Урок 10.3Придать формуГлава 10 · Композиты

Пултрузия

Волокна, протягиваемые сквозь смолу и нагретую фильеру, без остановки

Пултрузия протягивает непрерывные волокна через ванну со смолой, а затем через горячую фильеру, где смола затвердевает вокруг них. На выходе получается бесконечный пруток, труба или балка с одним и тем же сечением по всей длине, режущиеся на нужную длину на ходу. Так делают стеклопластиковые направляющие лестниц, решётчатые настилы и кабельные лотки.

Фото: Thomastechnik, CC BY-SA 3.0, через Wikimedia Commons

Линия пултрузии, вид сбоку: шесть станций от шпулярника до пилы, плюс типичные профилиНомера в кружках соответствуют шагам ниже. Ряд фигур показывает типичные профили; каждому нужна своя фильера.

Как это работает

Подайте волокна. Ровинги (нескрученные пучки непрерывного волокна) сматываются со шпулярника — стойки с катушками. Часто добавляют маты или тканые ленты, чтобы профиль был прочным и поперёк.
Пропитайте их смолой. Волокна проходят через открытую ванну со смолой, или смолу впрыскивают прямо в фильеру. Обычно выбирают полиэфирную, винилэфирную и эпоксидную смолы.
Соберите форму. Направляющие пластины, называемые предформователями, отжимают лишнюю смолу и приближают влажные волокна к итоговому сечению.
Отвердите в нагретой фильере. Стальная фильера, обычно длиной около 0,5–1,5 м, задаёт точную форму. Нагрев примерно до 100–200 °C заставляет смолу затвердеть до того, как профиль выйдет из фильеры.
Тяните непрерывно. Гусеничные ленты или два зажима, работающие по очереди, захватывают отверждённый профиль и тянут всю линию. Именно это вытягивание дало процессу название (pull — тянуть, плюс extrusion — экструзия).
Режьте на длину. Летучая пила — движущаяся вместе с профилем во время резки — отрезает куски нужной длины, не останавливая линию.

Ключевые факты

Материалы: В основном стекловолокно, также углеродное или базальтовое; полиэфирная, винилэфирная, эпоксидная или полиуретановая смола
Типичные детали: Прутки, трубы, двутавровые балки, швеллеры, уголки, полосы, направляющие лестниц, прутки решётчатых настилов, кабельные лотки
Размер детали: Сечения от нескольких миллиметров до примерно 1 м шириной; любая длина, режется по мере необходимости
Точность: Сечение обычно в пределах около ±0,2–0,5 мм, в зависимости от размера
Качество поверхности: Гладкая и богатая смолой; часто покрывается поверхностным вуалем (тонкой волокнистой тканью) для стойкости к погоде
Подходящая партия: Длинные серии одного профиля, часто километры
Стоимость оснастки и оборудования: Фильеры: примерно от $5000 до более $100 000 каждая; готовые линии: около $100 000 до более $1 млн
Скорость: Обычно около 0,2–3 м в минуту, круглосуточно

Сильные стороны и ограничения

Сильные стороны

Непрерывно и автоматизированно: низкая стоимость метра, мало отходов
Очень прочный и жёсткий вдоль длины, часто 60–70 % волокна по массе
Профили из стекловолокна не ржавеют, лёгкие и не проводят электричество
Любая длина цельным куском, режется на ходу

Ограничения

Только прямые профили с одним постоянным сечением
Намного слабее поперёк, если не добавлять маты или ткани
Для каждого нового сечения нужна своя фильера, а переналадка занимает время
Отверждённые реактопластовые профили трудно перерабатывать

Где применяется

СтроительствоРешётчатые настилы, поручни, профили оконных и дверных рам, композитная арматура
ЭлектротехникаКабельные лотки, боковые направляющие лестниц, изолирующие штанги и опоры
ИнфраструктураПешеходные мосты, настилы мостов, конструкции градирен
ЭнергетикаУглеродные полосы для лонжеронов лопастей ветряных турбин, опоры линий электропередачи
Предметы бытаДуги палаток, ручки инструментов, колышки для растений

Как узнать процесс

Длинная деталь с абсолютно одинаковым сечением везде и с торцами, спиленными пилой.
Тонкие продольные полосы волокон на поверхности, иногда под тонким вуалем, похожим на ткань.
На торце реза — плотная масса точек-волокон: ровинги, видимые с торца.
Классический вид: жёлтые, серые или зелёные стеклопластиковые решётки, направляющие лестниц и поручни.