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1、 摘 要玻璃钢/复合材料工业在国际上的开发已有近60年的历史，它具有不可替代的优越性。在我国，玻璃钢/复合材料广泛应用在建筑、石化、冶金、机电及造船等行业。拉挤成型工艺作为玻璃钢的一种重要的生产制造工艺，它的技术也日臻完善。根据我们的设计任务，很有必要对玻璃钢拉挤成型机进行总体方案设计。本次论文的内容主要包括玻璃钢管原材料和成型工艺的选择，玻璃钢拉挤成型机的工作原理，机械设备组成结构，以及机械执行系统、传动系统、控制系统和辅助系统的设计。关键词：玻璃钢/复合材料 玻璃钢拉挤成型机 总体方案Glass Fibre Reinforced Plastic Pultrusion Molding Mac
2、hine Abstract: The development of the glass fibre reinforced plastic / composite industry in the world has already had a history of nearly 60 years, it has irreplaceable superiority. In our country, the glass fibre reinforced plastic / composite is extensively applied to trades such as the building,
3、 petrochemical industry, metallurgy, electromechanics and shipbuilding,etc. Pultrusion molding craft , as a kind of important production manufacturing process of the glass fibre reinforced plastic, its technology is becoming better and approaching perfection day by day . According to our design task
4、, it is very necessary to carry on overall conceptual design of the FRP Pultrusion Molding Machine. The content of this thesis mainly includes choosing raw materials of glass steel tube and the shaping craft, the glass fibre reinforced plastic draws the operation principle of the FRP Pultrusion Mold
5、ing Machine, the mechanical equipment makes up the structure, and mechanical executive system, the designs of the transmission, control system and accessory system. Keyword: Glass fibre reinforced plastic / composite FRP Pultrusion Molding Machine Overall scheme 目 录第一章 前 言21.1 玻璃钢及复合材料发展概况21.2 玻璃钢的物
6、理性能2第二章 设计原理42.1 玻璃钢管原材料和成型工艺的选择42.1.1玻璃钢成型工艺的选择和设计42.1.2 原材料的选择和配置82.2无捻粗纱用量及各部分加热功率的计算122.2.1 无捻粗纱用量计算122.2.2一次加热（预成型加热）142.2.3二次加热（成型预热）152.3.4三次加热（成型加热）162.2.5四次加热（后固化加热）17第三章 设计内容183.1 执行系统的方案设计183.1.1 成型部方案设计183.1.2牵引部的方案设计233.2 原动机的选择243.3 传动系统的方案设计243.4 控制系统方案设计253.4.1温度控制系统253.4.2传动控制系统253.
7、4.3辅助控制系统253.5 辅助系统的方案设计253.5.1纱架的设计263.5.2冷却装置的设计263.5.3切割装置的设计273.5.4机架的设计27第四章 结束语29参考文献30致 谢31第一章 前 言1.1 玻璃钢及复合材料发展概况 玻璃钢/复合材料FRP（Fiberglass-Reinforced Plastics ）学名叫玻璃纤维增强塑料，它是以玻璃纤维及其制品（玻璃布、带、毡、纱等）作为增强材料，以合成树脂作为基体材料的一种复合材料。它具有轻质高强、耐腐蚀性能好、电性能好、热性能良好、可设计性好、工艺性能优良等特点，既能承受拉应力，又可承受弯曲、压缩和剪切应力。由于其强度相当于
8、钢材，有含有玻璃成分，也具有像玻璃那样的色泽、形体、耐腐蚀、电绝缘等性能，从而历史上形成了这个通俗易懂的名称“玻璃钢”。 相比于传统材料，复合材料具有一系列不可替代的特性，自第二次世界大战以来发展很快。尽管产量小（据法国Vetrotex公司统计，全球复合材料产量达700万吨），但复合材料的水平已是衡量一个国家或地区科技、经济水平的标志之一。美、日、西欧水平较高。北美、欧洲的产量分别占全球产量的33%和32%以中国（含台湾省）、日本为主的亚洲占30%。中国大陆2003年玻璃纤维增强塑料逾100万吨，已居世界第二位。1.2 玻璃钢的物理性能玻璃钢具有较好的物理性能，以FW(纤维缠绕法）制造的玻纤环
9、氧树脂（环氧玻璃钢)的产品为例，将其与钢比较，如表1-1所示。表 1-1 GF/EPR与钢的性能比较物理性能GF/EPR（玻纤含量80wt%）AISI11008冷轧钢相对密度2.087.86拉伸强度551.6Mpa331.0Mpa拉伸模量27.58Mpa206.7Mpa伸长率1.6%37.0%弯曲强度689.5Mpa弯曲模量34.48Gpa压缩强度310.3Mpa331.0Mpa悬臂梁冲击强度2385J/m燃烧性(UL-94)V-0比热容535J/Kg.K233J/Kg.K膨胀系数热变形温度204(1.82Mpa)热导率1.85W/m.k介电强度吸水率0.5%(24h) 几种常用材料与复合材料
10、的物理性能如表1-2所示。表1-2 几种常用材料与复合材料的物理性能材料名称密度g/cm3拉伸强度104MPa 弹性模量106MPa 比强度106cm 比模量109cm 钢 7.810.10 20.59 0.13 0.27 铝2.84.617.350.170.26钛4.59.4111.80.210.25玻璃钢210.403.920.530.21碳纤维/环氧树脂 1.4514.7113.730.21碳纤维/环氧树脂 1.6104923.541.5芳纶纤维/环氧树脂 1.413.737.850.57硼纤维/环氧树脂2.113.5320.591.0硼纤维/铝2.659.8119.610.75第二章
11、设计原理2.1 玻璃钢管原材料和成型工艺的选择玻璃钢是由玻璃纤维和树脂基体复合而成的。玻璃纤维用作增强材料，它具有较高的拉伸强度和弹性模量。玻璃钢产品设计通常包括三大部分，即性能(功能）、结构(强度和刚度）和工艺设计。性能设计要充分考虑产品的使用条件，设计出具有与所要求性能相符合的玻璃钢产品外形尺寸。结构设计是根据所承受的载荷和使用环境，设计出不使材料产生破坏及有害变形的结构尺寸，确保安全可靠。工艺设计是要尽可能使成型方便，成本低廉。如果我们在玻璃钢产品设计时，仅仅考虑如何满足性能要求，而对原材料和成型制造等工艺问题重视不够，则会使组织批量生产时发生困难。随着新技术、新工艺和新材料的出现，更突
12、出了在产品设计的初始阶段考虑工艺的必要。2.1.1玻璃钢成型工艺的选择和设计 玻璃钢制品由树脂、增强材料和多种辅助成分合理组合而成，制造工艺种类繁多，最有代表意义的有手糊成型（hand lap up)、树脂传递成型（RTM）及真空辅助树脂传递成型（VARTM-vacuum assisted resin transfer molding ）、纤维缠绕（FW）、反应注射成型(Reaction Injection Molding-RIM)及结构反应注射成型（SRIM-Structural Reaction Injection Molding）、拉挤成型 （Pultrusion）、真空袋法法成型（Va
13、cuum bag process）、树脂膜熔浸成型（RFI-Resin Film Infusion）、预浸料（高压釜）成型、低温固化预浸料成型以及SCRIMP（Seeman Composite Infusion Molding Process西曼复合材料公司树脂渗透成型法）,RIFT（Resin Infusion umder Flexibe Tooling柔性模具树脂渗透法） ,VARTM（Vscuum Assisted Transfer Molding真空辅助树脂传递成型）,这三种工艺原理相似。近年来手糊成型的比例有所下降，重点在开发研究SMC、拉挤、RTM及高技术应用的带自动铺放等工艺，并
14、相应的开展原材料、模具和工艺等的研究。着重提高功效，改进表面质量，并采用组合工艺，如SMC的一个分支ZMC，就是将注射和模压相结合，还对注射和拉挤相结合的工艺也进行了研究，主要目的是为了提高劳动生产率。RTM一类的传递模塑将向装备大型化发展。我们选择的是拉挤成型工艺。主要是采用玻璃纤维无捻粗纱（使用前预先放置在纱架上），它提供纵向（沿生产线方向）增强。其它类型的增强材料有连续原丝毡、织物等。它们补充横向增强，表面毡则用于提高成品表面质量。树脂中可加入填料，改进型材性能（如阻燃），并可降低成本。玻璃钢拉挤成型工艺开始于上世纪五十年代，以后一度徘徊，这些年发展很快。这一类产品，在美国市场上约占玻璃钢总产量的6%，1989年的数量约6.8万吨，以后每年增长11%。在日本，最近三年这类产品的产量有起伏，每年平均约增长6%。近年来拉挤产品除日常的管、棒即各种型材外，已在研究从大型拉挤机中拉制出公共汽车的弯板及铁路用容器。这种铁路专用贮罐，是在大型拉挤模具（长16m，宽2.58m）中专门拉挤出贮罐的零件，然后用粘结剂拼装并机械加固，安装成铁路专用贮罐。于此同时，对拉挤工艺进行比较深入
