热塑性树脂，热塑性树脂的加工方法

拉挤工艺主要用于制造复合材料制品，是复合材料行业中应用最广泛的工艺。近年来，随着环境问题的日益严重，利用拉挤技术生产连续纤维增强热塑性复合材料受到关注。

热塑性拉挤成型具有较强的柔韧性和抗冲击性、优异的抗破坏性、高抗破坏性、可重塑、可焊接、生物相容性、可回收利用，成型时不需要发生固化反应，虽然具有成型速度快、可重复使用等特点，但它并没有尚未在商业上得到广泛应用。

原因是该工艺受到以下缺点的限制：熔体粘度高、成型温度高、基体在常温下为固态、需要精确的冷却控制以及熔体冷却时收缩率大、波动大等。产品质量方面。

为了更广泛地应用热塑性材料拉挤成型，开发最佳加工技术、降低成本和提高质量是重要的问题。

拉挤工艺本身是一种典型的制造工艺，能够实现复合材料的经济连续生产、自动化连续生产、多产品生产，因此在发达国家受到广泛关注并迅速发展。

例如，一项关于热塑性复合材料的美国专利（专利号：US5091036）的公布以及Scott Taylor博士的研究成果，使得热塑性复合材料拉挤成型的工业应用取得了突破。

综上所述，从热固性基体拉挤成型向热塑性基体拉挤成型转化时遇到的主要问题主要包括：目前，热塑性基体复合材料拉挤成型的典型研究成果包括基体在室温下为固态、在熔融温度下流动性低（高粘度）、熔体冷却时收缩，进展可概括如下：

1、生产技术

由于热塑性树脂熔体粘度高，浸渍困难，改进研究工作的一个重要点集中在浸渍技术上，而不同拉挤工艺的根本区别在于浸渍方法和浸渍工艺的区别。

一般来说，热塑性复合材料的拉挤工艺可分为两类：非反应型拉挤工艺和基于浸渍技术的反应型拉挤工艺。从目前的应用现状来看，非反应式流程占大多数，应用广泛且相对成熟。图1是采用两种不同方法的热塑性复合材料拉挤成型工艺示意图。

热塑性基复合材料的拉挤成型工艺及其特点

1.1 非反应型拉挤工艺

1.1.1 熔融浸渍

浸渍方法通常涉及使均匀分布的、预张紧的连续纤维束通过一系列轮系，以用熔融树脂完全浸渍纤维。为了提高渗透性，通常会施加一定的压力或混合均匀的低分子量改性组分（或增塑剂）。

这种工艺目前已经比较成熟，优点是浸渍时纤维不易缠结，可以处理所有能熔化和流动的塑料材料。

1.1.2 溶剂浸渍

选择合适的溶剂或多种溶剂的混合溶剂，将树脂完全溶解，得到低粘度溶液，用该溶液浸渍纤维，蒸发溶剂，循环使用，生产预浸料，是一种方法。材料。该方法克服了热塑性树脂熔体粘度高的缺点，能够很好地浸渍纤维。

该方法也存在溶剂蒸发回收成本高、易污染环境等缺点。如果溶剂没有完全去除，复合材料中经常会形成气泡和孔隙。

因此，这样加工而成的复合材料在使用过程中的耐溶剂性有一定的影响。

1.1.3 粉末浸渍

粉末浸渍制备技术是将树脂细粉通过硫化层中的静电作用吸附到纤维束中的纤维单丝表面，通过加热使粉末在纤维表面烧结，最后在纤维内部成型。浸渍技术纤维在成型过程中。加工过程不受基体粘度的限制，允许高相对分子量的聚合物分散到纤维中。该工艺具有纤维损伤少、聚合物不降解、成本低等潜在优势。适用于该技术的树脂粉末的直径为5-10m。

1.1.4 混合粗纱法

将热塑性树脂纺成纤维或薄膜带，根据胶粘剂含量，将增强纤维和树脂纤维束按一定比例密炼混纺，然后通过高温密闭浸渍区熔融的方法。将树脂纤维纳入基体中。该方法的优点是树脂含量容易控制，能充分渗透到纤维中。

1.2 反应拉挤工艺

1.2.1 预聚物拉挤工艺

该工艺所用的树脂是单体和引发剂的混合物，经加热熔融而成。预聚物初始分子量小，粘度低，流动性好，因此能润湿纤维并发生反应，可得到理想的浸渍效果。获得。该过程需要快速的单体聚合和精确的反应控制。该树脂适用于玻璃纤维、碳纤维、尼龙等纤维增强热塑性树脂的拉挤成型，用途广泛。预聚物拉挤工艺流程如图2所示。

热塑性基复合材料的拉挤成型工艺及其特点

1.2.2 反应注射拉挤工艺

反应注射（RIM）拉挤法与普通拉挤法相比，其特点是在拉挤时将树脂组分直接注入树脂浸渍型腔或拉挤模具入口，以浸渍增强材料。成型实际上是一种结合了拉挤成型和（RIM）成型工艺的独特工艺。

在RIM 拉挤工艺中，树脂体系通常分为两个组分，A 和B，并且每个组分本身不会发生反应。树脂体系的两种组分A组分和B组分经预热后由计量泵送至树脂混合装置，混合均匀后直接引入树脂浸渍腔或模具入口，浸渍增强材料。增强材料也在高温条件下进行预热并用树脂浸渍。此时树脂体系的粘度极低，因此具有优异的纤维渗透性并允许树脂组分混合使用。由于树脂混合设备是相邻的，因此树脂寿命不存在问题。可以使用在模具入口处快速固化或在室温下呈固体的树脂系统。

RIM拉挤工艺如图3所示。

热塑性基复合材料的拉挤成型工艺及其特点

1.2.3 原位拉挤工艺

这种拉挤工艺实际上类似于R IM 工艺。不同之处在于，树脂是在线制备的，并直接注入拉挤模具中。

2、生产设备

与热固性拉挤设备相比，热塑性拉挤需要额外的专用设备，例如浸渍站（粉末或熔体罐）、专用模具和冷却部分。用于热塑性塑料的反应性和非反应性拉挤成型的粉末浸渍和熔体拉挤成型工艺也需要对增强纤维进行预热（见图4）。

根特外国语大学纺织学院最近设计开发了一套完整的热塑性纤维增强拉挤生产线，附加的预热装置可以有效改善增强纤维和树脂的分散性能，同时还可以提高熔体粘度，增强值等参数可以提高，纤维的长度、材料的初始温度、牵引力的大小是决定预热装置长度和温度的因素。

图4 改进的热塑性拉挤制造工艺示意图

2.1 热塑性塑料与热固性塑料拉挤设备的比较

(1)从材料上看，热固性塑料拉挤成型：通过浸渍浴在拉挤时将增强纤维和树脂均匀混合，热塑性塑料拉挤成型：直接利用预浸渍的纤维和树脂进行拉挤成型。

(2)关于模具，热固性塑料拉挤成型：在模具内加热固化，热塑性塑料拉挤成型：在模具内冷却固化，但模具内部有纤维和树脂，配有加热装置，使其均匀分散。

2.2 热塑性拉挤模具的特点

热塑性拉挤模具是整个生产线的核心部件。产品的固化、成型和冷却等所有工艺步骤均通过压力和温度传递在模具内进行。对热塑性拉挤模具的要求一般是在热固性塑料拉挤模具的基础上，如提高耐磨性、模具型腔表面光洁度高、尺寸稳定性、操作方便、区域温度控制等要求而产生的。目前，这些目标正在通过使用镀铬工具钢、两层设计和电加热元件来实现。

通常模具型腔抛光并镀硬铬，模具硬度应达到HRC70，粗糙度应为Rz0.4。固化区的长度取决于热补偿过程或所需的固化时间。据文献报道，模具硬化区的范围可以从50、500到1000毫米。

研究证明，300 至500 毫米的模具长度可为拉挤型材提供最佳的形状和机械性能。

通常，热塑性拉挤模具必须分为不同的温度区（见图5）。温区主要分为加热和冷却两部分。加热段的作用是使纤维和树脂均匀分散，长的加热段可以产生足够的压力，使树脂/玻璃纤维完全流动和混合，冷却段的作用是使纤维和树脂均匀分散，可以保证尺寸稳定性。这种绝缘保证了沿模具长度的合适的温度梯度，并且可以使用不同直径的芯轴以适应不同熔体的不同收缩率。

图5 热塑性树脂拉挤模具结构示意图

以热塑性树脂为基础的拉挤成型在国外已进入实用化阶段，但在日本尚处于探索和应用的早期阶段。为了加快这一成型技术的开发和应用，关键是正确掌握浸渍。选择正确的工艺参数和能力可以提高生产设备的稳定性。