碳纖維 復(fù)合材料作為國家戰(zhàn)略性新型材料一直廣受關(guān)注，從軍工到民用，滲透到我們生活中的各個角落。根據(jù)日本東麗的碳纖維分級來說，碳纖維分為T300～T1000不等，越往上碳纖維等級越高。其中每個等級又分為1K、3K、6K、12K、24K、48K、60K、80K，K代表1000，也就是說1K代表每一束碳纖維中有1000根單絲，80K代表每一束碳纖維中有80000根單絲。

一般來說，12K以下被統(tǒng)稱為小絲束碳纖維，又被稱作“航空航天級”碳纖維，12K以上被成為大絲束碳纖維，或者是工業(yè)級碳纖維。本文所介紹的拉擠復(fù)合材料由于尺寸較大，故而選擇大絲束碳纖維。

1　工藝路線

復(fù)合材料拉擠工藝過程如圖1所示。所使用的設(shè)備主要包括碳纖維供給裝置、樹脂浸漬槽、預(yù)成型裝置、加熱成型?？凇⒗窝b置，切割裝置等。

圖1

2　引紗與浸膠

置于軸架上的連續(xù)碳纖維通過導(dǎo)向和排列裝置引出,送至樹脂浸潰單元,導(dǎo)向裝置的設(shè)計要求是使碳纖維從軸架到口模保持平直,對所有纖維束施加的力相等,避免因纖維束間張力的變化導(dǎo)致拉擠制品扭曲變形。浸漬操作中,首先在樹脂浸漬槽中精確地量入熱固性樹脂和固化劑等,將樹脂、固化劑與脫模劑按一定質(zhì)量比混合,攪拌均勻注入樹脂浸漬槽。一般樹脂廠家都會給出指導(dǎo)性的配比，其中少量的內(nèi)脫模劑必不可少，防止在熱固成型過程中堵塞模具。

在整個浸漬過程中，纖維浸潤要完全，不應(yīng)存在干纖維，干纖維的存在會導(dǎo)致拉擠物產(chǎn)生缺陷，控制碳纖維浸潤程度的一個重要工藝參數(shù)是樹脂體系的粘度，該粘度成為初始粘度，其大小不僅與樹脂本身有關(guān)，而且與添加劑、溫度有關(guān)。除了初始粘度以外，碳纖維浸潤效果還與浸潤時間、浸潤時樹脂的溫度和浸漬槽中碳纖維的工作狀態(tài)有關(guān)，一般來說，給定了初始粘度，碳纖維工作狀態(tài)正常，浸漬時間越長，樹脂溫度升高，均可以改善纖維浸潤程度。

在這一過程中，還要注意以下幾點：

（1）由于大絲束碳纖維中每束碳纖維較多，要時刻注意樹脂對碳纖維單絲的浸潤情況，不僅碳纖維絲束表面要有較好的浸潤，還要保證碳纖維絲束內(nèi)部也都能夠浸潤充分，否則會造成內(nèi)部缺陷，影響最終產(chǎn)品的性能。

（2）樹脂的粘度要保持在一定的范圍，室內(nèi)溫度要控制好，如果天氣溫度過低的話，可以考慮膠槽加溫，以保證樹脂能夠隨著碳纖維順利地進入模具口，不會被擠出來，也不會堵塞。

3　加熱固化

一般來說，拉擠過程分為三個加熱區(qū)域。首先是預(yù)熱區(qū)，作用是為下一區(qū)域反應(yīng)做準備；其次是凝膠區(qū)，在這個區(qū)域中，樹脂發(fā)生固化交聯(lián)并產(chǎn)生相變，從粘稠態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟z態(tài)；最后是恒溫區(qū)，防止溫度驟變使得復(fù)合材料產(chǎn)生裂紋?？谀^(qū)域的溫度控制關(guān)系到拉擠生產(chǎn)速率和制品的質(zhì)量。溫度控制的關(guān)鍵是使物料固化速率與型材牽引速度一致，同時，還要保證加熱均勻，物料各處固化速率盡量一致?？谀Ｌ幫ǔ２捎冒迨交蛲彩浇佑|加熱器。目前的高頻預(yù)熱和高頻固化解決了快速固化的問題對于不同類型的樹脂，三個區(qū)域的溫度各不相同，總體來說，其中的規(guī)律為依次增大。另一方面，針對不同尺寸的復(fù)合材料，三個區(qū)域的溫度也有所變化，比如尺寸大，較厚的拉擠桿件，固化溫度要高于樹脂的固化溫度，因為溫度是從復(fù)合材料的表面向內(nèi)傳遞，這樣才能使得里面的樹脂完全固化，和碳纖維很好地結(jié)合在一起。

4　牽引

拉擠成型通常使用夾持牽引裝置，該裝置有兩副內(nèi)部形狀與制件相匹配的家具，拉擠物處于夾具中間，夾具靠壓縮空氣上下啟閉，該夾具安裝在支撐座上，液壓油缸驅(qū)動夾持裝置作往復(fù)運動，為了不損傷拉擠物的表面，夾具與拉擠物接觸常襯以聚氨酯材料。牽引裝置所禪城的線速度與模具溫度和樹脂體系配合，以保證模具內(nèi)部有良好的固化反應(yīng)。生產(chǎn)不用的產(chǎn)品，應(yīng)選擇不同的牽引速度，因此，要求牽引裝置速度可以調(diào)節(jié)。

5　后固化

拉擠工藝的控制還應(yīng)該考慮后固化的問題，對于大型制件尤為重要。因此不論連續(xù)成型加工中速度多慢，也很難產(chǎn)生像間歇生產(chǎn)那樣的固化狀態(tài)。拉擠成型后期固化簡單方式是安裝一個加熱固化室，而更多采用的是在一個分離的加熱室，用來后固化，保證固化程度。

6　華昌環(huán)氧拉擠樹脂

華昌針對玻璃纖維和碳纖維拉擠工藝推出了一系列環(huán)氧樹脂體系。

Tg（℃）	特點	適用領(lǐng)域
120-205	u 低粘度、操作時間長快速固化 機械性能優(yōu)異，室溫適用期長；	抽油桿、電纜芯材、變電站復(fù)合、防護欄、窗框、輪椅把手、小型葉片、樓梯扶手、格柵、柵欄
	u 高Tg，耐熱性佳