長(cháng)玻纖增強PP注塑工藝講解

發(fā)布時(shí)間：2020-12-16 12-16 10:40 作者：康阜新材料

長(cháng)玻纖增強PP注塑工藝及注塑方式：長(cháng)玻纖增強型聚丙烯（PP）部件通常由注塑長(cháng)玻纖粒料制成。一種新型一步式工藝可將聚丙烯和玻璃纖維配混在一起，直接生產(chǎn)注塑部件。兩種方法各具特色，采取何種方式，應根據部件生產(chǎn)的特性而定。  

在汽車(chē)工程中，儀表板、前端部件和車(chē)身底部元件越來(lái)越多地采用玻纖增強型聚丙烯制成。聚丙烯具有密度低、材料成本低、便于回用等特點(diǎn)，因此，在上述應用領(lǐng)域逐漸取代工程塑料和金屬。但是，如果長(cháng)玻纖增強材料增強彈性模量和沖擊強度，聚丙烯只能滿(mǎn)足機械規范。 

部件由注塑或壓塑玻纖增強型PP制成。在壓塑工藝中，起始材料通常是玻纖氈熱塑性塑料（GMT）增強型PP制成的半成品板材。由于其纖維較長(cháng)且具有各向同性特點(diǎn)，傳統型GMT壓塑通常能生產(chǎn)出機械特性?xún)?yōu)良的部件。但是，GMT生產(chǎn)工藝十分復雜。因此，半成品成本相對較高。 

借助最新的技術(shù)發(fā)展，現可對PP和玻璃纖維進(jìn)行在線(xiàn)配混，然后進(jìn)行直接壓塑。隨著(zhù)工藝技術(shù)的各項發(fā)展，壓塑與注塑相比具有諸多弊端。多數情況下，部件必須進(jìn)行再次加工。壓塑部件中的開(kāi)孔通常只能在下游沖壓過(guò)程中形成。這樣，就會(huì )造成廢料，從而增加總體成本。 

玻纖增強注塑的表現

纖維和基材之間良好的粘合，對于部件的機械特性十分關(guān)鍵。與直接加工模塑料和長(cháng)玻纖粒料相比，GMT可提供更高的強度和沖擊強度。由于纖維和纖維長(cháng)絲能很好地粘固，長(cháng)絲分布均勻，從而形成針刺氈結構，具有多種優(yōu)勢。但是，與直接注射或通過(guò)長(cháng)纖維粒料注射的模塑料相比，如果壓塑過(guò)程中流徑過(guò)長(cháng)，上述優(yōu)勢就不復存在。由于注塑能在部件中形成纖維取向，如果針對產(chǎn)生的應力進(jìn)行合理設計，可部分抵消缺乏針刺性能的弊端。 

現以復合材料中纖維結構破損對加工方法作出結論。纖維結構破損包括纖維斷裂、纖維脫粘、纖維拔脫等形式。全面利用纖維強度時(shí)，必須確保纖維長(cháng)度長(cháng)于所謂的臨界纖維長(cháng)度。對于PP和玻璃構成的纖維/基材復合材料，臨界纖維長(cháng)度（LC）的相應文獻值為1.3毫米~3.1毫米。采用特別偶聯(lián)劑，可產(chǎn)生高達0.9毫米的數值。 

可根據實(shí)際纖維長(cháng)度和臨界纖維長(cháng)度之間的比例推斷纖維基材偶聯(lián)的質(zhì)量。如果部件的實(shí)際纖維長(cháng)度大于臨界纖維長(cháng)度，則纖維易于斷裂。如果低于臨界纖維長(cháng)度，則可能出現纖維拔脫。這主要是指纖維/基材界面出現斷裂，這一現象通常發(fā)生于纖維長(cháng)度一般為0.2毫米~0.6毫米的切斷纖維配混料。 

嚴格來(lái)說(shuō)，纖維中殘馀的增強纖維的長(cháng)度與設計無(wú)關(guān)。對于部件設計來(lái)說(shuō)，強度、剛性、沖擊強度等機械特性更加重要。這些特性雖然是纖維長(cháng)度的一部份功能，但是，其關(guān)系十分復雜。因此，僅通過(guò)纖維長(cháng)度分析，只能達到目前的目標，不過(guò)，對于獲取趨勢信息而言，確實(shí)是一種十分實(shí)用的參數。

部件中纖維長(cháng)度

在長(cháng)玻纖增強型聚丙烯的加工過(guò)程中，必須確保將最長(cháng)的纖維混入部件中，這樣才能在復合材料中產(chǎn)生最佳的機械特性。但是，目前尚無(wú)可靠的方法避免纖維在施加機械應力時(shí)斷裂，無(wú)法避免由此引起纖維在配混和注塑過(guò)程中縮短。含纖維的熔體注入模具時(shí)，會(huì )對纖維造成最大的損壞。然而，合理的設計可降低纖維縮短的幅度。同時(shí)，熔融過(guò)程也會(huì )大幅度影響纖維的長(cháng)度。就此而言，注塑機和注塑配混機（IMC）具有極大的差別。 

采用注塑機加工時(shí)，最初纖維長(cháng)度受粒料的尺寸（一般為10毫米~25毫米）限制。長(cháng)玻纖廠(chǎng)商提供護套粒料和拉擠粒料。在拉擠粒料中，纖維在熔體槽中由基材浸潤，然后集結成小捆。這一方式可令基材均勻浸泡所有纖維。在護套粒料中，纖維和基材共擠在一起。注塑機必須在熔融過(guò)程中溶解纖維塊，然后用基材徹底浸潤纖維。 

熔融過(guò)程中，纖維的受損程度隨流阻降低而下降。流道斷面較大時(shí)，對纖維的損害較小。因此，加工長(cháng)玻纖粒料時(shí)，應對螺桿構型和止逆閥進(jìn)行相應改進(jìn)。 

當粒料進(jìn)行注塑時(shí)，纖維經(jīng)歷整個(gè)熔融過(guò)程。機械應力將在纖維上維持相當長(cháng)的時(shí)間。塑化開(kāi)始時(shí)會(huì )在纖維上產(chǎn)生很大的力度，因為基材在這一階段尚未完全熔融。有些纖維被夾入并承受巨大的剪切力。 

相比之下，注塑配混機在沒(méi)有纖維的前提下熔融純基材。纖維在基材熔融后才加入，因此，承受的機械應力較小。這一方法對纖維的損害與注塑機熔融相比較小，纖維的平均長(cháng)度增大。采用注塑配混機可將無(wú)接頭粗紗（不是切斷的線(xiàn)材）直接混入熔體中。雖然螺桿旋轉會(huì )將粗紗攪斷為較短的碎片，但是，纖維的最終長(cháng)度相對較長(cháng)。 

經(jīng)濟角度

起始材料的價(jià)格是生產(chǎn)纖維增強型PP部件的關(guān)鍵。與GMT半成品相比，用于注塑的長(cháng)玻纖粒料的價(jià)格較低。然而，加工商比購買(mǎi)獨立部件時(shí)卻支付更高的粒料價(jià)格。對于二次加工商來(lái)說(shuō)，注塑配混機的主要優(yōu)勢之一是，起始材料價(jià)格比長(cháng)纖維粒料價(jià)格低，材料成本在部件生產(chǎn)成本中占有的比例降低。 

在注塑機上將玻纖增強型聚丙烯作為粒料加工所占的投資較注塑配混機較小。然而，也可對現有注塑機上的塑化裝置進(jìn)行改造或更換，使之適合于加工長(cháng)玻纖粒料。即使不能進(jìn)行改造而必須安裝新機械，注塑所需的投資也相對較低。增設注塑配混機所需的雙螺桿擠塑機只會(huì )使設備復雜化。 

注塑機還是注塑配混機

除了上述關(guān)于纖維長(cháng)度在部件中均勻分布的優(yōu)勢之外，注塑配混機還能在起始材料方面節省成本，但是，這一潛力只能在追加投資的前提下才能實(shí)現。因此，是選擇注塑機還是注塑配混機，應由生產(chǎn)部件的重量和產(chǎn)量決定。如果產(chǎn)量較高，注塑配混機可體現其優(yōu)勢。原因在于，購買(mǎi)起始材料時(shí)所節省的成本很快就會(huì )超過(guò)購買(mǎi)設備的基本投資，因此，短時(shí)間內就會(huì )完成投資分攤。如果部件較小且產(chǎn)量較低，用注塑機進(jìn)行長(cháng)玻纖加工較為合算，因為注塑機的投資較小。 

注塑配混機可提高加工商的生產(chǎn)靈活性，能根據具體要求而定制材料。加工商可對基材/纖維/定型系統進(jìn)行修改，使部件中的纖維含量完全符合各項技術(shù)規?的要求。加工粒料時(shí)，只有在某種條件下才能進(jìn)行這一選擇性修改，原因在于廠(chǎng)商只提供特定纖維含量的粒料。如果要改變纖維含量才進(jìn)行傳統注塑，加工商必須將長(cháng)玻纖粒料與未增強的聚丙烯混合，這一步驟會(huì )對機械和材料供給系統提出附加要求。 

然而，由于注塑配混機在材料組分方面向加工商提供了較高的自由度，這樣，會(huì )增加產(chǎn)品責任和加工商責任?，F在，加工商必須承擔質(zhì)量保證責任，還需承擔先前加諸于粒料廠(chǎng)商的擔保責任。但是，這也存在巨大的未來(lái)機遇。采用注塑配混機，加工商可實(shí)現大幅度增值。 

總結來(lái)說(shuō)，長(cháng)玻纖增強PP部件可由改性注塑機和配混機生產(chǎn)，何者較佳視乎生產(chǎn)條件而定。注塑配混的優(yōu)點(diǎn)是初始原料投資較低，對纖維的損害較小，也可保留較長(cháng)的纖維，但較適用于產(chǎn)量大、要求符合很高機械規格的部件。如果部件尺寸小、產(chǎn)量細，則以使用傳統注塑機為佳。 

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