影響。
三、酚醛樹脂拉擠工藝的研究和開發
　　如上所述，酚醛拉擠工藝還存在著不少的技術問題，另外，酚醛拉擠制品還不十分完美。但是，經過不斷的探索和研究，近年來發現單組分酚醛樹脂，完全適用于拉擠成型工藝。
　　目前，研究開發酚醛樹脂拉擠工藝的工作，主要有兩種途徑：一是改善單組分酚醛樹脂的綜合性能例如在熱固化時間、粘度和脫水量等方面，以使其盡量適應快速拉擠工藝的需要。二是改變酚醛樹脂的化學組分，提高苯酚/甲醛的比例，以加快其交聯速度，并對酚醛樹脂的粘度和脫水量等相關性能，進行專項的研究。
　　經過實踐證明，對于酚醛樹脂來講，若需加快它的固化速度，其粘度和脫水量必然也相應地有所提高。這種情況，是拉擠成型工藝所不希望的。為此，有人企圖尋找各種不同的單體，以改變酚醛的化學組分結構。其中較為成功的一個例子，就是使用間苯二酚，既加快了固化速度，又不至于增加酚醛樹脂的粘度和脫水量。
　　除此以外，對于酚醛拉擠工藝的研究工作，還正尋找一種可在模腔內加速固化過程，但對模具鋼材不會產生腐蝕作用的催化劑。理想的是，在室溫下具有很低的活性，甚至活性為零的催化劑，這樣就可以延長酚醛樹脂在膠槽中的貯存時間。實際使用時，先把催化劑加入到膠槽內，而后在拉擠模的高溫條件下經過水解或其他反應分解，產生出反應所需的自由酸。
　　由于酸催化酚醛樹脂，對拉擠模和貯槽都會產生一定的腐蝕作用，從而影響到模具和貯槽的使用壽命。為此，能否使用堿性催化劑，也已引起業界廣泛的注意。由于苛性鈉等強堿的溶解性很強，因而不能適應于酚醛的拉擠工藝。經過試驗，一些室溫下不溶的，或者難溶的，但在拉擠模腔高溫條件下，溶解度和活性都變得很強的弱堿，是非常適合用作為酚醛拉擠工藝的催化劑。
　　目前，歐美一些已經將酚醛樹脂，成功地應用于拉擠成型工藝，并形成了一定的工業化生產規模。澳大利亞、日本和一些其他，也已開始進入酚醛拉擠工藝的工業化試驗階段。這些在工業生產時，不管是采用高溫酚醛成型，還是采用酸催化酚醛成型，一般都使用拉擠脫模劑，這樣可有效地減少酸性對拉擠模具的侵蝕作用。
　　另外，有些生產廠商還經常對 316＃不銹鋼模具的內表面，進行必要的硬度處理，以達到具有高光潔表面和耐磨損性的要求。在歐洲，大多采用酸催化酚醛拉擠工藝，也有一些采用高溫固化的酚醛拉擠工藝。而美國大多采用高溫固化酚醛拉擠成型工藝，其所用的樹脂，有長鏈型的酚醛樹脂和改性的酚醛樹脂等兩個品種。
　　通常，酚醛樹脂的拉擠速度，要比不飽和聚酯樹脂的拉擠速度慢一些。若進行一些化學改性后，加熱固化型酚醛樹脂的拉擠速度，可達到與聚酯樹脂相同的水平。由此可見，酚醛拉擠成型模的長度，要比其他樹脂，如聚酯、乙烯基酯、環氧、丙烯酸－氨酯系統等的成型模長出許多。
　　這無疑將增加一些生產投資成本，但當達到一定生產批量時，增加拉擠模的長度是合適的。因為若采用較短的成型模，由于拉擠速度較慢，將降低拉擠工藝的生產效率。
　　目前，各國用于拉擠工藝的酚醛樹脂用量，很難精確地統計出來。但據近有一家廠商承接一個14萬平方米酚醛拉擠耐腐格柵的訂貨單，這數字完全可以充分說明，酚醛拉擠玻璃鋼制品的前景是非常廣闊的。
四、酚醛拉擠玻璃鋼制品性能測試
　　據有關報道，酚醛拉擠玻璃鋼制品的各項性能，有的已接近、達到，或超過不飽和聚酯樹脂拉擠制品的各項性能指標。現將有關性能指標分列如下：
　　1、酸催化酚醛拉擠玻璃鋼制品的各項物理性能
　　在采用無捻粗紗作為增強材料時，酚醛拉擠玻璃鋼的抗彎強度為675MPa，抗彎模量為20GPa。若采用多向增強材料，則其抗彎強度為259MPa，抗彎模量為9.57GPa；抗拉強度為329MPa，抗拉模量為18.75GPa；斷裂延伸率約為1.84％。
　　2、加熱高溫固化酚醛拉擠玻璃鋼制品的各項物理性能
　　酚醛拉擠玻璃鋼制品的玻纖含量約為76～77％，比不飽和聚酯樹脂拉擠制品的73～74％，高出約3％其抗壓強度為641MPa，遠高于不飽和聚酯拉擠制品的517MPa；層間剪切強度為39MPa，略低于聚酯拉擠制品的41.4MPa；短臂剪切強度為45.5MPa；抗彎強度(16∶1)為1.12GPa，略高于聚酯拉擠制品的1.06GPa；抗彎模量(16∶1)約為45GPa；抗彎強度(32∶1)為1.21GPa，高于聚酯拉擠制品的1.15GPa；抗彎模量(32∶1)為48GPa。
　　經過實際證明，酚醛拉擠玻璃鋼的機械性能，主要取決于玻璃纖維增強材料與樹脂的匹配情況。據新報道，一些玻璃纖維生產廠商，已成功地解決了這方面的生產技術問題，使酚醛復合材料的性能變得更為優異。但必須注意的是，一種玻璃纖維，不一定能同時適用于上述兩種酚醛樹脂體系。有些適用于高溫型酚醛樹脂的玻纖偶聯劑，卻能被酸催化劑破壞，而喪失其玻纖的表面處理作用。
　　酚醛拉擠玻璃鋼制品的另一個顯著的性能，是它具有非常高的熱變形溫度，通常約在250-300℃的溫度范圍內。這一突出的優異性能，使酚醛拉擠制品在格柵樓板方面，開拓了廣闊的應用前景。
　　有人認為，酚醛拉擠成型工藝，雖然已經付諸實踐，但尚未形成一種獨立的技術體系，因為摻入各種不同的催化劑，不同的阻燃劑，以及采用不同的化學改性方法，這些變化的因素，都將導致拉擠條件乃至玻璃鋼制品的性能發生各種不同的變化。
五、酚醛拉擠玻璃鋼制品性能符合有關的國際標準
　　經過近十多年來，對酚醛拉擠工藝及其制品的研究開發，除了開拓出不少酚醛玻璃鋼的應用領域，而且對酚醛制品的耐燃性和耐溫性等方面，也取得了比較一致的認識。
　　實踐證明，酚醛拉擠玻璃鋼制品，只要其樹脂配方合理，完全可以滿足有關的國際標準要求，例如英國標準 BS476第六條、第七條中，關于建筑規范的要求，并可達到其規定的0級水平；ASTM 84風洞試驗的1級標準要求；法國標準M1和F1的標準要求；德國標準DIN131的標準要求，以及英國標準BS6853類中，關于煙霧臨界溫度的要求等等。
　　但是對于其他品種的樹脂，若不進行必要的化學改性時，是很難能夠同時滿足上述各項標準的。

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