Per què la pultrusió és el procés preferit per als perfils de fibra de vidre{0}}d'alta precisió?

La pultrusió és un procés continu per a la producció de perfils compostos. Implica impregnar sense torçarfibra de vidrerovings i altres materials de reforç continu, com ara estora de superfície de polièster, sobre una bastida amb resina. A continuació, la resina es fa passar a través d'un motlle mantenint una forma de secció transversal específica-, es cura dins del motlle i s'extrudeix contínuament per formar productes pultrusionats. Aquest és un procés de producció automatitzat.

 

Els productes produïts mitjançant el procés de pultrusió tenen una resistència a la tracció més alta que l'acer normal. La capa superficial-rica en resina també ofereix una excel·lent resistència a la corrosió, la qual cosa la converteix en la millor alternativa a l'acer en entorns corrosius. S'utilitza àmpliament en transport, enginyeria elèctrica, aïllament elèctric, indústria química, mineria, enginyeria marina, construcció naval, entorns corrosius i diverses aplicacions domèstiques i civils.

 

Flux del procés d'emmotllament per pultrusió: els processos de pultrusió tenen moltes formes i es poden classificar de moltes maneres. Aquests inclouen processos intermitents i continus, processos verticals i horitzontals, processos humits i secs, tracció rastrejada i fixada, en-curat en motlle i-gelificació en motlle sense-de-curat en motlle, i mètodes d'escalfament com ara calefacció elèctrica, calefacció infraroja, mètodes d'escalfament d'alta-freqüència o combinació d'escalfament per microones.

 

El flux típic del procés de pultrusió és el següent: Disposició de la fibra de vidre en roving - Impregnació - Preformat - Emmotllament i curat per extrusió - Tracció - Tall - Producte acabat

 

Components de l'equip de pultrusió:

 

1. Sistema de transport de material de reforç: com ara marc roving, dispositiu d'escampament de catifes, forats de roving, etc.

 

2. Impregnació de resina: el mètode d'impregnació de solc recte és el més utilitzat. Durant tot el procés d'impregnació, les fibres i estores s'han de disposar de manera molt ordenada.

 

3. Preformat: El material de reforç impregnat travessa el dispositiu de preformat, sent transportat acuradament i contínuament per assegurar les seves posicions relatives, apropant-se gradualment a la forma final del producte, i extruint l'excés de resina abans d'entrar al motlle per a l'emmotllament i curat.

 

4. Motlle: el motlle està dissenyat sota condicions definides del sistema. A partir de la corba exotèrmica de curat de la resina i les propietats de fricció entre el material i el motlle, el motlle es divideix en tres zones de calefacció diferents, la temperatura de les quals està determinada per les propietats del sistema de resina. El motlle és la part més crítica del procés de pultrusió; la longitud típica del motlle oscil·la entre 0,6 i 1,2 metres.

 

5. Dispositiu de tracció: el propi dispositiu de tracció pot ser un extractor de rastreig o dos dispositius de subjecció alternatius per garantir el moviment continu.

 

6. Dispositiu de tall: el perfil es talla a la longitud requerida mitjançant una serra de tall síncrona que es mou automàticament.

 

La funció de la matriu d'emmotllament és aconseguir la compactació, l'emmotllament i el curat de la preforma. Les dimensions de la-secció transversal de la matriu han de tenir en compte la velocitat de contracció de la resina de modelat. La longitud de la matriu està relacionada amb la velocitat de curat, la temperatura de la matriu, la mida del producte, la velocitat de pultrusió i les propietats del material de reforç, i és generalment de 600 a 1200 mm. És necessari un acabat superficial elevat a la cavitat de la matriu per reduir la fricció, allargar la vida útil i facilitar el desemmotllament. Normalment s'utilitza calefacció elèctrica; La calefacció per microones s'utilitza per a materials compostos-d'alt rendiment. Es necessita un dispositiu de refrigeració a l'entrada de la matriu per evitar el curat prematur de l'adhesiu. El procés d'impregnació controla principalment la densitat relativa (viscositat) de l'adhesiu i el temps d'impregnació. Els seus requisits i factors d'influència són els mateixos que els del preimpregnat.

 

El procés de curat i modelat controla principalment la temperatura d'emmotllament, la distribució de la temperatura de la matriu i el temps que el material passa per la matriu (velocitat de pultrusió). Aquest és el procés clau en l'emmotllament per pultrusió. Durant la pultrusió, el preimpregnat pateix una sèrie de canvis físics, químics i fisicoquímics complexos a mesura que passa pel motlle, que encara no estan clars. A grans trets, el motlle es pot dividir en tres zones en funció de l'estat del preimpregnat al seu pas. El material de reforç travessa el motlle a una velocitat constant, mentre que la resina es comporta de manera diferent. A l'entrada del motlle, la resina es comporta aproximadament com un fluid newtonià; la resistència viscosa entre la resina i la paret interior del motlle disminueix la seva velocitat d'avanç, tornant gradualment a un nivell comparable al de la fibra a mesura que augmenta la distància de la superfície interior del motlle.

 

A mesura que el preimpregnat avança, experimenta una reacció d'enllaç creuat-en escalfar-se, la seva viscositat disminueix, la seva resistència viscosa augmenta i comença a gelificar-se, entrant a la zona de gel. A poc a poc s'endureix, s'encongeix i es desenganxa del motlle. La resina avança uniformement amb la fibra a la mateixa velocitat. A la zona de curat, continua curant-se amb calor, assegurant-se que s'aconsegueix el grau de curació especificat després del desemmotllament. La temperatura de curat és normalment més alta que el valor màxim del pic exotèrmic de la resina, i la temperatura, el temps de gel i la velocitat de tracció coincideixen.

 

La temperatura de la zona de preescalfament ha de ser relativament baixa i la distribució de la temperatura s'ha de controlar de manera que el pic exotèrmic de curació aparegui una mica més tard al mig del motlle, amb el punt de despreniment controlat al mig del motlle. La diferència de temperatura entre les tres seccions s'ha de controlar entre 20 i 30 graus i el gradient de temperatura no ha de ser massa gran. També s'ha de tenir en compte l'efecte de la reacció de curat exotèrmica. Normalment, s'utilitzen tres parells de sistemes de calefacció per controlar la temperatura de cadascuna de les tres zones.

 

La força de tracció és crucial per garantir un desemmotllament suau. La magnitud de la força de tracció depèn de l'esforç de cisalla interfacial entre el producte i el motlle. L'esforç de cisalla disminueix amb l'augment de la velocitat de tracció, mostrant tres pics a l'entrada, al mig i a la sortida del motlle. El pic a l'entrada és causat per la resistència viscosa de la resina en aquest punt. La seva magnitud depèn de les propietats del fluid viscós de la resina, la temperatura d'entrada i el contingut de farciment. Dins del motlle, la viscositat de la resina disminueix amb l'augment de la temperatura i la tensió de cisalla disminueix. A mesura que avança la reacció de curat, la viscositat i l'esforç de cisalla augmenten. El segon pic correspon al punt d'alliberament i disminueix significativament amb l'augment de la velocitat de tracció. El tercer pic es troba a la sortida, generat per la fricció entre el producte curat i la paret interior del motlle, i el seu valor és relativament petit. La força de tracció és molt important en el control del procés. Per aconseguir una superfície llisa del producte, l'esforç de cisalla al punt d'alliberament (el segon pic) ha de ser petit i el producte s'ha d'alliberar del motlle el més aviat possible. Els canvis en la força de tracció reflecteixen l'estat de reacció del producte al motlle i estan relacionats amb el contingut de fibra, la forma i la mida del producte, l'agent d'alliberament, la temperatura, la velocitat de tracció, etc.