盡管熱塑性塑料拉擠成型具有較強(qiáng)的柔韌性和抗沖擊性能、良好的抗破壞能力、損傷容限高、可補(bǔ)塑、可焊接、生物相容性好、可回收、成型時(shí)無(wú)需固化反應(yīng)、成型速度快及可以重復(fù)利用等特點(diǎn)，但迄今仍未獲得普遍的商業(yè)應(yīng)用。

　　

　　原因在于這種工藝受到以下缺點(diǎn)的制約：如熔體黏度高、成型溫度高、基體在室溫下呈固態(tài)，需要精確控制冷卻和熔體冷卻時(shí)收縮率大，產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)大等。

　　

　　為了使熱塑性材料的拉擠成型應(yīng)用獲得更廣泛的應(yīng)用，重要的任務(wù)是開(kāi)發(fā)最合適的加工工藝、降低成本和提高質(zhì)量。

　　

　　由于拉擠工藝本身是一種能夠經(jīng)濟(jì)的連續(xù)生產(chǎn)復(fù)合材料的典型制造工藝，并且可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)及制品的用途廣泛，所以該工藝在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已受到普遍重視，發(fā)展速度很快。

　　

　　如美國(guó)專(zhuān)利（專(zhuān)利號(hào)：US5091036）以及Dr.ScottTaylor 對(duì)熱塑性復(fù)合材料的研究成果的發(fā)表，給熱塑性復(fù)合材料拉擠成型的工業(yè)應(yīng)用帶來(lái)突破性的推進(jìn)。

　　

　　概括而言，從熱固性基體拉擠成型轉(zhuǎn)變到熱塑性基體拉擠成型所遇到的關(guān)鍵問(wèn)題主要包括：基體在室溫下呈固態(tài)、在熔融溫度下流動(dòng)性差（黏度高）和熔體冷卻時(shí)收縮率大等特點(diǎn)，目前，實(shí)施熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料的拉擠成型典型研究成果及其進(jìn)展可概括如下。

　　

　　1、 生產(chǎn)工藝方面

　　

　　由于熱塑性樹(shù)脂融體的黏度大，浸漬困難，因而改進(jìn)研究工作的關(guān)鍵點(diǎn)集中在浸漬技術(shù)方面，而不同拉擠工藝的根本區(qū)別也就在浸漬方法和浸漬工藝的差異上。

　　

　　通常，根據(jù)浸漬技術(shù)可把熱塑性復(fù)合材料拉擠工藝分為非反應(yīng)型拉擠工藝和反應(yīng)拉擠工藝兩大類(lèi)。從目前應(yīng)用情況來(lái)看，非反應(yīng)型工藝占主體，應(yīng)用較為廣泛，相對(duì)來(lái)講也比較成熟。圖1 是采用2 種不同方式的熱塑性復(fù)合材料拉擠工藝示意圖。

　　

　　

　　

　　熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料拉擠成型工藝的過(guò)程及特點(diǎn)

　　

　　1.1 非反應(yīng)型拉擠工藝

　　

　　1.1.1 熔體浸漬

　　

　　浸漬方法一般是讓均勻分散、預(yù)加張力的連續(xù)纖維束通過(guò)一連串輪系，使纖維在熔融樹(shù)脂中充分浸漬。為提高浸透性，還通常加一定的壓力，或混入低相對(duì)分子質(zhì)量同種類(lèi)的改性組份（或增塑劑）等。

　　

　　該工藝目前已比較成熟，具有浸漬時(shí)纖維不易纏繞，且能加工一切可以熔融流動(dòng)的塑料材料的優(yōu)點(diǎn)。

　　

　　1.1.2 溶劑浸漬

　　

　　該方法是選用一種合適的溶劑，也可以是幾種溶劑配成的混合溶劑，將樹(shù)脂完全溶解，制得低黏度的溶液，并以此浸漬纖維，然后將溶劑揮發(fā)、回收制得預(yù)浸料。該方法克服了熱塑性樹(shù)脂熔融黏度高的缺點(diǎn)，可以很好地浸漬纖維。

　　

　　該工藝也存在一些不足，如溶劑的蒸發(fā)和回收費(fèi)用昂貴，且易污染環(huán)境；若溶劑清除不完全，在復(fù)合材料中常會(huì)形成氣泡和孔隙。

　　

　　所以采用該方法進(jìn)行加工的復(fù)合材料，在使用過(guò)程中其耐溶劑性會(huì)有一些影響。

　　

　　1.1.3 粉末浸漬

　　

　　粉末浸漬制備技術(shù)是在硫化床中，通過(guò)靜電作用將樹(shù)脂細(xì)粉吸附于纖維束中纖維單絲的表面，然后加熱使粉末熔結(jié)在纖維的表面，最后在成型過(guò)程中使纖維得以浸潤(rùn)。加工過(guò)程不受基體黏性的限制，高相對(duì)分子質(zhì)量的聚合體可分布到纖維中。這種工藝?yán)w維損傷少，聚合物無(wú)降解，具有成本低的潛在優(yōu)勢(shì)。適合于這種技術(shù)的樹(shù)脂粉末直徑以5~l 0 ìm 為宜。

　　

　　1.1.4 混雜無(wú)捻粗紗法

　　

　　該法是將熱塑性樹(shù)脂紡成纖維或薄膜帶，然后根據(jù)含膠量的多少將一定比例的增強(qiáng)纖維和樹(shù)脂纖維束緊密地合并成混紗，再通過(guò)一個(gè)高溫密封浸漬區(qū)，將樹(shù)脂纖維熔成基體。該法的優(yōu)點(diǎn)是樹(shù)脂含量易于控制，纖維能得到充分的浸潤(rùn)。

　　

　　1.2 反應(yīng)型拉擠工藝

　　

　　1.2.1 預(yù)聚體拉擠工藝

　　

　　這種工藝所使用到的樹(shù)脂是將單體和引發(fā)劑混合后再加熱熔融，由于預(yù)聚體初始相對(duì)分子質(zhì)量小、黏度低及流動(dòng)性好，使得纖維與之一邊浸潤(rùn)、一邊反應(yīng)，從而可達(dá)到理想的浸漬效果。這種工藝要求單體聚合速度快，反應(yīng)需精確控制。該工藝適用于玻璃纖維、碳纖維、尼龍以及其他纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料的拉擠成型，樹(shù)脂的適用范圍較廣。預(yù)聚體拉擠工藝流程如圖2所示。

　　

　　

　　

　　熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料拉擠成型工藝的過(guò)程及特點(diǎn)

　　

　　1.2.2 反應(yīng)注射拉擠工藝

　　

　　與通常的拉擠工藝相比，反應(yīng)注射（RIM）拉擠工藝的特點(diǎn)在于：拉擠過(guò)程中是將樹(shù)脂組份直接注入樹(shù)脂浸漬腔或拉擠模具入口處與增強(qiáng)材料浸漬，然后通過(guò)加熱的模具成型，它實(shí)際上是將拉擠工藝與（R I M ）模塑工藝結(jié)合起來(lái)， 而形成的一種很有特色的工藝。

　　

　　RIM 拉擠工藝過(guò)程中，樹(shù)脂體系一般分成A、B兩個(gè)組份，每一組份自身都不會(huì)反應(yīng)。將樹(shù)脂體系的A 、B兩組份預(yù)熱后經(jīng)計(jì)量泵送入樹(shù)脂混合單元，充分混合后直接導(dǎo)入樹(shù)脂浸漬腔或模具入口處浸漬增強(qiáng)材料，其中增強(qiáng)材料也經(jīng)過(guò)預(yù)熱，這樣就保證了樹(shù)脂浸漬在高溫的條件下進(jìn)行，這時(shí)樹(shù)脂體系的黏度極低，因而對(duì)纖維浸透性極好；樹(shù)脂組份的混合和使用同時(shí)進(jìn)行，也不存在樹(shù)脂使用期的問(wèn)題，由于樹(shù)脂混合單元鄰近模具入口處，因此有可能采用快速固化的或者在常溫下呈固態(tài)的樹(shù)脂體系 。

　　

　　RIM 拉擠工藝如圖3 所示

　　

　　

　　

　　熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料拉擠成型工藝的過(guò)程及特點(diǎn)

　　

　　1.2.3 原位拉擠工藝

　　

　　這種拉擠工藝實(shí)際與R IM 工藝類(lèi)似。不同的是，在線制備的樹(shù)脂直接注入拉擠模具。

　　

　　2、 生產(chǎn)設(shè)備方面

　　

　　與熱固性樹(shù)脂拉擠設(shè)備相比，熱塑性樹(shù)脂拉擠需要增加一些特定的設(shè)備：如浸漬站（粉末或熔體槽）、特制的模具和冷卻段。熱塑性樹(shù)脂反應(yīng)性拉擠及非反應(yīng)性拉擠中的粉末浸漬和熔體拉擠工藝中還需要對(duì)增強(qiáng)纖維進(jìn)行預(yù)熱（如圖4所示）。

　　

　　國(guó)外University of Ghent,Department of textiles最近設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)出了整套的用于熱塑性塑料纖維增強(qiáng)拉擠成型的生產(chǎn)線，其中添加的預(yù)加熱裝置可有效提高增強(qiáng)纖維與樹(shù)脂分散性能，而熔體黏度、增強(qiáng)纖維數(shù)量、材料最初溫度以及牽引力的大小等參數(shù)則是預(yù)加熱裝置的長(zhǎng)度與溫度的決定因素。

　　

　　

　　

　　圖4 改進(jìn)的熱塑性樹(shù)脂拉擠生產(chǎn)工藝流程示意圖

　　

　　2.1 熱塑性塑料與熱固性塑料的拉擠工藝裝備的對(duì)比

　　

　　（1）材料方面熱固性塑料拉擠：增強(qiáng)纖維與樹(shù)脂通過(guò)浸漬槽在拉擠過(guò)程中混合均勻；熱塑性塑料拉擠：用已經(jīng)提前進(jìn)行過(guò)預(yù)浸漬的纖維與樹(shù)脂直接進(jìn)行拉擠。

　　

　　（2）模具方面熱固性塑料拉擠：在模具中通過(guò)加熱固化；熱塑性塑料拉擠：在模具中通過(guò)冷卻固化，并且模具中有加熱裝置，保證纖維與樹(shù)脂分散均勻。

　　

　　2.2 熱塑性塑料拉擠模具的特點(diǎn)

　　

　　熱塑性塑料拉擠模具是整個(gè)生產(chǎn)線的核心部件。制品硬化、成型和冷卻等工藝步驟都在模具內(nèi)通過(guò)壓力和溫度傳遞進(jìn)行。對(duì)熱塑性塑料拉擠模具的要求一般源于對(duì)熱固性塑料拉擠模具的基本要求，如較好的耐磨性、模腔表面高光潔度、尺寸穩(wěn)定性、易操作性和分區(qū)溫度控制等。這些目標(biāo)目前可通過(guò)以下方法達(dá)到：使用鍍鉻工具鋼、雙層設(shè)計(jì)和電加熱元件等。

　　

　　通常要求模具模腔應(yīng)拋光并鍍硬鉻，模具硬度應(yīng)達(dá)HRC70 ，粗糙度Rz<0 .4。硬化區(qū)的長(zhǎng)度取決于熱補(bǔ)償過(guò)程或必需的硬化時(shí)間。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，模具硬化區(qū)可從50、500到1000mm 不等。

　　

　　已有研究證明，從300至500mm 的模具長(zhǎng)度能賦予拉擠型材最佳的形狀和力學(xué)性能。

　　

　　通常熱塑性拉擠模具內(nèi)應(yīng)分隔成不同的溫度區(qū)（如圖5所示），其主要分為加熱與冷卻兩部分。加熱部分是為了保證纖維與樹(shù)脂均勻分布，較長(zhǎng)的加熱段可以保證產(chǎn)生足夠的壓力使樹(shù)脂/ 玻纖充分流動(dòng)混合，而冷卻部分則是為了混保證產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性。這種熱隔離能保證模具長(zhǎng)度方向上有適宜的溫度梯度，并可采用不同直徑的芯軸來(lái)適應(yīng)不同熔體的不同收縮性。

　　

　　

　　

　　圖5 熱塑性樹(shù)脂拉擠模具結(jié)構(gòu)示意圖

　　

　　熱塑性樹(shù)脂基的拉擠成型在國(guó)外已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段，而在我國(guó)尚處于初步的探索應(yīng)用階段，要加快這一成型技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，關(guān)鍵點(diǎn)就是要充分掌握增強(qiáng)纖維的浸漬與工藝參數(shù)的正確選擇，并能力提高生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定性。