【行业知识】碳纤维环氧体系拉挤工艺研究
碳纤维复合材料作为国家战略性新型材料一直广受关注，从军工到民用，渗透到我们生活中的各个角落。根据日本东丽的碳纤维分级来说，碳纤维分为T300～T1000不等，越往上碳纤维等级越高。
其中每个等级又分为1K、3K、6K、12K、24K、48K、60K、80K，K代表1000，也就是说1k代表每一束碳纤维中有1000根单丝，80k代表每一束碳纤维中有80000根单丝。
一般来说，12k以下被统称为小丝束碳纤维，又被称作“航空航天级”碳纤维，12k以上被称为大丝束碳纤维，或者是工业级碳纤维。本文所介绍的拉挤复合材料由于尺寸较大，故而选择大丝束碳纤维。
1、工艺路线
复合材料拉挤工艺过程如下图所示，所使用的设备主要包括碳纤维供给装置、树脂浸渍槽、预成型装置、加热成型模口、拉拔装置，切割装置等。
2、引纱与浸胶
置于轴架上的连续碳纤维通过导向和排列装置引出,送至树脂浸渍单元,导向装置的设计要求是使碳纤维从轴架到口模保持平直,对所有纤维束施加的力相等,避免因纤维束间张力的变化导致拉挤制品扭曲变形。
浸渍操作中,首先在树脂浸渍槽中精确地量入热固性树脂和固化剂等,将树脂、固化剂与脱模剂按一定质量比混合,搅拌均匀注入树脂浸渍槽。一般树脂厂家都会给出指导性的配比，其中少量的内脱模剂必不可少，防止在热固成型过程中堵塞模具。
在整个浸渍过程中，纤维浸润要完全，不应存在干纤维，干纤维的存在会导致拉挤物产生缺陷，控制碳纤维浸润程度的一个重要工艺参数是树脂体系的粘度，该粘度称为初始粘度，其大小不仅与树脂本身有关，而且与添加剂、温度有关。
除了初始粘度以外，碳纤维浸润效果还与浸润时间、浸润时树脂的温度和浸渍槽中碳纤维的工作状态有关，一般来说，给定了初始粘度，碳纤维工作状态正常，浸渍时间延长，树脂温度升高，均可以改善纤维浸润程度。
在这一过程中，还要注意以下几点：
（1）由于大丝束碳纤维中每束碳纤维较多，要时刻注意树脂对碳纤维单丝的浸润情况，不仅碳纤维丝束表面要有较好的浸润，还要保证碳纤维丝束内部也都能够浸润充分，否则会造成内部缺陷，影响最终产品的性能。
（2）树脂的粘度要保持在一定的范围，室内温度要控制好，如果天气温度过低的话，可以考虑胶槽加温，以保证树脂能够随着碳纤维顺利地进入模具口，不会被挤出来，也不会堵塞。
3、加热固化
一般来说，拉挤过程分为三个加热区域。首先是预热区，作用是为下一区域反应做准备；其次是凝胶区，在这个区域中，树脂发生固化交联并产生相变，从粘稠态转变为凝胶态；最后是恒温区，防止温度骤变使得复合材料产生裂纹。
口模区域的温度控制关系到拉挤生产速率和制品的质量。温度控制的关键是使物料固化速率与型材牵引速度一致，同时，还要保证加热均匀，物料各处固化速率尽量一致。口模处通常采用板式或筒式接触加热器。
目前，高频预热和高频固化解决了快速固化的问题。对于不同类型的树脂，三个区域的温度各不相同，总体来说，其中的规律为依次增大。
另一方面，针对不同尺寸的复合材料，三个区域的温度也有所变化，比如尺寸大、较厚的拉挤杆件，固化温度要高于树脂的固化温度，因为温度是从复合材料的表面向内传递，这样才能使得里面的树脂完全固化，和碳纤维很好地结合在一起。
4、牵引
拉挤成型通常使用夹持牵引装置，该装置有两副内部形状与制件相匹配的家具，拉挤物处于夹具中间，夹具靠压缩空气上下启闭，该夹具安装在支撑座上，液压油缸驱动夹持装置作往复运动，为了不损伤拉挤物的表面，夹具与拉挤物接触常衬以聚氨酯材料。
牵引装置的线速度与模具温度和树脂体系配合，以保证模具内部有良好的固化反应。生产不同的产品，应选择不同的牵引速度，因此，要求牵引装置速度可以调节。
5、后固化
拉挤工艺的控制还应该考虑后固化的问题，对于大型制件尤为重要。因此不论连续成型加工中速度多慢，也很难产生像间歇生产那样的固化状态。
拉挤成型后期固化简单方式是安装一个加热固化室，而更多采用的是在一个分离的加热室，用来后固化，保证固化程度。
处：华昌聚合物《碳纤维环氧体系拉挤工艺研究》
特别声明：泰普瑞转载其他网站内容，出于学习与传递更多信息而非盈利之目的，同时并不代表赞成其观点或证实其描述，内容仅供参考。版权归原作者所有，若有侵权，请联系我们删除。
——【关于我们】——
陕西泰普瑞电工技术有限公司创建于1995年12月，是一家集研发、制造、销售为一体的高新技术企业。企业位于中国西安泾河工业园，两期共占地190亩，建筑面积85332平方米；泰普瑞电工【Taporel Electrical】现有员工150人，其中科研及管理人员32人。复合绝缘子芯棒拉挤生产线100多条，日产量约为18吨（按Φ18芯棒折算）。另有避雷器用环氧管生产设备5套。公司拥有完整的产品检验设备。是目前为止是中国最具有规模实力的复合绝缘子拉挤芯棒制造厂家和玻纤缠绕绝缘筒（管）和拉挤异型材制造商之一。
泰普瑞电工【Taporel Electrical】生产的产品覆盖了各电压等级，在中国电网特高压、超高压线路上大批量应用，得到业内专家及复合绝缘子制造厂家的一致认可。从2005年起复合绝缘子芯棒已出口30多个国外厂商，产品遍布世界各地。主要产品有真空压力注射复合绝缘子芯棒、环氧玻璃丝缠绕管（筒）、环氧玻璃布缠绕管（筒）、环氧拉挤&缠绕管、无局放绝缘管、空心复合绝缘子套管、金属氧化物避雷器用绝缘穿心杆、 干式变压器（电抗器）、阻波器用绝缘撑条、电工专用SMC、BMC制品、绝缘横担等十余种产品，广泛应用于电力绝缘设备制造行业。是复合悬式绝缘子、复合针式绝缘子、空心复合绝缘子、复合支柱绝缘子、跌落开关、复合横担、高压隔离开关、电气化铁路专用复合绝缘子、间隔棒、复合外套氧化物避雷器、高压熔断器、干式变压器、干式互感器、干式电抗器、电缆附件等产品制造商之首选。
作为中国绝缘材料相关标准的起草单位，泰普瑞电工始终秉承“用户至上，责任为重”的经营理念，永远坚持“专注、专业”的立厂根本，在打造行业标杆，立志超越的征途中，放飞追求与梦想，无悔地拼搏与进取。
其中每个等级又分为1K、3K、6K、12K、24K、48K、60K、80K，K代表1000，也就是说1k代表每一束碳纤维中有1000根单丝，80k代表每一束碳纤维中有80000根单丝。
一般来说，12k以下被统称为小丝束碳纤维，又被称作“航空航天级”碳纤维，12k以上被称为大丝束碳纤维，或者是工业级碳纤维。本文所介绍的拉挤复合材料由于尺寸较大，故而选择大丝束碳纤维。
1、工艺路线
复合材料拉挤工艺过程如下图所示，所使用的设备主要包括碳纤维供给装置、树脂浸渍槽、预成型装置、加热成型模口、拉拔装置，切割装置等。
2、引纱与浸胶
置于轴架上的连续碳纤维通过导向和排列装置引出,送至树脂浸渍单元,导向装置的设计要求是使碳纤维从轴架到口模保持平直,对所有纤维束施加的力相等,避免因纤维束间张力的变化导致拉挤制品扭曲变形。
浸渍操作中,首先在树脂浸渍槽中精确地量入热固性树脂和固化剂等,将树脂、固化剂与脱模剂按一定质量比混合,搅拌均匀注入树脂浸渍槽。一般树脂厂家都会给出指导性的配比，其中少量的内脱模剂必不可少，防止在热固成型过程中堵塞模具。
在整个浸渍过程中，纤维浸润要完全，不应存在干纤维，干纤维的存在会导致拉挤物产生缺陷，控制碳纤维浸润程度的一个重要工艺参数是树脂体系的粘度，该粘度称为初始粘度，其大小不仅与树脂本身有关，而且与添加剂、温度有关。
除了初始粘度以外，碳纤维浸润效果还与浸润时间、浸润时树脂的温度和浸渍槽中碳纤维的工作状态有关，一般来说，给定了初始粘度，碳纤维工作状态正常，浸渍时间延长，树脂温度升高，均可以改善纤维浸润程度。
在这一过程中，还要注意以下几点：
（1）由于大丝束碳纤维中每束碳纤维较多，要时刻注意树脂对碳纤维单丝的浸润情况，不仅碳纤维丝束表面要有较好的浸润，还要保证碳纤维丝束内部也都能够浸润充分，否则会造成内部缺陷，影响最终产品的性能。
（2）树脂的粘度要保持在一定的范围，室内温度要控制好，如果天气温度过低的话，可以考虑胶槽加温，以保证树脂能够随着碳纤维顺利地进入模具口，不会被挤出来，也不会堵塞。
3、加热固化
一般来说，拉挤过程分为三个加热区域。首先是预热区，作用是为下一区域反应做准备；其次是凝胶区，在这个区域中，树脂发生固化交联并产生相变，从粘稠态转变为凝胶态；最后是恒温区，防止温度骤变使得复合材料产生裂纹。
口模区域的温度控制关系到拉挤生产速率和制品的质量。温度控制的关键是使物料固化速率与型材牵引速度一致，同时，还要保证加热均匀，物料各处固化速率尽量一致。口模处通常采用板式或筒式接触加热器。
目前，高频预热和高频固化解决了快速固化的问题。对于不同类型的树脂，三个区域的温度各不相同，总体来说，其中的规律为依次增大。
另一方面，针对不同尺寸的复合材料，三个区域的温度也有所变化，比如尺寸大、较厚的拉挤杆件，固化温度要高于树脂的固化温度，因为温度是从复合材料的表面向内传递，这样才能使得里面的树脂完全固化，和碳纤维很好地结合在一起。
4、牵引
拉挤成型通常使用夹持牵引装置，该装置有两副内部形状与制件相匹配的家具，拉挤物处于夹具中间，夹具靠压缩空气上下启闭，该夹具安装在支撑座上，液压油缸驱动夹持装置作往复运动，为了不损伤拉挤物的表面，夹具与拉挤物接触常衬以聚氨酯材料。
牵引装置的线速度与模具温度和树脂体系配合，以保证模具内部有良好的固化反应。生产不同的产品，应选择不同的牵引速度，因此，要求牵引装置速度可以调节。
5、后固化
拉挤工艺的控制还应该考虑后固化的问题，对于大型制件尤为重要。因此不论连续成型加工中速度多慢，也很难产生像间歇生产那样的固化状态。
拉挤成型后期固化简单方式是安装一个加热固化室，而更多采用的是在一个分离的加热室，用来后固化，保证固化程度。
处：华昌聚合物《碳纤维环氧体系拉挤工艺研究》
特别声明：泰普瑞转载其他网站内容，出于学习与传递更多信息而非盈利之目的，同时并不代表赞成其观点或证实其描述，内容仅供参考。版权归原作者所有，若有侵权，请联系我们删除。
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陕西泰普瑞电工技术有限公司创建于1995年12月，是一家集研发、制造、销售为一体的高新技术企业。企业位于中国西安泾河工业园，两期共占地190亩，建筑面积85332平方米；泰普瑞电工【Taporel Electrical】现有员工150人，其中科研及管理人员32人。复合绝缘子芯棒拉挤生产线100多条，日产量约为18吨（按Φ18芯棒折算）。另有避雷器用环氧管生产设备5套。公司拥有完整的产品检验设备。是目前为止是中国最具有规模实力的复合绝缘子拉挤芯棒制造厂家和玻纤缠绕绝缘筒（管）和拉挤异型材制造商之一。
泰普瑞电工【Taporel Electrical】生产的产品覆盖了各电压等级，在中国电网特高压、超高压线路上大批量应用，得到业内专家及复合绝缘子制造厂家的一致认可。从2005年起复合绝缘子芯棒已出口30多个国外厂商，产品遍布世界各地。主要产品有真空压力注射复合绝缘子芯棒、环氧玻璃丝缠绕管（筒）、环氧玻璃布缠绕管（筒）、环氧拉挤&缠绕管、无局放绝缘管、空心复合绝缘子套管、金属氧化物避雷器用绝缘穿心杆、 干式变压器（电抗器）、阻波器用绝缘撑条、电工专用SMC、BMC制品、绝缘横担等十余种产品，广泛应用于电力绝缘设备制造行业。是复合悬式绝缘子、复合针式绝缘子、空心复合绝缘子、复合支柱绝缘子、跌落开关、复合横担、高压隔离开关、电气化铁路专用复合绝缘子、间隔棒、复合外套氧化物避雷器、高压熔断器、干式变压器、干式互感器、干式电抗器、电缆附件等产品制造商之首选。
作为中国绝缘材料相关标准的起草单位，泰普瑞电工始终秉承“用户至上，责任为重”的经营理念，永远坚持“专注、专业”的立厂根本，在打造行业标杆，立志超越的征途中，放飞追求与梦想，无悔地拼搏与进取。
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