長玻纖增強PP注塑工藝講解

發布時間：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，在上述應用領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。由于其纖維較長且具有各向同性特點，傳統型GMT壓塑通常能生產出機械特性優良的部件。但是，GMT生產工藝十分復雜。因此，半成品成本相對較高。 

借助最新的技術發展，現可對PP和玻璃纖維進行在線配混，然后進行直接壓塑。隨著工藝技術的各項發展，壓塑與注塑相比具有諸多弊端。多數情況下，部件必須進行再次加工。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

纖維和基材之間良好的粘合，對于部件的機械特性十分關鍵。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，從而形成針刺氈結構，具有多種優勢。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，如果針對產生的應力進行合理設計，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，必須確保纖維長度長于所謂的臨界纖維長度。對于PP和玻璃構成的纖維/基材復合材料，臨界纖維長度（LC）的相應文獻值為1.3毫米~3.1毫米。采用特別偶聯劑，可產生高達0.9毫米的數值。 

可根據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的質量。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。 

嚴格來說，纖維中殘馀的增強纖維的長度與設計無關。對于部件設計來說，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度的一部份功能，但是，其關系十分復雜。因此，僅通過纖維長度分析，只能達到目前的目標，不過，對于獲取趨勢信息而言，確實是一種十分實用的參數。

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，這樣才能在復合材料中產生最佳的機械特性。但是，目前尚無可靠的方法避免纖維在施加機械應力時斷裂，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，注塑機和注塑配混機（IMC）具有極大的差別。 

采用注塑機加工時，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，應對螺桿構型和止逆閥進行相應改進。 

當粒料進行注塑時，纖維經歷整個熔融過程。機械應力將在纖維上維持相當長的時間。塑化開始時會在纖維上產生很大的力度，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，纖維的平均長度增大。采用注塑配混機可將無接頭粗紗（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。 

經濟角度

起始材料的價格是生產纖維增強型PP部件的關鍵。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，注塑配混機的主要優勢之一是，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行改造或更換，使之適合于加工長玻纖粒料。即使不能進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使設備復雜化。 

注塑機還是注塑配混機

除了上述關于纖維長度在部件中均勻分布的優勢之外，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現。因此，是選擇注塑機還是注塑配混機，應由生產部件的重量和產量決定。如果產量較高，注塑配混機可體現其優勢。原因在于，購買起始材料時所節省的成本很快就會超過購買設備的基本投資，因此，短時間內就會完成投資分攤。如果部件較小且產量較低，用注塑機進行長玻纖加工較為合算，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/定型系統進行修改，使部件中的纖維含量完全符合各項技術規?的要求。加工粒料時，只有在某種條件下才能進行這一選擇性修改，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行傳統注塑，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，會增加產品責任和加工商責任。現在，加工商必須承擔質量保證責任，還需承擔先前加諸于粒料廠商的擔保責任。但是，這也存在巨大的未來機遇。采用注塑配混機，加工商可實現大幅度增值。 

總結來說，長玻纖增強PP部件可由改性注塑機和配混機生產，何者較佳視乎生產條件而定。注塑配混的優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，但較適用于產量大、要求符合很高機械規格的部件。如果部件尺寸小、產量細，則以使用傳統注塑機為佳。 

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