玻璃钢光缆增强芯快速拉挤工艺研制

1前言
    自1948年拉挤成型工艺问世,至今已有50多年历史,但20世纪70年代之后拉挤制品才真正进入结构材料应用领域,成为一种广泛应用的工艺技术,生产量每年都以 10%以上的速度递增,成为近期复合材料发展较快的工艺之一。
    拉挤工艺的发展趋势:(1)几何形状趋于复杂;(2)几何尺寸朝特大或特小的方向发展;(3)拉挤速度日趋提高;(4)热塑性基体的开发和应用。
    玻璃钢增强芯光缆是一种直径比较细(ø0.5mm~4.5mm)的玻璃钢棒,它替代原光缆中的金属芯,使增强芯光缆成为全非金属材料结构,应用范围更加广泛。目前,我国的光缆增强芯部分从美国、加拿大等国进口。
    玻璃钢光缆增强芯的主要技术特点是:(1)全非金属结构,抗电磁干扰性能优良,适用于电力系统和多雷电、多雨水等气候环境地区。(2)与金属芯相比,玻璃钢具有拉伸强度高、质量轻的特点。(3)玻璃钢增强芯光缆防弹、防齿咬、防蚁。
    本项目的目的是产品拉挤速度达到2.5m/分钟;并且满足玻璃钢光缆增强芯所有性能的产品,替代进口产品,节约外汇,创造良好的经济、社会效益。
2研制过程
2.1模具的设计
    我们采用的模具材料为40CrMo,在机械加工后先进行调质处理,使其硬度达到HRC28~30,后进行镀铬,镀层厚度一般为0.05mm左右。本项目模具直径ø3mm,长度为700mm,模腔表面粗糙度小于等于0.2,模腔直线度为小于等于0.2mm。
    在拉挤工艺中,模具设计是一个非常关键的部分,因此,模具的好坏直接影响工艺的成功和制品的品质。
2.2原材料选择
2.2.1树脂的选择
    根据光缆使用环境的要求,我们选择上纬(上海)精细化工有限公司生产的乙烯基树脂(牌号为SW98O),该树脂具有高韧性、抗冲击等性能,并且适合冷热变化大的场所使用。
2.2.2玻璃纤维纱的选择
    根据项目的技术要求,我们选择两种纤维纱:
    (1)550Tex高强玻璃纤维纱(南京玻璃纤维研究设计院生产)。
    (2)600Tex无碱玻璃纤维纱(法国圣戈班公司生产)
2.2.3填料的选择
    为了改善树脂的工艺性能和降低成本,同时为提高制品的机械性能和硬度,减少体积收缩率,增强耐热性、自熄性,我们选择氢氧化铝作为主要填料,细度为300目左右,并且在使用前,氢氧化铝必须烘干水分。
2.3配方的研究
    本项目配方的研究主要侧重于固化系统的研究。
    在快速拉挤的前提下,为了保证玻璃钢光缆增强芯的性能要求,我们通过多次的配方试验和性能测试,确立了高、中、低温固化系统的不同配方,主要配比如下;
    低温固化剂0.2~0.8份(树脂为100份)
    中温固化剂0.4~1.0份(树脂为100份)
    高温固化剂0.8~1.4份 (树脂为100份)
2.4成型温度
    在拉挤过程中,材料在通过模腔时发生变化,这时关键的是控制模腔的温度。玻璃纤维浸胶后通过加热的金属模具,按其在模具中不同状态,把模具分为三部分,如下图:

    树脂在加热过程中,随着温度逐渐升高,树脂粘度逐渐降低,通过预热区后,树脂开始凝胶、固化,模具温度略大于放热峰值,预热区温度较低,胶凝区和固化区温度相近。不同的温度分布使产品固化放热峰出现在模具的中部编后,三区温度相差20~30℃左右。
2.5拉挤成型工艺流程

3产品性能测试结果
    试制的产品经测试,性能达到玻璃钢光缆增强芯的技术指标,具体数据如下:

检验项目 单位 技术指标 实测数据
拉伸强度 MPa ≥1100 1 1150
2 1640
拉伸强度模量 GPa ≥50 1 52
2 64
弯曲强度 MPa ≥1100 1 1150
2 1280
弯曲强度模量 GPa ≥50 1 53
2 55
拉伸断裂伸长率 % ≤4 1 3.7
2 3.5
线膨胀系数 1/℃ <8×10-6 1 6.5×10-6
2 6.4×10-6
比重 g/cm3 2.05-2.15 1 2.07
2 2.07
拉挤速度 m/min 2.5 1 3.0
2 3.0
产品直径 mm 3.0 1 3.02
2 3.02

注:1一无碱玻璃纤维     2一高弹玻璃纤维
4结论
    (1)由于配方的合理性,拉挤速度为2.5m/min的ø3mm玻璃钢律的产品性能达到光缆理强芯的技术指标和使用要求。
    (2)玻璃纤维纱的不同,制品的性能也有明显的区别。
    (3)本项目试制的ø3mm玻璃钢棒经部分客户使用,一致反映产品的性能优异,质量稳定。另外,该产品还可用于风筝骨架和伞支架等,应用前景非常广泛。