拉挤复合材料是一种高性能纤维增强聚合物 (FRP) 复合材料，采用称为拉挤的连续工艺制造。在这里，连续纤维（例如玻璃或碳）被拉过热固性树脂浴（例如环氧树脂、聚酯或乙烯基酯），然后使用模具形成所需的形状。然后树脂固化，形成坚固、轻质且耐用的复合产品。

 

拉挤树脂：

基体树脂是拉挤复合材料的中重要组成部分，常见的拉挤树脂有环氧、聚氨酯、酚醛、乙烯基，以及近期被广泛关注的热塑性树脂体系。因为拉挤复合材料的特性，基体树脂需要有混合粘度低、高温条件下反应速度快特点。在进行基体树脂的选择时，不光要考虑到拉挤反应速率，也需要考虑拉挤树脂的粘度，如果粘度比较高，这会影响产品制作时的润滑效果。

环氧树脂

环氧拉挤树脂制备的拉挤复合材料，在应用时的强度比较高，可以在高温条件下使用，而且固化的速度比较快。此外，环氧树脂基纤维增强复合材料是风力发电叶片与叶根的主要材料，但存在材料脆性大、适用期短、渗透性差和固化温度高等问题，从而增大成型工艺难度，造成资源浪费和制造成本的增加，严重制约了我国风电行业的发展。

聚氨酯

聚氨酯树脂的粘度较低，允许玻纤用量比聚酯或乙烯基酯树脂更高，这使得拉挤成型聚氨酯复合材料的弯曲弹性模量接近铝的属性。相比其他树脂具有优良的加工性能。

酚醛树脂

由于酚醛树脂突出的低毒释放、低发烟率、难燃等优点，近年来，其拉挤成型复合材料在轨道交通、海上石油钻探平台、化工防腐车间及管道等领域的应用逐渐成为一个热点。但传统的酚醛树脂固化反应速度慢，成型周期长，尤其是固化时会产生大量的缩合水和低分子挥发物，在快速连续生产的拉挤成型制品中易形成气泡，留下孔隙，严重影响制品的性能，通常使用酸催化体系。

乙烯基酯树脂

乙烯基醇树脂具有优良的力学性能、耐热性、耐腐蚀性以及快速固化的特点，在2000年左右是拉挤制品的首选树脂之一。

热塑性树脂

热塑性复合材料避免了热固性复合材料固有的环境友好性差，加工周期长，难以回收等不足，并且具有较强的柔韧性和抗冲击性能、良好的抗破坏能力和阻尼性能。热塑性复合材料抗化学和环境腐蚀的能力强，固化过程中不发生化学反应，可以进行快速加工。热塑性复合材料可以重复利用且性能不下降。常见的热塑性树脂有聚丙烯、尼龙、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚乙烯、聚酰胺等。

与金属、陶瓷和非增强塑料等传统材料相比，玻璃钢拉挤成型具有多种优势。他们具有独特的定制设计能力，可以满足特定的产品需求。

合并拉挤复合材料的优点包括：

• 制造效率：拉挤成型是一种连续工艺，与替代复合材料制造方法相比具有高产量、更低的成本和更快的交货时间等优势。
• 高强度和刚度重量比：拉挤复合材料坚固且坚硬，但重量轻。碳纤维拉挤成型件比金属和其他材料轻得多。这使得它们非常适合注重减轻重量的应用，例如航空航天、汽车和运输。
• 耐腐蚀性：FRP 复合材料具有很强的耐腐蚀性，非常适合化学加工、船舶、石油和天然气等行业的应用。
• 电气绝缘：玻璃纤维拉挤成型件可以设计为不导电，使其成为需要介电性能的电气应用的理想选择。
• 尺寸稳定性：拉挤复合材料不会随着时间的推移而变形或开裂*。这对于需要精确公差的应用非常重要。
• 定制设计：拉挤成型件可以制造成各种形状和尺寸，包括棒材、管材和梁材，以及更复杂的型材。它们也是高度可定制的。可以对纤维类型、纤维体积、树脂类型以及表面纱和处理等材料和工艺进行设计，以满足特定的性能和应用要求。

使用拉挤复合材料的缺点包括：

• 有限的几何形状：拉挤复合材料仅限于恒定或接近恒定横截面的部件。这是因为纤维增强材料被拉过成型模具的连续制造过程。
• 制造部件成本较高：拉挤成型中使用的模具可能很昂贵。这是因为模具必须由更高质量的材料制成，必须能够承受拉挤工艺的热量和压力，并且按照严格的加工公差进行生产。
• 横向强度低：拉挤复合材料的横向强度低于纵向强度。这意味着它们在垂直于纤维的方向上较弱。然而，这个问题可以通过在拉挤成型工艺中加入多轴织物或纤维来克服。
• 如果拉挤复合材料损坏，则很难修复。整个组件可能需要更换，这可能既昂贵又耗时。

在决定拉挤复合材料是否适合您的应用之前，权衡拉挤复合材料的优点和缺点非常重要。如果您需要一种具有高强度、高刚度重量比、耐腐蚀性和恒定横截面的材料，那么拉挤复合材料是一个不错的选择。但是，如果您需要具有高横向强度或复杂几何形状的复合材料，那么您可能需要考虑其他选择。

如何选择合适的拉挤复合材料

在为您的应用选择拉挤组件或型材时，重要的是要考虑以下因素：

• 机械性能要求：应用的强度、刚度和剪切要求是什么？
• 环境要求：复合材料是否会暴露在恶劣的环境条件下，例如化学品、盐水或极端温度？
• 重量要求：减轻重量对于应用来说重要吗？
• 成本要求：应用程序的预算是多少？

经验丰富的拉挤制造商可以提供设计和配方专业知识，并与您合作开发适合您应用的拉挤复合材料。

拉挤复合材料的应用

拉挤复合材料具有广泛的应用，包括：

• 航空航天：飞机和航天器部件，例如控制面、起落架和结构支撑。
• 汽车：汽车部件，如传动轴、保险杠和悬架部件。
• 基础设施：基础设施加固和组件，如枕木、桥面、混凝土修复和加固、电线杆、电绝缘体和横担。
• 化学加工：化学加工设备，如管道和地板格栅。
• 医疗：支架加强筋和内窥镜解剖杆。
• 船舶：船舶应用，例如桅杆、板条、码头鞭、挡土墙桩、锚销和码头。
• 石油和天然气：石油和天然气应用，例如井口、管道、抽油杆和平台。
• 风能：风力涡轮机叶片组件，例如叶片增强件、翼梁帽和根部加劲肋。
• 体育用品：需要恒定横截面的部件，例如滑雪板、滑雪杆、高尔夫设备、桨杆、射箭部件和帐篷杆

CQFD公司与彼欧公司、现代汽车一同开发的FRTP防撞梁，其主体成型采用原位拉挤工艺，材质为连续玻璃纤维增强PA6

 

与传统金属和塑料相比，拉挤复合材料具有许多优点。如果您是一名设计材料工程师，正在为您的应用寻找高性能复合材料，那么拉挤复合材料是一个不错的选择。

来源：埃万特、中国复合材料工业协会官网

 

原文始发于微信公众号（艾邦高分子）：拉挤复合材料的优点、缺点和目标应用