拉挤玻璃钢窗框模具的设计

玻璃纤维增强塑料（GFRP，俗称玻璃钢）窗框是用GFRP拉挤中空型材（以下简称拉挤型材）制做的。它是继木、钢、铝合金、塑钢窗框之后的新一代窗框。20世纪80年代初加拿大首次成功开发了玻璃钢窗框；90年代，迅速扩展到美国、俄罗斯、德国、日本等国，发展前景极大。目前，我国已成为建筑窗框产量最多的国家。随着我国经济高速发展，房地产业的兴起，建筑业水平的不断提高，建筑节能日益突出，玻璃钢窗框弥补了塑钢窗框强度低、易老化等欠缺，被国家列为重点鼓励发展的节能型产品产业，由于玻璃钢窗框具有木窗框、钢窗框、铝合金窗框、塑钢窗框所不具有的优点，因此玻璃钢窗框的市场应用前景非常巨大。

2 拉挤玻璃钢窗框的工艺

拉挤玻璃钢窗框以热固性不饱和聚酯树脂为基体，以玻璃纤维为增强材料，采用拉挤工艺成型。其基本成型工艺过程是：由牵引装置牵引，使玻璃纤维集束并浸渍树脂胶液，通过预成型模，进入加热的模具固化成型。最后拉出的各种规格的型材经处理、加工后，即可制作成玻璃钢窗框。

玻璃钢制品的拉挤工艺流程如图1所示。

图1 玻璃钢拉挤工艺流程
1．钢纤维纱架；2．导纱板；3．树脂浸胶装置；4．预成型导向装置；5．成型模具；
6．牵引装置；7．切割装置

3 拉挤玻璃钢窗框模具设计的重要性

在玻璃钢型材的拉挤成型过程中，模具是各种工艺参数作用的交汇点，是拉挤工艺的核心之一。与已经相当成熟的塑料挤出成型相比，拉挤成型与其有相似之处，但前者仅是一物理变化过程，后者还伴随着动态的化学反应。模具的工况较前者要复杂得多，目前各种因素的影响作用理论尚未彻底搞清楚，所以拉挤模具的设计和制造具有十分重要的意义，它不仅关系着拉挤工艺的成败，决定着拉挤制品的质量和产量，同时也影响拉挤模具的使用寿命。

3．1模具的选材

对于拉挤模具，模具材料的选择直接影响着模具的性能，特别是拉挤窗框型材，由于窗框型材市场前景广阔，需求量大，这就要求模具本身的使用寿命要特别长，因此对窗框模具材料的选择要求具备以下性能；

（1）较高的强度，耐疲劳性和耐磨性；
（2）较高的耐热性和较小的热变形性；
（3）良好的耐腐蚀性；
（4）良好的切削性和表面抛光性能；
（5）受热变形小，尺寸稳定性好。

3．2分型面的选择

拉挤模具一般由几块模具拼装组合而成。在模具设计时，分型面选择的原则是：在满足模具制造的前提下，尽量减少分型面，保证合缝严密。由于拉挤玻璃钢窗框模具形状复杂，在选择分型面时就显得的尤为重要。如图2所示的玻璃钢窗框的模具设计示意图中，首先从满足模具制造的前提出发，把整个模具分成了如图所示的五个部分组成，同时为保证合模缝严密，故采用如图所示的模具设计方式。

图2玻璃钢窗框的拉济模具

3．3模具入口设计

玻璃纤维浸树脂后进入成型模具时，纤维束是在成型机牵引作用下进入模具的。由于模具进口处纤维束十分松散，往往在入口处积聚缠绕，造成断纤。再者，模具在长时间使用过程中，由于积聚缠绕的影响，往往造成人口磨损严重，影响产品质量。为解决这一问题。在模具入口处周边倒一截面为1／4椭圆截面圆角，同时入口采用锥形，角度在5～8°为宜，长度在50～100mm为宜，这可大大减少断纤现象发生，提高了玻璃钢拉挤制品的质量。

3．4 模具尺寸的确定

由于玻璃钢窗框的壁厚较薄，在模具中热传导较快，因此，模具长度不宜过长，这也有利于模具的机加工和拉挤工艺的顺利进行。因此在设计时，模具长度与原材料选择有关，目前国内模具长度一般设计为900mm左右。一般模具厚度为制品厚度的2～3倍。模具型腔尺寸决定于制品的尺寸及收缩率。对于玻璃钢窗框型材，一般采用不饱和聚酯树脂玻璃纤维体系，收缩率一般在2％左右。

玻璃钢窗框型材大多是中空制品，因此芯棒设计要特别注意，一般芯模具的有效长度为模具长度的2/3～3/4，而在拉挤工艺过程中要考虑到芯棒固定及调整以及防止偏心，此外芯棒还要考虑到配重的问题，综合考虑，对于模具长度为900mm左右的模具，芯棒的长度可设计为1200mm左右。

4 结语

在近几年内，我国的玻璃钢业及住宅产业的飞速发展，为玻璃钢窗框提供了广阔的市场。玻璃钢窗框市场有非常大的潜力，在刚刚开发的玻璃钢窗市场竞争激烈，而这种竞争主要是质量的竞争。而高质、高档的玻璃钢窗框才能具有竞争力，这其中模具设计是关键。因此，拉挤玻璃钢窗框模具的设计具有重要意义。