Пултрузия

Поиск

Мы можем сделать уникальное решение не из каталога для вас

Ищете что-то особенное?

Кабеленесущие системы

Монтажные системы

Водоотводные системы

Пултрузионные профили

Конструкции FRP

Настилы и универсальные панели

Ограждения

FRP крепеж

Кабельные крепления

Клеммные коробки и корпуса

Пултрузия

Пултрузия — это непрерывный производственный процесс, используемый для производства композитных материалов с постоянным поперечным сечением и существенно большой длиной. Термин «пултрузия» происходит от слов «pull» и «extrusion», что отражает уникальную природу этого процесса.
В пултрузии непрерывные волокна протягиваются через ванну со смолой для пропитки, затем через нагретую фильеру, где смола затвердевает, образуя сплошной композитный профиль. Этот процесс позволяет создавать высокопрочные, легкие композитные изделия с постоянным качеством и свойствами.

Процесс пултрузии имеет богатую историю, уходящую корнями в США в начало 1950-х годов. Изобретателем современного процесса пултрузии счтиается калифорниец У. Брандт Голдсуорси (1915-2003), который подал патент на изобретение в 1959 году. Первоначально эта технология в основном использовалась для изготовления деталей, обладающих однонапраленной прочности вдоль направления волокон, к примеру, таких как стержни. Возможность наделения профилей поперечной прочностью впервые появилась в середине 1960-х годов, когда стало возможным включать слои стекломатов/стеклоткани в наружные и внутренние слои пултрузионных профилей. Многонаправленное армирование начало широко использоваться, начиная с 1970-х годов . Эти разработки вывели процесс пултрузии на производственную арену аэрокосмического, оборонного и авиационного бизнеса как относительно недорогой и высокопроизводительный метод производства профилей постоянного поперечного сечения

Историческая справка

5. Превосходные физические свойства: пултрузионные изделия обладают высоким отношением прочности к весу, коррозионной стойкостью, хорошей электроизоляцией и размерной стабильностью

4. Стабильное качество: при минимальном вмешательстве человека пултрузия позволяет добиться однородного качества готовой продукции

1. Длина изделия по индивидуальному заказу:
пултрузия позволяет производить изделия любой длины — от сантиметров до нескольких километров (гибкие стержни, сердечники)

2. Высокое содержание армирующих волокон, что позволяет добиться высокой прочности продукта

3. Высокая производительность: высокая степень автоматизации пултрузии обеспечивает высокую производительность

Преимущества пултрузии

1. Ограничения по форме: пултрузия в первую очередь подходит для производства прямых профилей постоянного поперечного сечения. Изготовление конических или сложных форм является сложной задачей.
2. Тонкостенные детали: Изготовление тонкостенных деталей методом пултрузии может оказаться затруднительным.
3. Сложность процесса: в процессе пултрузии могут возникнуть такие проблемы, образование пустот, образование пузырей, неравномерное отверждение, деформация профилей и т.д.

Несмотря на эти ограничения, пултрузия остается популярным и эффективным методом производства композитных профилей, армированных непрерывным волокном, особенно для применений, требующих длинных прямых компонентов с постоянным поперечным сечением.

Недостатки и ограничения технологии

Процесс пултрузии

1. Подача армирующих волокон: непрерывные армирующие волокна (ровинг или стекломаты) подаются из шпулярников. Стекловолокна подаются через направляющую систему, обеспечивающую правильное выравнивание и формирование для подготовки к этапу пропитки
2. Пропитка смолой: волокна проходят через ванну со смолой, где они тщательно пропитываются связующим материалом.
3. Предварительное формование. Пропитанные смолой волокна направляются через систему предварительного формования (преформер), которая придает им форму, близкую к конечному профилю.

4. Нагрев и отверждение. Предварительно сформированные, пропитанные смолой стекловолокна поступают в нагретую фильеру, где начинается процесс отверждения.
5. Протягивание: система тянущих устройств протягивает отвержденный профиль через фильеру.
6. Резка. Полностью отвержденный пултрузионный профиль разрезается на отрезные диски нужной длины с помощью отрезной пилы.

Процесс пултрузии — это непрерывный метод производства композитных материалов с постоянным поперечным сечением

Обзор этапов процесса

3. Преформер: уплотняет пропитанные смолой армирующие элементы, придавая им необходимую форму.

2. Пропитка смолой: пропитывает волокна термореактивной смолой. Это может быть:

Открытая ванна
Прямоточная ванна
Система впрыска смолы

1. Система подачи армирующих материалов: подает и выравнивает непрерывные волокна или маты.

6. Отрезная пила: разрезает пултрузионный продукт на куски необходимой длины.

5. Система тянущих устройств (пуллеров): вытягивает отвержденный профиль через фильеру. Два распространенных типа:

Гидравлический возвратно-поступательный механизм
Непрерывная система гусеничного типа

4. Температурно-контролируемая фильера. Сердце процесса пултрузии, где композит формируется и отверждается

Ключевые компоненты пултрузионного оборудования

Сочетание этих материалов позволяет создавать пултрузионные изделия с индивидуальными свойствами, соответствующими конкретным требованиям применения.

1. Ровинги:

Стекловолокно
Углеродные волокна
Арамидные волокна

2. Материалы матрицы:

Термореактивные смолы:
Полиэфирные
Винилэфирные эфиры
Эпоксидные смолы
Фенольные смолы

3. Наполнители и добавки (основные):

Карбонат кальция
Тригидрат алюминия (для придания огнезащитных свойств)
Инициаторы (отверждение смолы)
Разделительные составы
Пигменты
Средства для выравнивания поверхности и подавления трещин

Материалы, используемые в пултрузии

Процесс пултрузии зависит от нескольких ключевых компонентов, каждый из которых играет решающую роль в производстве высококачественных композитных профилей. Давайте рассмотрим каждый компонент подробно:

Компоненты процесса пултрузии

Процесс пултрузии начинается в распределительном устройстве для армирования:

Назначение: Подача и выравнивание армирующих волокон.
Операция:

Армирующие материалы (волокна или маты) подаются со шпулярников.
Специальные армирующие материалы, такие как тканые и плетеные стекломаты, вуали и ровинг, можно смешивать и распределять в соответствии с дизайном изделия.
Керамические наконечники на отверстия решеток направляют арматуру, предотвращая запутывание, трение и пушение.

1. Диспенсер для армирования

Пропитка смолой обеспечивает тщательное пропитывание стекловолокна связующим материалом (смолой):
Типы:

2. Пропитка смолой

1. Открытая пропиточная ванна:

Включает в себя емкость для смолы.
Стекловолокно проходит через направляющую гребенку для выравнивания.
Гребенка (или решетка) направляет стекловолокно в смолу.
Плюсы открытой ванны: Хорошая пропитка, простота обслуживания, визуальный контроль.
Минусы: Может быть грязно

2. Проточная ванна:

Смола протекает через желоб для смолы с формовочными картами.
Избыточная смола собирается и возвращается в желоб.
Преимущество: позволяет избежать ненужного изгиба волокон.

3. Система впрыска смолы (инжекция):

Смола впрыскивается в сухую волокнистую заготовку непосредственно перед ее поступлением в матрицу.
Использует стальную камеру, прикрепленную к переднему концу матрицы.
Преимущества: хорошее смачивание волокон, сокращение времени процесса, меньше отходов смолы.

4. Система преформеров:

Преформеры придают форму пропитанным смолой армирующим элементам:
Назначение: Уплотнение и консолидация пропитанных волокон до необходимой формы.

Конструктивные особенности:

Правильный размер щелей и отверстий (для ровинга и матов)
Соответствующие зазоры между формовочными пластинами

Материалы преформеров:

Сталь: менее дорогая, но твердая, коррозионная и трудная в обработке.
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ): более легкий, химически стойкий, щадящий для армирования волокон, простой в изготовлении, но быстрее изнашивается.

Фильера имеет решающее значение для формирования и отверждения композита:
Функция: сжимает пропитанные волокна, удаляет излишки смолы и облегчает отверждение.

Контроль температуры:

Низкая температура на входе для предотвращения преждевременного затвердевания
Постепенный нагрев для правильного отверждения

Методы нагрева:

Электрические плоские нагреватели
Стержневые нагреватели
Циркуляционное масло
В некоторых случаях радиочастотное излучение

Типы:

3. Фильера

1. Цельнолитая фильера:

Обеспечивает получение однородной готовой детали без линий разъема
Дороговизна обслуживания, сложный ремонт из-за плохой доступности

Разъемные полости (части) фильеры:

Легко открывается для чистки и обслуживания.
Требуется тщательное проектирование для управления линиями разъема

Материал:

Обычно сталь с хромированными внутренними поверхностями для увеличения срока службы штампа и улучшения качества поверхности.

Система тянущих устройств протягивает отвержденный профиль через фильеру:
Типы:

4. Система тянущих устройств

Гидравлический возвратно-поступательный механизм:

Два одинаковых узла, которые попеременно захватывают и тянут профиль

Непрерывная система гусеничного типа:

Используется для композитов подходящей формы
Захваты зажимают деталь и протаскивают ее через фильеру

Замечания: Необходимо поддерживать достаточное расстояние (не менее 3 м) между выходом фильеры и тянущим устройством, чтобы обеспечить охлаждение пултрузионного профиля.

Отрезная пила является конечной станцией в процессе пултрузии:
Функция: разрезает непрерывный пултрузионный профиль на куски необходимой длины.

Функции:

Подвижная отрезная пила, синхронизированная с движением тянущих устройств
Использует абразивный или алмазный круг со сплошным ободом.
Можно использовать распыление воды для охлаждения отрезного круга и минимизации пыли.

5. Отрезная пила

1. Встроенный мониторинг:

Постоянный мониторинг параметров процесса, таких как температура, усилие натяжения и расход смолы
Позволяет вносить коррективы в режиме реального времени для поддержания качества

2. Неразрушающий контроль:

Использование таких методов, как ультразвуковой контроль или рентгеновский контроль, для обнаружения внутренних дефектов
Помогает обеспечить структурную целостность, не повреждая продукт

3. Проверки размеров:

Регулярные измерения для обеспечения соответствия профилей указанным размерам
Использование лазерных измерительных систем для высокой точности

4. Проверка качества поверхности:

Визуальный и автоматизированный контроль дефектов поверхности
Обеспечивает эстетическое качество и функциональные характеристики

5. Испытание механических свойств:

Периодические испытания образцов на такие свойства, как прочность на растяжение, модуль упругости при изгибе и ударопрочность.

6. Статистический контроль процесса:

Внедрение статистических методов для мониторинга стабильности и возможностей процесса
Помогает выявлять тенденции и потенциальные проблемы до того, как они повлияют на качество продукции

Тщательно управляя этими параметрами процесса, применяя методы оптимизации и внедряя надежные меры контроля качества, производители могут гарантировать стабильное и эффективное производство высококачественных пултрузионных профилей.

Поддержание постоянного качества продукции имеет важное значение в пултрузии. Ключевые меры контроля качества включают:

Контроль качества

1. Строительство и инфраструктура:

Строительные компоненты
Мосты и пешеходные дорожки
Градирни
Конструктивное усиление

2. Транспорт:

Автомобильные компоненты
Железнодорожный транспорт
Морские применения

3. Электричество и телекоммуникации:

Электроизоляторы
Кабельные лотки и лестницы
Компоненты антенны

4. Аэрокосмическая промышленность:

Компоненты интерьера самолета
Конструктивные элементы

5. Нефть и газ:

Морские платформы
Трубопроводы
Резервуары для хранения

6. Возобновляемая энергия:

Компоненты ветряных турбин
Рамы и опоры солнечных панелей

7. Спорт и отдых:

Спортивные товары
Транспортные средства для отдыха

8. Сельское хозяйство:

Тепличные конструкции
Системы содержания скота

Пултрузия стала универсальным производственным процессом, находящим применение в различных промышленных секторах.

Отрасли промышленности, использующие пултрузию
Пултрузионные изделия приобрели популярность во многих отраслях промышленности благодаря уникальному сочетанию свойств, включая высокое отношение прочности к весу, коррозионную стойкость и гибкость дизайна. Ключевые секторы включают:

Применение пултрузионных изделий

На протяжении этого курса мы подробно изучили процесс производства пултрузии. Давайте повторим основные моменты:

Обзор ключевых моментов

1. Определение и основная концепция:

Пултрузия — это непрерывный производственный процесс получения композитных материалов с постоянным поперечным сечением.
Процесс включает протягивание армирующих волокон через ванну со смолой и нагретую фильеру для формирования прочного композитного профиля.

2. Историческое развитие:

Впервые появившись в 1950-х годах, пултрузия за прошедшие десятилетия значительно эволюционировала.
Отрасль выросла с 20 производителей в 1960-х годах до более 400 по всему миру к 2025 году.

3. Компоненты процесса:

Ключевые компоненты включают в себя систему распределения армирующих волокон, пропиточную ванну для смолы, систему преформеров, терморегулируемую фильеру, систему тянущих устройств, а также отрезную пилу.
Каждый компонент играет решающую роль в обеспечении качества и эффективности процесса.

4. Материалы:

В качестве армирующих материалов используются стеклянные, углеродные, арамидные и другие специальные волокна.
Материалом связующего могут быть термореактивные смолы (полиэфирные, винилэфирные, эпоксидные, фенольные).
Наполнители и добавки используются для улучшения определенных свойств или снижения затрат.

5. Параметры процесса и оптимизация:

К критическим параметрам относятся скорость протягивания профиля, температура фильеры, вязкость смолы и содержание волокон.
Методы оптимизации включают статистическое проектирование экспериментов, численное моделирование и мониторинг процессов в реальном времени.

6. Применения:

Пултрузионные изделия находят применение в различных секторах, включая строительство, транспорт, электроэнергетику и возобновляемую энергетику.
Примерами служат структурные профили и лестничные перила, компоненты ветряных турбин и автомобильные детали.

5. Открытие новых применений:

Пултрузия открыла новые возможности использования композитов в конструкционных целях, особенно в строительстве и инфраструктуре.
Инновации в технологии пултрузии продолжают расширять ее возможности, позволяя обрабатывать более сложные геометрии и сочетания материалов.

6. Дополнение других производственных процессов:

Пултрузию можно комбинировать с другими процессами (например, оплеткой, намоткой) для создания более сложных композитных структур.
Пултрузионные профили могут использоваться в качестве армирующих материалов или основных материалов в других методах производства композитных материалов.

7. Внедрение инноваций в области материалов и процессов:

Уникальные требования пултрузии стимулируют инновации в системах смол, формах волокон и технологиях управления технологическими процессами.
Эти инновации часто имеют сопутствующий эффект, принося пользу всей отрасли производства композитных материалов.

3. Высокоэффективные продукты:

Пултрузия позволяет производить композиты с высоким содержанием волокон и превосходным выравниванием, что обеспечивает превосходные механические свойства.
Процесс позволяет создавать профили с постоянным качеством и свойствами по всей длине.

4. Универсальность в сочетаниях материалов:

Пултрузия может работать с широким спектром типов волокон и систем смол, что позволяет получать материалы с заданными свойствами.
Процесс может включать различные структуры армирования (однонаправленные, многонаправленные, гибридные) для удовлетворения конкретных требований к производительности.

1. Непрерывное производство профилей постоянного поперечного сечения:

Пултрузия отлично подходит для эффективного и стабильного производства длинных прямых композитных профилей.
Заполняет нишу, которую другие процессы, такие как ручное формование или компрессионное формование, не могут легко охватить.

2. Экономически эффективное производство:

Непрерывный характер пултрузии обеспечивает высокую производительность и более низкие затраты на рабочую силу по сравнению со многими другими методами производства композитных материалов.
Это особенно экономически эффективно при крупносерийном производстве стандартных профилей.

Пултрузия играет важную и растущую роль в сфере производства композитных материалов:

Роль пултрузии в производстве композитных материалов

В заключение следует сказать, что пултрузия является важнейшей технологией в сфере производства композитных материалов. Ее способность эффективно производить высококачественные, однородные профили делает ее незаменимой для многих применений. По мере того, как отрасль продолжает развиваться, пултрузия, вероятно, будет играть еще более значимую роль, обусловленную технологическими достижениями, требованиями рынка и стремлением к более устойчивым методам производства. Будущее пултрузии выглядит многообещающим, а продолжающиеся инновации обещают еще больше расширить ее возможности и области применения.