【PU】聚氨酯拉挤工艺介绍及常见的制品和应用
2022-07-09 08:54:58
拉挤工艺是一种连续生产复合材料型材的方法，它是将纱架上的无捻玻璃纤维粗纱和其他连续增强材料，例如聚脂表面毡等，进行树脂浸渍，然后通过保持一定截面形状的成型模具，并使其在模内固化成型后连续出模，由此形成拉挤制品的一种自动化生产工艺。
利用拉挤工艺生产的制品拉伸强度高于常见的钢和铝等金属材料，而材质本身又具有良好的耐腐蚀性能，广泛应用于基础设施、新能源、交通工具、电工电气、化工、海洋、船艇及众多其他工业和民用领域。
拉挤成型工艺流程
拉挤成型工艺如下图所以，可以分为玻璃纤维粗纱排布 -- 浸胶 -- 预成型 -- 挤压固化 -- 牵引 -- 切割 -- 几个阶段。
拉挤成型复合材料可以采用多种树脂基体，近几年来，由于聚氨酯树脂的诸多优势，市场份额迅速上升。玻纤增强聚氨酯拉挤复合材料的主要优势体现在以下几个方面：
1) 纤维含量高，重量含量可轻松达到80%以上。纤维结构简单，型材性能优越，减少甚至省去了了纤维毡或布的使用，大大简化了生产，提高了效率。
2) 可生产复杂截面、薄壁的型材而不开裂。
3) 型材表面光滑，材料性能品质稳定可靠。
4) 闭模生产工艺：密闭回路混料、浸润。树脂的配比、输送、混合以及浸透产品在密闭的管路中进行，不与环境接触，既避免了环境中粉尘、湿气等对产品的影响。
5) 清洁环保生产：聚氨酯树脂中不含苯乙烯，生产场所没有刺激性气味，最大限度地减少了对环境和工人健康的影响。
6) 全自动化生产。原料配比、混合、输送、纤维浸透、牵引、型材固化成型、切割等所有工序均由自动控制的设备完成，保证产品质量的一致性。
玻纤增强聚氨酯型材典型力学性能
聚氨酯拉挤成型制品包括各种杆棒、平板、空心管及型材，在市场上有广泛应用。
1. 门窗型材 （Baydur® 体系）
· 高隔热性：聚氨酯拉挤复合型材和实木、PVC一样，拥有很低的导热系数，室温下为0.34 W/m•K，只有铝合金的约1/700，是优良的绝热材料。
· 低热膨胀：聚氨酯拉挤复合型材的线性热膨胀系数约为7×10-6/K，远低于铝合金，与墙体的线性热膨胀系数相近；因此，在温度变化时，聚氨酯拉挤复合型材的框体不会与墙体产生缝隙，密封性良好，同时保证了整窗在温差较大的环境下的隔热性。
· 耐腐蚀：聚氨酯拉挤复合型材型材对大部分酸、碱、盐、有机物，以及海水、潮湿空气都有很强的抗蚀力；而且不锈不朽，耐腐蚀性能优于其他材质门窗型材。尤其适用于沿海、有腐蚀性的以及一般潮湿场所。
2. 风电叶片主梁 （Baydur® 体系）
采用拉挤片材制作叶片大梁，其主要优势体现在以下几个方面：
· 力学性能
· 与真空灌注工艺相比，拉挤更具备工业化生产的优势
· 高玻纤含量
· 纤维在复合材料中的排布更加均匀
· 减少生产过程中的风险因素
· 拉挤片材在入模之前可以预先检验，尽量较少缺陷
· 拉挤工艺过程可以尽量降低人为因素的影响和干扰
· 缩短占模时间 
3. 电缆桥架 （Baydur® 体系）
· 历史上较多采用不饱和聚酯，但现在基本上已经切换为聚氨酯拉挤。聚氨酯拉挤桥架在现场施工方便程度上，以及使用期限上均占有优势；
· 聚氨酯桥架具有高强的拉伸特性、抗冲击性和耐腐蚀性。与不饱和聚酯树脂相比，聚氨酯全面提高了产品的物理性能、强度和刚度。
· 拉挤速度快，生产效率高。
· 聚氨酯产品具有优异的韧性，经加工和冲切的边缘显现极少甚至没有微裂纹，表面细腻光滑，钢性强，孔隙率低，有利于后道加工如钻孔、机械加工和装配等作业。
· 不含溶剂苯乙烯(有毒化学物)，生产过程中不会产生溶剂挥发，无苯乙烯体排放。 
4. 托盘 （Baydur® 体系）
· 由于聚氨酯复合材料韧性，其耐冲击及抗剪切强度均远高于传统材料，托盘的使用寿命可比传统木质托盘耐用20倍。聚氨酯拉挤托盘循环使用寿命长，单次循环成本低，具有良好的经济效益。
5. 集装箱地板 （Baydur® 体系）
与传统的以木质为基础的材料相比，使用聚氨酯挤拉工艺的材料，重量会减轻22%，降低整船整车集装箱的油耗和运输成本。在轻质的同时，又保持了足够的坚韧性能，这一特性也降低了维护成本，增加了集装箱的使用寿命。传统集装箱木地板使用寿命只有5～10年，而聚氨酯拉挤地板的使用寿命可超过20年。其特别的性能有：
· 低重量，可降低运输中的能源消耗
· 耐用性强（水、油、异味、微生物）
· 增加货柜容器的使用寿命
· 可重复使用和回收的地板
6. 复合材料太阳能边框 （Baydur® 体系及Desmocomp®体系）
一直以来，光伏电站使用的是传统金属边框组件，而传统金属边框长期在高压的作用下，会出现PID效应，导致组件致命的功率衰减，发电量极度下降，造成巨大经济损失。因此，行业内进行了一轮又一轮的尝试，研发降低发生PID效应风险的解决方案，非金属边框也许是一个很好的解决方法。非金属太阳能组件边框的优势：
· 非金属复合材料绝缘边框给组件带来极佳的系统级抗PID性能
· 保留传统边框体系便利以及可靠的安装特性
· 绝缘边框无需接地
· 适用于各种高要求的组件系统，以及高电压系统
7. 专门为外保温幕墙研发的ThermoBracket 保温支架（Desmocomp®体系）
fischer Benelux B.V. 与 FISCO GmbH 共同研发了一款由复合材料制成的立面构件——ThermoBracket 保温支架。在选择材料的过程中，其测试了不同的树脂技术，最终科思创的 Desmocomp® 树脂凭借其最佳阻燃性能同时兼备机械负载和隔热性能入选。
出处：节选
利用拉挤工艺生产的制品拉伸强度高于常见的钢和铝等金属材料，而材质本身又具有良好的耐腐蚀性能，广泛应用于基础设施、新能源、交通工具、电工电气、化工、海洋、船艇及众多其他工业和民用领域。
拉挤成型工艺流程
拉挤成型工艺如下图所以，可以分为玻璃纤维粗纱排布 -- 浸胶 -- 预成型 -- 挤压固化 -- 牵引 -- 切割 -- 几个阶段。
拉挤成型复合材料可以采用多种树脂基体，近几年来，由于聚氨酯树脂的诸多优势，市场份额迅速上升。玻纤增强聚氨酯拉挤复合材料的主要优势体现在以下几个方面：
1) 纤维含量高，重量含量可轻松达到80%以上。纤维结构简单，型材性能优越，减少甚至省去了了纤维毡或布的使用，大大简化了生产，提高了效率。
2) 可生产复杂截面、薄壁的型材而不开裂。
3) 型材表面光滑，材料性能品质稳定可靠。
4) 闭模生产工艺：密闭回路混料、浸润。树脂的配比、输送、混合以及浸透产品在密闭的管路中进行，不与环境接触，既避免了环境中粉尘、湿气等对产品的影响。
5) 清洁环保生产：聚氨酯树脂中不含苯乙烯，生产场所没有刺激性气味，最大限度地减少了对环境和工人健康的影响。
6) 全自动化生产。原料配比、混合、输送、纤维浸透、牵引、型材固化成型、切割等所有工序均由自动控制的设备完成，保证产品质量的一致性。
玻纤增强聚氨酯型材典型力学性能
1. 门窗型材 （Baydur® 体系）
· 高隔热性：聚氨酯拉挤复合型材和实木、PVC一样，拥有很低的导热系数，室温下为0.34 W/m•K，只有铝合金的约1/700，是优良的绝热材料。
· 低热膨胀：聚氨酯拉挤复合型材的线性热膨胀系数约为7×10-6/K，远低于铝合金，与墙体的线性热膨胀系数相近；因此，在温度变化时，聚氨酯拉挤复合型材的框体不会与墙体产生缝隙，密封性良好，同时保证了整窗在温差较大的环境下的隔热性。
· 耐腐蚀：聚氨酯拉挤复合型材型材对大部分酸、碱、盐、有机物，以及海水、潮湿空气都有很强的抗蚀力；而且不锈不朽，耐腐蚀性能优于其他材质门窗型材。尤其适用于沿海、有腐蚀性的以及一般潮湿场所。
2. 风电叶片主梁 （Baydur® 体系）
采用拉挤片材制作叶片大梁，其主要优势体现在以下几个方面：
· 力学性能
· 与真空灌注工艺相比，拉挤更具备工业化生产的优势
· 高玻纤含量
· 纤维在复合材料中的排布更加均匀
· 减少生产过程中的风险因素
· 拉挤片材在入模之前可以预先检验，尽量较少缺陷
· 拉挤工艺过程可以尽量降低人为因素的影响和干扰
· 缩短占模时间
3. 电缆桥架 （Baydur® 体系）
· 历史上较多采用不饱和聚酯，但现在基本上已经切换为聚氨酯拉挤。聚氨酯拉挤桥架在现场施工方便程度上，以及使用期限上均占有优势；
· 聚氨酯桥架具有高强的拉伸特性、抗冲击性和耐腐蚀性。与不饱和聚酯树脂相比，聚氨酯全面提高了产品的物理性能、强度和刚度。
· 拉挤速度快，生产效率高。
· 聚氨酯产品具有优异的韧性，经加工和冲切的边缘显现极少甚至没有微裂纹，表面细腻光滑，钢性强，孔隙率低，有利于后道加工如钻孔、机械加工和装配等作业。
· 不含溶剂苯乙烯(有毒化学物)，生产过程中不会产生溶剂挥发，无苯乙烯体排放。
4. 托盘 （Baydur® 体系）
· 由于聚氨酯复合材料韧性，其耐冲击及抗剪切强度均远高于传统材料，托盘的使用寿命可比传统木质托盘耐用20倍。聚氨酯拉挤托盘循环使用寿命长，单次循环成本低，具有良好的经济效益。
5. 集装箱地板 （Baydur® 体系）
与传统的以木质为基础的材料相比，使用聚氨酯挤拉工艺的材料，重量会减轻22%，降低整船整车集装箱的油耗和运输成本。在轻质的同时，又保持了足够的坚韧性能，这一特性也降低了维护成本，增加了集装箱的使用寿命。传统集装箱木地板使用寿命只有5～10年，而聚氨酯拉挤地板的使用寿命可超过20年。其特别的性能有：
· 低重量，可降低运输中的能源消耗
· 耐用性强（水、油、异味、微生物）
· 增加货柜容器的使用寿命
· 可重复使用和回收的地板
6. 复合材料太阳能边框 （Baydur® 体系及Desmocomp®体系）
一直以来，光伏电站使用的是传统金属边框组件，而传统金属边框长期在高压的作用下，会出现PID效应，导致组件致命的功率衰减，发电量极度下降，造成巨大经济损失。因此，行业内进行了一轮又一轮的尝试，研发降低发生PID效应风险的解决方案，非金属边框也许是一个很好的解决方法。非金属太阳能组件边框的优势：
· 非金属复合材料绝缘边框给组件带来极佳的系统级抗PID性能
· 保留传统边框体系便利以及可靠的安装特性
· 绝缘边框无需接地
· 适用于各种高要求的组件系统，以及高电压系统
7. 专门为外保温幕墙研发的ThermoBracket 保温支架（Desmocomp®体系）
fischer Benelux B.V. 与 FISCO GmbH 共同研发了一款由复合材料制成的立面构件——ThermoBracket 保温支架。在选择材料的过程中，其测试了不同的树脂技术，最终科思创的 Desmocomp® 树脂凭借其最佳阻燃性能同时兼备机械负载和隔热性能入选。
出处：节选
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