長玻纖增強PP注塑工藝講解

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

長玻纖增強PP注塑工藝及注塑方式：長玻纖增強型聚丙烯（PP）部件通常由注塑長玻纖粒料制成。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(yīng)根據(jù)部件生產(chǎn)的特性而定。  

在汽車工程中，儀表板、前端部件和車身底部元件越來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，因此，在上述應(yīng)用領(lǐng)域逐漸取代工程塑料和金屬。但是，如果長玻纖增強材料增強彈性模量和沖擊強度，聚丙烯只能滿足機(jī)械規(guī)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。由于其纖維較長且具有各向同性特點，傳統(tǒng)型GMT壓塑通常能生產(chǎn)出機(jī)械特性優(yōu)良的部件。但是，GMT生產(chǎn)工藝十分復(fù)雜。因此，半成品成本相對較高。 

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

玻纖增強注塑的表現(xiàn)

纖維和基材之間良好的粘合，對于部件的機(jī)械特性十分關(guān)鍵。與直接加工模塑料和長玻纖粒料相比，GMT可提供更高的強度和沖擊強度。由于纖維和纖維長絲能很好地粘固，長絲分布均勻，從而形成針刺氈結(jié)構(gòu)，具有多種優(yōu)勢。但是，與直接注射或通過長纖維粒料注射的模塑料相比，如果壓塑過程中流徑過長，上述優(yōu)勢就不復(fù)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(yīng)力進(jìn)行合理設(shè)計，可部分抵消缺乏針刺性能的弊端。 

現(xiàn)以復(fù)合材料中纖維結(jié)構(gòu)破損對加工方法作出結(jié)論。纖維結(jié)構(gòu)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，必須確保纖維長度長于所謂的臨界纖維長度。對于PP和玻璃構(gòu)成的纖維/基材復(fù)合材料，臨界纖維長度（LC）的相應(yīng)文獻(xiàn)值為1.3毫米~3.1毫米。采用特別偶聯(lián)劑，可產(chǎn)生高達(dá)0.9毫米的數(shù)值。 

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

嚴(yán)格來說，纖維中殘馀的增強纖維的長度與設(shè)計無關(guān)。對于部件設(shè)計來說，強度、剛性、沖擊強度等機(jī)械特性更加重要。這些特性雖然是纖維長度的一部份功能，但是，其關(guān)系十分復(fù)雜。因此，僅通過纖維長度分析，只能達(dá)到目前的目標(biāo)，不過，對于獲取趨勢信息而言，確實是一種十分實用的參數(shù)。

部件中纖維長度

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

采用注塑機(jī)加工時，最初纖維長度受粒料的尺寸（一般為10毫米~25毫米）限制。長玻纖廠商提供護(hù)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(jié)成小捆。這一方式可令基材均勻浸泡所有纖維。在護(hù)套粒料中，纖維和基材共擠在一起。注塑機(jī)必須在熔融過程中溶解纖維塊，然后用基材徹底浸潤纖維。 

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

當(dāng)粒料進(jìn)行注塑時，纖維經(jīng)歷整個熔融過程。機(jī)械應(yīng)力將在纖維上維持相當(dāng)長的時間。塑化開始時會在纖維上產(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(jī)在沒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(jī)械應(yīng)力較小。這一方法對纖維的損害與注塑機(jī)熔融相比較小，纖維的平均長度增大。采用注塑配混機(jī)可將無接頭粗紗（不是切斷的線材）直接混入熔體中。雖然螺桿旋轉(zhuǎn)會將粗紗攪斷為較短的碎片，但是，纖維的最終長度相對較長。 

經(jīng)濟(jì)角度

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

在注塑機(jī)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(jī)較小。然而，也可對現(xiàn)有注塑機(jī)上的塑化裝置進(jìn)行改造或更換，使之適合于加工長玻纖粒料。即使不能進(jìn)行改造而必須安裝新機(jī)械，注塑所需的投資也相對較低。增設(shè)注塑配混機(jī)所需的雙螺桿擠塑機(jī)只會使設(shè)備復(fù)雜化。 

注塑機(jī)還是注塑配混機(jī)

除了上述關(guān)于纖維長度在部件中均勻分布的優(yōu)勢之外，注塑配混機(jī)還能在起始材料方面節(jié)省成本，但是，這一潛力只能在追加投資的前提下才能實現(xiàn)。因此，是選擇注塑機(jī)還是注塑配混機(jī)，應(yīng)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(jī)可體現(xiàn)其優(yōu)勢。原因在于，購買起始材料時所節(jié)省的成本很快就會超過購買設(shè)備的基本投資，因此，短時間內(nèi)就會完成投資分?jǐn)?。如果部件較小且產(chǎn)量較低，用注塑機(jī)進(jìn)行長玻纖加工較為合算，因為注塑機(jī)的投資較小。 

注塑配混機(jī)可提高加工商的生產(chǎn)靈活性，能根據(jù)具體要求而定制材料。加工商可對基材/纖維/定型系統(tǒng)進(jìn)行修改，使部件中的纖維含量完全符合各項技術(shù)規(guī)?的要求。加工粒料時，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(tǒng)注塑，加工商必須將長玻纖粒料與未增強的聚丙烯混合，這一步驟會對機(jī)械和材料供給系統(tǒng)提出附加要求。 

然而，由于注塑配混機(jī)在材料組分方面向加工商提供了較高的自由度，這樣，會增加產(chǎn)品責(zé)任和加工商責(zé)任?，F(xiàn)在，加工商必須承擔(dān)質(zhì)量保證責(zé)任，還需承擔(dān)先前加諸于粒料廠商的擔(dān)保責(zé)任。但是，這也存在巨大的未來機(jī)遇。采用注塑配混機(jī)，加工商可實現(xiàn)大幅度增值。 

總結(jié)來說，長玻纖增強PP部件可由改性注塑機(jī)和配混機(jī)生產(chǎn)，何者較佳視乎生產(chǎn)條件而定。注塑配混的優(yōu)點是初始原料投資較低，對纖維的損害較小，也可保留較長的纖維，但較適用于產(chǎn)量大、要求符合很高機(jī)械規(guī)格的部件。如果部件尺寸小、產(chǎn)量細(xì)，則以使用傳統(tǒng)注塑機(jī)為佳。 

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