CN109760339A - 低烟无卤超高阻燃frp拉挤型材制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低烟无卤超高阻燃FRP拉挤型材制造方法，主要是一种连续生产复合材料型材的方法，它是将纱架上的玻璃纤维无捻粗纱和连续单丝玻璃纤维增强毡进行树脂浸渍，然后通过保持一定截面形状的成型模具，并使其在成型模具内固化成型后连续出模，由此形成拉挤制品的一种自动化生产工艺；通过本方法所述树脂基体原料配方以及本方法工艺制成的FRP拉挤型材阻燃性能好，氧指数高，拉伸强度和硬度好，满足目前建筑工业领域对材料发烟量和燃烧性的要求，在火灾防护和烟雾毒性等方面处于规定限制以内。
Description
技术领域
本发明涉及一种FRP拉挤型材制造方法，尤其涉及一种低烟无卤超高阻燃FRP拉挤型材制造方法，属于纤维增强复合材料制造技术领域。
背景技术
纤维增强复合材料，简称FRP，是由纤维材料与基体材料（树脂）按一定的比例混合后形成的高性能型材材料，具有质轻而硬，不导电，机械强度高，耐腐蚀等特点；目前在结构和建筑工业领域对材料发烟量和燃烧性均有要求，针对火灾防护和烟雾毒性等方面具有规定限制，因此需要研发一种低烟无卤超高阻燃的FRP拉挤型材。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供一种低烟无卤超高阻燃FRP拉挤型材制造方法，根据本方法制造的FRP拉挤型材阻燃性能好，氧指数高，拉伸强度和硬度好，满足目前建筑工业领域对材料发烟量和燃烧性的要求，在火灾防护和烟雾毒性等方面处于规定限制以内。
本发明所采用的技术方案为：
低烟无卤超高阻燃FRP拉挤型材制造方法，包括以下步骤；
（1）配制树脂基体原料；树脂基体原料包括按重量份配比的以下成分：树脂9.8～10份、氢氧化铝19.6～27.5份、脱模剂0.1～0.11份、硬脂酸锌0.2～0.3份、棕榈油基增塑剂0.25～0.35份、含氮酚醛树脂0.22～0.25份、固化剂0.2～0.3份、苯乙烯0.1～0.2份、分散剂0.3～0.6份、色浆0.05～0.07份以及UV粉0.04～0.08份；将上述成分混合成液态并搅拌20～35min后备用；
（2）树脂浸渍；排列整齐的纤维增强材料和连续单丝玻璃纤维增强毡分别采用直槽浸渍法在装有步骤（1）配制的树脂基体原料中浸渍，制得坯料，然后进入成型模具中；
（3）成型固化；进入到成型模具中的坯料依次经过压实、成型和固化，制得半成品；
（4）牵引拉出；半成品经过牵引装置牵出并送入切割装置；
（5）同步切割；切割装置与牵引装置牵出的半成品同步移动并按预设产品长度切割，制得成品。
作为本发明方法的进一步优选，所述的树脂基体原料包括按重量份配比的以下成分：树脂10份、氢氧化铝26.5份、脱模剂0.1份、硬脂酸锌0.28份、棕榈油基增塑剂0.3份、含氮酚醛树脂0.25份、固化剂0.26份、苯乙烯0.18份、分散剂0.5份、色浆0.06份以及UV粉0.055份；将上述成分混合成液态并搅拌25min后备用；
作为本发明方法的进一步优选，本发明中成型模具长度根据固化速度、模具温度、制品尺寸、拉挤速度、增强材料性质等确定成型模具长度为630～1180mm，并采用电加热方式或微波加热方式加热固化坯料。
树脂基体原料受热发生交联反应，黏度降低，黏滞阻力增加，并开始凝胶，逐渐变硬，收缩并与模具脱离；树脂基体原料与纤维增强材料和连续单丝玻璃纤维增强毡一起以相同的速度均匀向前移动；在成型模具中受热继续固化，并保证出模时达到规定的固化度；固化温度通常大于树脂基体原料胶液放热峰的峰值，并使温度、凝胶时间和牵引速度相匹配；成型模具前端预热区温度应较低，温度分布的控制应使固化放热峰出现在成型模具中部靠后些，脱离点控制在成型模具中部，三段的温差控制在20～30℃，温度梯度不宜过大，避免固化反应放热影响；因此，本发明方法所述的成型模具内部设置有三段加热区域，三段加热区域中相邻两个加热区域的温差控制在20～30℃，且三段加热区域采用三对加热系统来控温，位于成型模具中间段的加热区域的温度大于成型模具尾段加热区域的温度，成型模具尾段加热区域的温度大于成型模具首段加热区域的温度；成型模具是在系统确定的条件下进行设计的，根据树脂固化放热曲线及物料与成型模具的摩擦性能，将成型模具分成三个不同的加热区，其温度由树脂的性能确定，成型模具是拉挤成型工艺中最关键的部分，成型模具的作用是实现坯料的压实、成型和固化，成型模具截面尺寸应考虑树脂的成型收缩率，成型模具模腔光洁度高，用以减少摩擦力，延长使用寿命，易于成品脱模。
作为本发明方法的进一步优选，本方法针对树脂基体原料设置最佳加热区域温度值，成型模具首段加热区域的温度是83℃，成型模具中间段加热区域的温度是113℃，成型模具尾段加热区域的温度是93℃。
作为本发明方法的进一步优选，所述的纤维增强材料是玻璃纤维无捻粗纱、碳纤维、芳纶纤维、聚酯纤维或维尼纶中的任一种或两种以上的组合。
作为本发明方法的进一步优选，连续单丝玻璃纤维增强毡设置有上、下两层，上、下两层连续单丝玻璃纤维增强毡将纤维增强材料夹在中间；上、下两层连续单丝玻璃纤维增强毡可以有效提高成品的横向强度，且具有很好的阻燃性。
牵引装置本身是一个履带型拉出器或两个往复运动的夹持装置，以便确保连续运动；牵引力是保证制品顺利出模的关键；牵引力的大小取决于产品与模具间的界面剪应力；剪应力随牵引速度的增加而降低，并在模具的入口处、中部和出口处出现三个峰值，入口处的峰值是由该处树脂的黏滞阻力产生的，其大小取决于树脂黏性流体的性质、入口处温度及填料含量；在模具内树脂黏度随温度升高而降低，剪应力下降；随着固化反应的进行，黏度及剪应力增加；第二个峰值与脱离点相对应，并随牵引速度的增加，大幅度降低；第三个峰值在出口处，是制品固化后与模具内壁摩擦而产生的，其值较小；本发明方法中，所述的牵引装置的牵引拉挤速度为220～255 mm/min；用以满足本发明方法中坯料成型和固化，顺利制得半成品。
作为本发明方法的进一步优选，排列整齐的纤维增强材料和连续单丝玻璃纤维增强毡在浸渍后分别穿过预成型装置，预成型装置挤掉纤维增强材料和连续单丝玻璃纤维增强毡上多余的树脂基体原料并对纤维增强材料和连续单丝玻璃纤维增强毡进行预成型处理，制得坯料；浸渍过的纤维增强材料和连续单丝玻璃纤维增强毡穿过预成型装置，以连续方式谨慎地传递，以便确保它们的相对位置，逐渐接近成品的最终形状，并挤出多余的树脂基体原料，然后再进入成型模具，进行最终的成型固化，有效提高成型固化效率。
作为本发明方法的进一步优选，还包括对成品进行检测实验的步骤，检测实验的内容包括氧指数、拉伸强度实验、阻燃性能测试和巴氏硬度测试；用以对成品进行检测实验，鉴定成品是否符合生产制造要求。
本发明的有益效果在于：本发明是一种连续生产复合材料型材的方法，它是将纱架上的玻璃纤维无捻粗纱和连续单丝玻璃纤维增强毡进行树脂浸渍，然后通过保持一定截面形状的成型模具，并使其在成型模具内固化成型后连续出模，由此形成拉挤制品的一种自动化生产工艺；通过本方法所述树脂基体原料配方以及本方法工艺制成的FRP拉挤型材阻燃性能好，氧指数高，拉伸强度和硬度好，满足目前建筑工业领域对材料发烟量和燃烧性的要求，在火灾防护和烟雾毒性等方面处于规定限制以内。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做具体的介绍。
实施例一
本实施例是低烟无卤超高阻燃FRP拉挤型材制造方法，包括以下步骤；
（1）配制树脂基体原料；树脂基体原料包括按重量份配比的以下成分：树脂9.8份、氢氧化铝19.6份、脱模剂0.1份、硬脂酸锌0.2份、棕榈油基增塑剂0.25份、含氮酚醛树脂0.22份、固化剂0.2份、苯乙烯0.1份、分散剂0.3份、色浆0.05份以及UV粉0.04份；将上述成分混合成液态并搅拌20min后备用；
（2）树脂浸渍；排列整齐的纤维增强材料和连续单丝玻璃纤维增强毡分别采用直槽浸渍法在装有步骤（1）配制的树脂基体原料中浸渍，制得坯料，然后进入成型模具中；
（3）成型固化；进入到成型模具中的坯料依次经过压实、成型和固化，制得半成品；
（4）牵引拉出；半成品经过牵引装置牵出并送入切割装置；
（5）同步切割；切割装置与牵引装置牵出的半成品同步移动并按预设产品长度切割，制得成品。
氢氧化铝作为填料可以降低成品的收缩率，提高成品的尺寸稳定性、表面光洁度、平滑性以及平光性或无光性等；有效的调节树脂基体原料粘度；可满足不同性能要求，提高耐磨性；掺有氢氧化铝的高聚物，当温度升至250～300℃时，氢氧化铝便大量吸热并释放出水汽，使高聚物温升速度减慢、降解减缓,同时氢氧化铝受热分解释放出的水汽，冲稀了可燃性气体，减慢燃烧速度；另外，氢氧化铝失水、吸热降温，使高聚物不能充分燃烧，在表面形成炭化保护膜，既阻挡氧气的进入，也阻挡了可燃性气体的逸出；该炭化过程避免了烟灰的形成，因此氢氧化铝阻燃剂不仅具有良好的阻燃功能，也具有良好的抑烟功能；本实施例中，树脂选用高填料不饱和树脂，型号为Crestapol 1212，Crestapol 1212是一种低粘度、快固化的高韧性树脂，可加入大量的矿物填料；当加入大量的氢氧化铝时，可满足很高的阻燃和烟毒等级；脱模剂是将其直接加入到树脂中，在一定加工温度条件下，从树脂基体渗出扩散到固化成品表面，在模具和成品之间形成一层隔离膜，起到脱模作用。
本实施例中，成型模具长度根据固化速度、模具温度、制品尺寸、拉挤速度、增强材料性质等确定成型模具长度为630mm，并采用电加热方式加热固化坯料。
树脂基体原料受热发生交联反应，黏度降低，黏滞阻力增加，并开始凝胶，逐渐变硬，收缩并与模具脱离；树脂基体原料与纤维增强材料和连续单丝玻璃纤维增强毡一起以相同的速度均匀向前移动；在成型模具中受热继续固化，并保证出模时达到规定的固化度；固化温度通常大于树脂基体原料胶液放热峰的峰值，并使温度、凝胶时间和牵引速度相匹配；成型模具前端预热区温度应较低，温度分布的控制应使固化放热峰出现在成型模具中部靠后些，脱离点控制在成型模具中部，三段的温差控制在20～30℃，温度梯度不宜过大，避免固化反应放热影响；因此，本发明方法所述的成型模具内部设置有三段加热区域，三段加热区域中相邻两个加热区域的温差控制在20～30℃，且三段加热区域采用三对加热系统来控温，位于成型模具中间段的加热区域的温度大于成型模具尾段加热区域的温度，成型模具尾段加热区域的温度大于成型模具首段加热区域的温度；成型模具是在系统确定的条件下进行设计的，根据树脂固化放热曲线及物料与成型模具的摩擦性能，将成型模具分成三个不同的加热区，其温度由树脂的性能确定，成型模具是拉挤成型工艺中最关键的部分，成型模具的作用是实现坯料的压实、成型和固化，成型模具截面尺寸应考虑树脂的成型收缩率，成型模具模腔光洁度高，用以减少摩擦力，延长使用寿命，易于成品脱模。
本实施方法针对树脂基体原料设置最佳加热区域温度值，成型模具首段加热区域的温度是83℃，成型模具中间段加热区域的温度是113℃，成型模具尾段加热区域的温度是93℃。
本实施例中，纤维增强材料是玻璃纤维无捻粗纱，在实际应用时，也可以选用碳纤维、芳纶纤维、聚酯纤维或维尼纶中的任一种或两种以上的组合。
本实施例中，连续单丝玻璃纤维增强毡设置有上、下两层，上、下两层连续单丝玻璃纤维增强毡将纤维增强材料夹在中间；上、下两层连续单丝玻璃纤维增强毡可以有效提高成品的横向强度，且具有很好的阻燃性。
牵引装置本身是一个履带型拉出器或两个往复运动的夹持装置，以便确保连续运动；牵引力是保证制品顺利出模的关键；牵引力的大小取决于产品与模具间的界面剪应力；剪应力随牵引速度的增加而降低，并在模具的入口处、中部和出口处出现三个峰值，入口处的峰值是由该处树脂的黏滞阻力产生的，其大小取决于树脂黏性流体的性质、入口处温度及填料含量；在模具内树脂黏度随温度升高而降低，剪应力下降；随着固化反应的进行，黏度及剪应力增加；第二个峰值与脱离点相对应，并随牵引速度的增加，大幅度降低；第三个峰值在出口处，是制品固化后与模具内壁摩擦而产生的，其值较小；本实施方法中，牵引装置的牵引拉挤速度为220mm/min；用以满足本实施方法中坯料成型和固化，顺利制得半成品。
本实施例中，排列整齐的纤维增强材料和连续单丝玻璃纤维增强毡在浸渍后分别穿过预成型装置，预成型装置挤掉纤维增强材料和连续单丝玻璃纤维增强毡上多余的树脂基体原料并对纤维增强材料和连续单丝玻璃纤维增强毡进行预成型处理，制得坯料；浸渍过的纤维增强材料和连续单丝玻璃纤维增强毡穿过预成型装置，以连续方式谨慎地传递，以便确保它们的相对位置，逐渐接近成品的最终形状，并挤出多余的树脂基体原料，然后再进入成型模具，进行最终的成型固化，有效提高成型固化效率。
实施例二
本实施例与实施例一相似，其区别仅在于，树脂基体原料包括按重量份配比的以下成分：树脂10份、氢氧化铝27.5份、脱模剂0.11份、硬脂酸锌0.3份、棕榈油基增塑剂0.35份、含氮酚醛树脂0.25份、固化剂0.3份、苯乙烯0.2份、分散剂0.6份、色浆0.07份以及UV粉0.08份；将上述成分混合成液态并搅拌35min后备用；成型模具长度为1180mm，并采用微波加热方式加热固化坯料；牵引装置的牵引拉挤速度为255 mm/min。
实施例三
本实施例与实施例一相似，其区别仅在于，树脂基体原料包括按重量份配比的以下成分：树脂10份、氢氧化铝26.5份、脱模剂0.1份、硬脂酸锌0.28份、棕榈油基增塑剂0.3份、含氮酚醛树脂0.25份、固化剂0.26份、苯乙烯0.18份、分散剂0.5份、色浆0.06份以及UV粉0.055份；将上述成分混合成液态并搅拌25min后备用；成型模具长度为1100mm，并采用电加热方式加热固化坯料；牵引装置的牵引拉挤速度为250 mm/min。
在实际应用时，制造过程还包括对成品进行检测实验的步骤，检测实验的内容包括氧指数、拉伸强度实验、阻燃性能测试和巴氏硬度测试；用以对成品进行检测实验，鉴定成品是否符合生产制造要求；分别对上述三个实施例制成的成品进行检测实验，检测实验结果如下表所示：
由此可见，通过本方法所述树脂基体原料配方以及本方法工艺制成的FRP拉挤型材阻燃性能好，氧指数高，拉伸强度和硬度好，满足目前建筑工业领域对材料发烟量和燃烧性的要求，在火灾防护和烟雾毒性等方面处于规定限制以内。
本发明是一种连续生产复合材料型材的方法，它是将纱架上的玻璃纤维无捻粗纱和连续单丝玻璃纤维增强毡进行树脂浸渍，然后通过保持一定截面形状的成型模具，并使其在成型模具内固化成型后连续出模，由此形成拉挤制品的一种自动化生产工艺；通过本方法所述树脂基体原料配方以及本方法工艺制成的FRP拉挤型材阻燃性能好，氧指数高，拉伸强度和硬度好，满足目前建筑工业领域对材料发烟量和燃烧性的要求，在火灾防护和烟雾毒性等方面处于规定限制以内。
以上所述仅是本发明专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明专利原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明专利的保护范围。
Claims (10)
1.低烟无卤超高阻燃FRP拉挤型材制造方法，其特征在于，包括以下步骤；
（1）配制树脂基体原料；树脂基体原料包括按重量份配比的以下成分：树脂9.8～10份、氢氧化铝19.6～27.5份、脱模剂0.1～0.11份、硬脂酸锌0.2～0.3份、棕榈油基增塑剂0.25～0.35份、含氮酚醛树脂0.22～0.25份、固化剂0.2～0.3份、苯乙烯0.1～0.2份、分散剂0.3～0.6份、色浆0.05～0.07份以及UV粉0.04～0.08份；将上述成分混合成液态并搅拌20～35min后备用；
（2）树脂浸渍；排列整齐的纤维增强材料和连续单丝玻璃纤维增强毡分别采用直槽浸渍法在装有步骤（1）配制的树脂基体原料中浸渍，制得坯料，然后进入成型模具中；
（3）成型固化；进入到成型模具中的坯料依次经过压实、成型和固化，制得半成品；
（4）牵引拉出；半成品经过牵引装置牵出并送入切割装置；
（5）同步切割；切割装置与牵引装置牵出的半成品同步移动并按预设产品长度切割，制得成品。
2.根据权利要求1所述的低烟无卤超高阻燃FRP拉挤型材制造方法，其特征在于，所述的树脂基体原料包括按重量份配比的以下成分：树脂10份、氢氧化铝26.5份、脱模剂0.1份、硬脂酸锌0.28份、棕榈油基增塑剂0.3份、含氮酚醛树脂0.25份、固化剂0.26份、苯乙烯0.18份、分散剂0.5份、色浆0.06份以及UV粉0.055份；将上述成分混合成液态并搅拌25min后备用。
3.根据权利要求1所述的低烟无卤超高阻燃FRP拉挤型材制造方法，其特征在于，所述的成型模具长度为630～1180mm，并采用电加热方式或微波加热方式加热固化坯料。
4.根据权利要求1或3所述的低烟无卤超高阻燃FRP拉挤型材制造方法，其特征在于，所述的成型模具内部设置有三段加热区域，三段加热区域中相邻两个加热区域的温差控制在20～30℃，且三段加热区域采用三对加热系统来控温，位于成型模具中间段的加热区域的温度大于成型模具尾段加热区域的温度，成型模具尾段加热区域的温度大于成型模具首段加热区域的温度。
5.根据权利要求4所述的低烟无卤超高阻燃FRP拉挤型材制造方法，其特征在于，成型模具首段加热区域的温度是83℃，成型模具中间段加热区域的温度是113℃，成型模具尾段加热区域的温度是93℃。
6.根据权利要求1所述的低烟无卤超高阻燃FRP拉挤型材制造方法，其特征在于，所述的纤维增强材料是玻璃纤维无捻粗纱、碳纤维、芳纶纤维、聚酯纤维或维尼纶中的任一种或两种以上的组合。
7.根据权利要求1或6所述的低烟无卤超高阻燃FRP拉挤型材制造方法，其特征在于，连续单丝玻璃纤维增强毡设置有上、下两层，上、下两层连续单丝玻璃纤维增强毡将纤维增强材料夹在中间。
8.根据权利要求1所述的低烟无卤超高阻燃FRP拉挤型材制造方法，其特征在于，所述的牵引装置的牵引拉挤速度为220～255 mm/min。
9.根据权利要求1所述的低烟无卤超高阻燃FRP拉挤型材制造方法，其特征在于，排列整齐的纤维增强材料和连续单丝玻璃纤维增强毡在浸渍后分别穿过预成型装置，预成型装置挤掉纤维增强材料和连续单丝玻璃纤维增强毡上多余的树脂基体原料并对纤维增强材料和连续单丝玻璃纤维增强毡进行预成型处理，制得坯料。
10.根据权利要求1所述的低烟无卤超高阻燃FRP拉挤型材制造方法，其特征在于，还包括对成品进行检测实验的步骤，检测实验的内容包括氧指数、拉伸强度实验、阻燃性能测试和巴氏硬度测试。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190517 |