拉挤成型原理及其制造工艺_图文
碳纤维拉挤成型工艺
碳纤维拉挤成型工艺引言：碳纤维材料以其轻质高强的特性，在航空航天、汽车制造、体育器材等领域得到广泛应用。
而碳纤维拉挤成型工艺作为一种重要的碳纤维制备技术，具有高效、灵活、经济的优势。
本文将详细介绍碳纤维拉挤成型工艺的原理、步骤以及应用前景。
一、碳纤维拉挤成型工艺的原理碳纤维拉挤成型工艺是利用拉伸过程中的热流和剪应力对碳纤维进行塑性变形，使其形成连续的纤维预制件。
具体而言，碳纤维束经过预处理后，通过拉伸机构进行拉伸，同时通过加热机构提供热源，使碳纤维在拉伸的同时发生塑性变形，最终形成拉挤后的碳纤维材料。
二、碳纤维拉挤成型工艺的步骤1. 碳纤维预处理：碳纤维束经过脱脂、干燥等处理，去除其中的杂质和水分，以提高成型后的质量。
2. 模具准备：根据产品的形状和尺寸要求，制作相应的拉挤模具，确保成型后的产品符合设计要求。
3. 碳纤维拉伸：将经过预处理的碳纤维束通过拉伸机构进行拉伸。
拉伸过程中，碳纤维受到热流和剪应力的作用，发生塑性变形，形成连续的纤维预制件。
4. 热源加热：为了促进碳纤维的塑性变形，需要通过加热机构对拉伸过程中的碳纤维进行加热。
加热温度和时间需要根据具体的碳纤维材料和产品要求进行控制。
5. 模具成型：将拉挤后的碳纤维预制件放入模具中，通过压力和温度控制，使其形成最终的碳纤维拉挤产品。
三、碳纤维拉挤成型工艺的应用前景1. 航空航天领域：碳纤维拉挤成型工艺可以制备出轻质高强的航空航天结构件，用于飞机、导弹等载具，可以大幅度降低重量，提高载荷能力。
2. 汽车制造领域：碳纤维拉挤成型工艺可以用于制造汽车车身、底盘等部件，提高车辆的安全性和燃油经济性。
3. 体育器材领域：碳纤维拉挤成型工艺可以用于制造高强度、轻量化的体育器材，如高尔夫球杆、网球拍等，提高运动员的竞技水平。
4. 建筑领域：碳纤维拉挤成型工艺可以制备出耐久、抗震的建筑结构材料，如桥梁、楼板等，提高建筑物的安全性和使用寿命。
5. 医疗领域：碳纤维拉挤成型工艺可以制备出人工骨骼、关节等医用器械，具有良好的生物相容性和力学性能，可以改善患者的生活质量。
拉挤成型工艺培训教材ppt课件
⑤制品质量稳定，重复性好，长度可任意切断。
拉挤成型工艺的缺点
拉挤成型工艺的缺点是产品形状单调，只能生产 线形型材，而且横向强度不高。
8、2 拉挤工艺用原材料
①树脂基体 不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂、
热固性甲基丙烯酸树脂、改性酚醛树脂、阻燃性 树脂等。
热塑性树脂
不饱和聚酯树脂
②增强材料
拉挤成型的优点
①生产过程完全实现自动化控制，生产效率高； ②拉挤成型制品中纤维含量可高达80%，浸胶在张
力下进行，能充分发挥增强材料的作用，产品强 度高；
拉挤成型的优点
③制品纵、横向强度可任意调整，可以满足不同 力学性能制品的使用要求；
④生产过程中无边角废料，产品不需后加工，故 较其它工艺省工，省原料，省能耗；
第八章 拉挤成型工艺
玻 璃 钢 型 材
8、1 拉挤成型工艺概述
拉挤成型工艺是将浸渍树脂胶液的连续玻璃 纤维束、带或布等，在牵引力的作用下，通过挤 压模具成型、固化，连续不断地生产长度不限的 玻璃钢型材。
8、1 拉挤成型工艺概述
这种工艺最适于生产各种断面形状的玻璃钢 型材，如棒、管、实体型材（工字形、槽形、 方形型材）和空腹型材（门窗型材、叶片等）等。
拉挤成型示意图
拉挤成型工艺参数 1、固化温度和时间
固化体系
拉挤成型工艺参数
2、浸胶时间
浸透
拉挤成型工艺参数 3、张力及牵引力
热塑性树脂拉挤工艺流程
8、4 拉挤成型设备
立式 卧式
卧式机组
液压式拉挤设备 （右图） → Hydraulic Pultrusion Machine
拉挤成型原理与其制造工艺57页PPT
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6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
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7、心急吃不了热汤圆。
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8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
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9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
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10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
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（2)树脂浸渍：
是将排布整齐的增强纤维均匀浸渍上已配制 好的不饱和树脂的过程，一般是采用将纤维 通过装有树脂胶槽时进行的。一般分为:
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(1）送纱装置
作用 将无捻粗纱从安装在纱架上的纱筒中引出， 通过导纱装置进入浸胶槽浸胶。
最简单的送纱装置是纱架。 纱架结构及大小取决于产品规格及所用纱团的
数量。纱架结构根据需要可制成整体式或组合 式。纱筒在纱架上可以纵向或横向安装. 需要精确导向时,通常使用孔板导纱器或塑料管 导纱器.
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(2） 浸胶装置
浸胶装置一般包括导向辊、树脂槽、压辊、分纱栅 板、挤胶辊等。由纱架引出的玻璃纤维粗纱，在浸胶 槽中浸渍树脂，并通过挤胶辊的加紧来控制树脂含量。 胶槽长度根据浸胶时间长短和玻璃纤维运行速度而定。 胶槽中的胶液应连续不断地循环更新，以防止因胶液 中溶剂挥发造成树脂粘度加大，胶槽一般采用夹层结 构，通过调控夹套中的水温来保持胶液的温度。挤胶 辊的作用是使树脂进一步浸渍增强材料，同时起到控 制含胶量和排气的作用。分栅板的作用是将浸渍树脂 后的玻璃纤维无捻粗纱分开。确保按设计的要求合理 分布，
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(4）固化炉
在拉挤成型中，处于一定固化度的玻璃钢型材拉出 模具后，再进入固化环境以保证制品充分固化所需 的装置。固化炉温度要严格控制并与牵引速度相适 应。固化炉的结构取决于制品形状及几何尺寸。
拉挤成型工艺
拉挤成型工艺
拉挤成型工艺是指将目标材料拉伸并利用外力，在一定温度下让其外形、截面等特性发生变化，从而达到不同功能需求的一种成形工艺。
一、拉挤成型工艺的概述
1. 介绍
拉挤成型是针对金属、塑料等可加工的材料，利用机械加工手段，使材料在一定温度下拉伸、压缩，在外形、截面、特性上发生变化，改变材料原来的形状而达到指定目的的金属加工工艺。
2. 工艺特点
拉挤成型工艺是金属外形调整中最重要也是最基础的成形工艺之一，它具有生产效率高、工序简便、节约成本、表面状态好、后期处理少等优点，几乎可以覆盖金属外形调整的所有领域。
二、拉挤成型工艺的分类
1. 拉伸成型
拉伸成型工艺的原理是，将材料在固定的拉伸缸内，以所需要的温度和拉伸力拉伸，使其形状发生变化而达到指定成型目的。
2. 压缩成型
压缩成型工艺是一种以压力为所施加的外力，利用模具内挤压力在一定温度下，使硬物料的外形、截面或其它性能得到变化的一种工艺。
三、拉挤成型工艺的应用
1. 电子行业
在电子行业，拉挤成型工艺广泛应用于电线电缆的加工制作中，可以实现电缆以及其他电子元器件的制作、变径和改型。
2. 机械行业
拉挤成型是机械加工领域中金属零件的基本工艺，可以实现连杆、轴、活塞等机械零件的主体构建。
3. 其他行业
此外，除了电子行业和机械行业，拉挤成型工艺还可以应用于能源行业，如用于油钻管、制作锅炉、制作液压缸等；交通运输行业，可以制作法兰、轴箱、制作汽车、摩托车等等。
8- 拉挤成型工艺ppt课件
②成型模具：
成型模
一般采用钢镀铬，模腔表面要求光洁，耐磨， 借以减少拉挤成型的摩擦阻力和提 高模具的使用寿命。
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4、固化炉
电阻或远红外加热
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5、牵引装置
履带式牵引机 液压机械式
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6、切割装置
砂轮 其它刀具
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8、6 应用
建筑领域 运输领域 电工领域 运动娱乐领域 航空航天领域
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拉挤成型的优点
①生产过程完全实现自动化控制，生产效率高； ②拉挤成型制品中纤维含量可高达80%，浸胶在张
力下进行，能充分发挥增强材料的作用，产品强 度高；
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拉挤成型的优点
③制品纵、横向强度可任意调整，可以满足不同 力学性能制品的使用要求；
④生产过程中无边角废料，产品不需后加工，故 较其它工艺省工，成型工艺
拉挤成型示意图
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拉挤成型工艺参数 1、固化温度和时间
固化体系
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拉挤成型工艺参数
2、浸胶时间
浸透
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拉挤成型工艺参数 3、张力及牵引力
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热塑性树脂拉挤工艺流程
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8、4 拉挤成型设备
立式 卧式
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①预成型模具：
在拉挤成型过程中，增强材料浸渍树脂后 在进入成型模具前，必须经过由一组导纱元件组 成的预成型模具。
预成型模的作用是将浸胶后的增强材料， 按照型材断面配置形式，逐步形成近似成型模控 形状和尺寸的预成型体，然后进入成型模，这样 可以保证制品断面含纱量均匀。
拉挤工艺过程
拉挤工艺过程拉挤工艺呀，这可是个很有意思的玩意儿呢！你看啊，就好像是在打造一件独一无二的艺术品。
想象一下，把各种原材料准备好，就像厨师准备食材一样。
这些原材料包括树脂啦、纤维啦等等。
然后呢，它们就会被送进一个特别的“魔法通道”。
在这个通道里呀，树脂和纤维就开始奇妙地结合啦！它们相互交融，就如同舞者在舞台上默契地舞动。
纤维被树脂紧紧地包裹住，逐渐形成了一个连续的形状。
接着呢，这个连续的形状会被慢慢地拉出来，就好像是从一个神秘的宝库里往外拽宝贝一样。
这一拉呀，可不能马虎，得稳稳当当的，不然可就前功尽弃啦。
拉出来之后，还得让它好好地“休息”一下，固化成型。
这就好比运动员比赛完了要好好放松恢复体力一样。
在固化的过程中，它会变得越来越坚固，越来越有型。
你说这拉挤工艺神奇不神奇？它能制造出各种各样的形状和产品呢！从细细的杆件到大大的板材，啥都能做。
而且啊，它还有很多优点呢！比如说效率高，就像一阵旋风，快速地就把东西给做好啦。
还有质量好呀，做出来的东西那叫一个结实，就跟钢铁侠的盔甲似的。
再看看我们生活中的好多东西，说不定就有拉挤工艺的功劳呢！那些漂亮的栏杆，坚固的桥架，说不定就是通过拉挤工艺诞生的哟。
这拉挤工艺可不简单呀，它需要很多技术和经验的支持呢。
就像是一个武林高手，得经过多年的修炼才能练成绝世武功。
从原材料的选择到工艺参数的控制，每一个环节都不能马虎。
要是哪个环节出了问题，那可就糟糕啦，就像做蛋糕的时候材料放错了，蛋糕可就不好吃啦。
所以呀，从事拉挤工艺的人都得特别细心、特别专业。
你想想，要是没有拉挤工艺，我们的生活得少了多少有趣又实用的东西呀！它真的是为我们的生活增添了不少色彩呢。
总之呢，拉挤工艺就是这么一个神奇又重要的工艺过程，它默默地为我们的生活贡献着力量，让我们的世界变得更加美好，更加丰富多彩！你说它棒不棒呀！。
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48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
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（3）张力及牵引力
张力是指拉挤过程中玻璃纤维粗纱张紧的力。可使 浸胶后的玻璃纤维粗纱不松散。其大小与胶槽中的 调胶辊到模具的入口之间距离有关，也与拉挤制品 的形状、树脂含量要求有关。一般情况下，要根据 具体制品的几何形状、尺寸，通过实验确定。
牵引力的变化反映了产品在模具中的反应状态，它 与许多因素，如:纤维含量、制品的几何形状与尺 寸、脱模剂、模具的温度、拉挤速度等有关系。
模腔温度
用于拉挤的树脂体系对温度都很敏感，模腔温度的控 制应十分严格。温度低，树脂不能固化 ；温度过高 ，坯料一入模就固化，使成型、牵引困难，严重时会 产
生废品甚至损坏 设备。模腔分 布温度应两端高， 中间低。
模温控制
一般把模具人为地分为三段，即加热区、胶凝和 固化区。在模具上使用三组加热板来加热，并严 格控制温度。树脂在加热过程中，温度逐渐升高 ，粘度降低。通过加热区后，树脂体系开始胶凝 、固化，这时产品与模具界面处的粘滞阻力增加 ，壁面上零速度的边界条件被打破，基本固化的 型材以均匀的速度在模具表面摩擦运动，在离开 模具后基本固化,型材在烘道中受热继续固化，以 保证进入牵引机时有足够的固化度。
预热的效果
预热的效果还表现在使浸胶的纤维束内外温度梯度 减小。因为在进入模具后，由于树脂和纤维的导热系数 都很小,由模具传递给产品的热量从产品表面到产品中 心部分温度呈梯状分布，产品中心线的温度低于产品表 面的温度。如果提高拉挤速度，那么制品中心线和表面 之间的温度和固化度的滞后量都会增加。滞后量又会相 反地随着中心固化放热的增加而减小，最后制品的中心 温度高于表面温度，造成热应力对制品性能产生影响。 要想实现产品内外均匀固化，减少热应力，树脂应该预 热。
模具的温度根据固化工艺过程进行设计。主要根据 树脂在固化中的放热曲线及物料与模具的摩擦性能 。
一般将模具分成三个不同的加热区：预热区、凝胶 区和固化区，以控制固化速度。
模塑及固化是拉挤成型工艺中最关键的部分，典型 模具的长度范围在500～1500mm之间。模具出口与 牵引机械之间要有一定的距离。一般采用风冷的方 式冷却型材。
（4）牵引速度
牵引速度是平衡固化程度 和生产速度的参数。在保证 固化度的前提下应尽可能提 高牵引速度。
工艺控制实际是控制制品的固化条件 ，是十分重要的。
纱团数量
根据加工制品的结构以及要求的性能，确定 所用纱团的数量和增强材料的品种以及排布 方式。一般的玻璃钢制品的玻璃纤维和织物 的含量在40%-60%，采用合理的增强材料的含 量和分布对于成型工艺和制品性能是十分重 要的，要根据拉挤成型的制品要求和工艺条 件来确定。
6.6.1 拉挤成型工艺流程
玻璃纤维粗纱排布—→浸胶—→预成型—→ 拉挤模塑及固化—→牵引—→切割—→—制 品→包装
主要成型工序
（1）排纱 排纱是将安装在纱架上的增强材料从纱筒上引出并
均匀整齐排布的过程。 排纱系统包括如纱架、毡铺展装置、缠绕机或编织
机等。 增强材料输送排纱时，为了排纱平整，一般采用旋
模具温度控制
加热区温度可以较低，胶凝区与固化区温 度相似。温度分布应使固化放热峰出现在模 具中部靠后，胶凝固化分界点应控制在模具 中部。一般三段温差控制在10-20℃左右， 温度梯度不宜过大。温度的设定与配方、牵 引速度、模具的尺寸、形式有密切的关系。
模腔压力
模腔压力是由于树脂粘性，制品与模腔 壁间的摩擦力，材料受热产生的体积膨胀 ，以及部分材料受热气化产生的。因此， 模腔压力使制品在模腔内行为的一个综合 反映参数。一般模腔压力在 1.7~8.6MPa之间。
(2） 浸胶装置
浸胶装置一般包括导向辊、树脂槽、压辊、分纱栅 板、挤胶辊等。由纱架引出的玻璃纤维粗纱，在浸胶 槽中浸渍树脂，并通过挤胶辊的加紧来控制树脂含量 。胶槽长度根据浸胶时间长短和玻璃纤维运行速度而 定。胶槽中的胶液应连续不断地循环更新，以防止因 胶液中溶剂挥发造成树脂粘度加大，胶槽一般采用夹 层结构，通过调控夹套中的水温来保持胶液的温度。 挤胶辊的作用是使树脂进一步浸渍增强材料，同时起 到控制含胶量和排气的作用。分栅板的作用是将浸渍 树脂后的玻璃纤维无捻粗纱分开。确保按设计的要求 合理分布，
典型拉挤用不饱和聚酯树脂配方 (生产配方)
树脂196 填料 （轻质碳酸钙） 脱模剂（硬脂酸锌） 固化剂 （过氧化物） 低收缩剂 （PVC树脂） 颜料
100份 5-15份 3～5份 1- 3份 5-15份 0.1-1份
拉挤成型的环氧树脂配方
基本配方： 环氧树脂 E-55 脱模剂（硬脂酸锌） 固化剂 （590#） 增韧剂 稀释剂
(5)牵引切割：
牵引装置可以是一个履带型牵引机，它将 固化型材从模具中拉出来，它一般应具有 10t以上的拉力。也可以用液压拉拔机。
6.6.2 拉挤成型设备
①增强材料架； ②预成型导向装置； ③树脂浸渍装置； ④带加热控制的金属模具； ⑤固化炉 ⑥牵引设备； ⑦切割设备。
（6）切割装置
切割是在连续生产过程中进行的。当制品长度达 到要求时，制品端部到达控制长度的位置（一般 采用红外线控制器），控制器接通切割电机电路 ，切割装置便开始工作。首先是装有橡皮垫的夹 具，将制品抱紧，然后用合金刀具进行切割。切 割过程由两种运动完成，即纵向运动和横向运动 。纵向运动是切割装置跟随制品同步向前移动。 横向运动是切割刀具的进给运动。切割过程中， 刀具的磨耗非常严重。
牵引力的制约因素较多，如:它与模具温度关系很大，并 受到纤维含量、制品的几何形状与尺寸、胶液配方和拉 挤速度的控制。
6.6.6 树脂预热与制品后固化
树脂进入模具前进行预热对工艺是非常 有利。一方面预热使树脂温度提高，粘度 下降，增加了纤维的浸润效果，另一方面 可以降低树脂固化反应温度，使产品表面 优良。并且为提高牵引速度创造了条件。 在许多树脂体系中，如环氧树脂等都需要 预热。
在预成型模中，材料被逐渐地成型到所要求的形状 ，使增强材料在制品断面的分布符合设计要求。
2)成型模具
成型模具一般为钢模，成型的内表面应加工的十分光 滑并镀铬以降低表面摩擦力，降低牵引力，延长模具 使用寿命，使制品易脱模。
模具长度由固化时间和牵引速度来决定. 芯模尾部大约200～300mm处应加工成 1/200～
转芯轴，纤维从纱筒外壁引出的，这样可避免扭转 现象。如采用纤维从纱筒内壁引出的，纱筒固定会 使纱发生扭曲不利于玻璃纤维的整齐排布。
（2)树脂浸渍：
是将排布整齐的增强纤维均匀浸渍上已配制 好的不饱和树脂的过程，一般是采用将纤维 通过装有树脂胶槽时进行的。一般分为:
直槽浸渍法, 滚筒浸渍法， 其中以直槽浸渍法最为常用。在整个浸渍过
100份 3～5份 15～20份 10～15份 适量
（2）增强材料
拉挤成型所用的增强材料绝大部分 是玻璃纤维，其次是聚酯纤维。碳纤 维等高强度纤维 主要用于宇航、体 育器材等。玻璃纤维中，用得最多的 是无捻粗纱。所用玻纤都采用增强型 浸润剂。
6.6.4 拉挤工艺控制
拉挤成型工艺条件的控制对稳定生产 和制品的质量都有很大的影响，控制 工艺条件主要包括浸胶时间、树脂温 度、模腔温度、模腔压力、固化速度 、固化程度、牵引张力及速度、纱团 数量等。
(3）预成型模和成型模
1)预成型模 作用是将浸透了树脂的增强材料进 一步均匀并除去多余的树脂和排除气泡，使其形状 逐渐形成成型模的进口形状。
如拉挤成型管材时，一般使用圆环状预成型模；制 造空心型材时，通常使用带有芯模的预成型模；生 产异型材时，大都使用形状与型材截面形状接近的 金属预成型模具。
(4）固化炉
在拉挤成型中，处于一定固化度的玻璃钢型材拉出 模具后，再进入固化环境以保证制品充分固化所需 的装置。固化炉温度要严格控制并与牵引速度相适 应。固化炉的结构取决于制品形状及几何尺寸。
设计时除考虑固化炉结构、加热方式外，还要便于 拉挤操作。根据工艺要求，炉中温度分段控制，炉 体适当保温，并设有观察孔、控温装置和排风装置 的安装固定部位等。固化炉的加热方法通常有电阻 加热或远红外加热。
(1）送纱装置
作用 将无捻粗纱从安装在纱架上的纱筒中引出 ，通过导纱装置进入浸胶槽浸胶。
最简单的送纱装置是纱架。 纱架结构及大小取决于产品规格及所用纱团的
数量。纱架结构根据需要可制成整体式或组合 式。纱筒在纱架上可以纵向或横向安装. 需要精确导向时,通常使用孔板导纱器或塑料管 导纱器.
1/300mm的锥度，以减少脱模时的阻力 成型模具按结构形式可分为：
整体成型模 组合式成型模两类
整体成型模其成型模孔是由整体钢材加工而成，一 般适于棒材和管材，模外有加热装置。热成型模前 端装有循环水冷却系统，其目的是形成低温的预成 型区，避免树脂过早固化，影响下步成型。
整 体 成 型 模
6.6.5 拉挤工艺变量的关系
温度、牵引速度、牵引力三个重要工艺参数中，温度是 由树脂系统的特性来确定的，是拉挤工艺中应当解决的 首要因素。通过树脂固化体系的DSC曲线的峰值和有关条 件，确定模具加热的各段温度值。
拉挤速度确定的原则是确定模内温度下的胶凝时间，保 证制品在模具中部胶凝、固化，出模具时具有一定的固 化程度。
6.6.3 拉挤工艺用原料
（1）树脂 拉挤成型工艺使用的树脂主要有不饱和聚酯树脂
、环氧树脂、乙烯基树脂等。其中不饱和聚酯树 脂应用最多，技术上也最成熟，大约占总量的 90%。一般来讲，用于模塑料的不饱和聚酯树脂 都可用于拉挤成型制品。国外已生产出拉挤制品 专用的不饱和聚酯树脂. 为获不同性能，改性酚醛树脂、多种热塑性树脂 也已应用。
（5）牵引ห้องสมุดไป่ตู้置
牵引设备是将固化的型材从成型模具拉出的装 置，它要根据拉挤制品种类来选择牵引力的大 小和夹紧方式。牵引机分为液压机械式和履带 式两种。牵引力一般为5O～10OkN。 牵引速 度通常采用无级调速，可以根据制品加工工艺 要求而定，通常为0.l～3m/min，若采用快速 固化配方，牵引速度可大幅度提高。