知道这些,注塑“浮纤”问题不再愁

  • 发布:2018/8/16 10:16:22
  • 来源:塑道学苑

在工程塑料的开发过程中,我们通常通过添加玻纤来增加材料的强度。加入玻璃纤维不仅可以提高塑料制品的模量,同时也可以提升塑料制品的耐热温度。

 

但在玻纤增强尼龙注射成型过程中,“浮纤”现象经常出现。浮纤现象是玻纤外露造成的。白色的玻纤在塑料熔体充模流动过程中浮露于外表,待冷凝成型后便在塑料件表面形成放射状的白色痕迹,当塑料件为黑色时会因色泽的差异加大而更加明显。

 

其形成原因主要有以下几个方面:

1、玻璃纤维与基料的比重差异

在塑料熔体流动过程中,由于玻纤与树脂的流动性有差异, 而且密度也不同,使两者具有分离的趋势,密度小的玻纤浮向表面,密度大的树脂沉入内里,于是形成了玻纤外露现象;

2、玻璃纤维与树脂间的相容性差

塑料熔体在流动过程中受到螺杆、喷嘴、流道及浇口的摩擦剪切作用,会造成局部粘度差异,同时又会破坏玻纤表面的界面层,熔体粘度愈小,界面层受损愈严重,玻纤与树脂之间的粘结力也愈小,当粘结力小到一定程度时,玻纤便会摆脱树脂基体的束缚,逐渐向表面累积而外露;

3、“喷泉”效应

塑料熔体注入型腔时会形成“喷泉”效应,即玻纤会由内部向外表流动,与型腔表面接触,由于模具型腔表面温度较低,质量轻、冷凝快的玻纤被瞬间冻结,若不能及时被熔体充分包围,就会外露而形成浮纤。

由此可见,浮纤现象的形成,不仅与塑料材料组成和特性有关, 而且与成型加工过程有关, 有着较大的复杂性和不确定性。

玻纤增强塑料作为家用电器、汽车部件等重要的外饰件之一, 不仅要求有较高的阻燃、强度、硬度、抗冲击性和耐磨性,而且外观要求很高,表面不允许有气纹、水花、凹陷、浮纤、烧焦等缺陷。那么,如何解决“浮纤”现象呢?

 

传统的方法是在成型材料中加入增容剂、分散剂、润滑剂和防玻纤外露剂等添加剂来改进玻纤和树脂之间的界面相容性,提高分散相和连续相的均匀性,增加界面粘结强度,减少玻纤与树脂的分离,从而改善浮纤现象。但这些添加剂大多价格不菲,不仅增加了生产成本,而且对材料的力学性能也会有影响。近几年也有采取加入短纤或空心玻璃微珠的方法,利用小尺寸的短纤或空心玻璃微珠具有较好流动性和分散性的特点,实现改善浮纤的目的,但不足之处是使材料的冲击性能下降。

事实上,解决“浮纤”问题还可通过成型工艺来改善浮纤现象。合适的成型工艺条件, 对于改善浮纤现象至关重要。注射成型工艺各要素对玻纤增强塑料制品的影响各不相同,下面进行简单介绍。

温度

首先是料筒温度。由于玻纤增强塑料的熔体流动速率比非增强塑料低30% ~ 70%,流动性较差,因此料筒温度较一般情况应高出10 ~ 30℃。提高料筒温度可使熔体粘度降低,改善流动性,避免填充及熔接不良,而且有利于加大玻纤分散性和减小取向性,获得较低的制品表面粗糙度。注意:料筒温度并不是越高越好,温度过高会加大基体材料的氧化和降解的趋势, 轻微时会发生颜色变化, 严重时则产生焦化发黑。在设置料筒温度时,应使加料段温度比常规要求略高些,稍低于压缩段即可,以利用其预热效果,降低螺杆对玻纤所产生的剪切作用,减少局部粘度的差异及对玻纤表面的破坏,保证玻纤与树脂之间的粘结强度。

其次是模具温度。模具与熔体之间的温差不宜太大,以防止熔体充填时玻纤遇冷在表面淤积而形成浮纤,因此需采用较高的模具温度,这对于提高熔体充模性能、增加熔接痕强度、改善制品表面粗糙度、减小取向和变形也是有利的。但模具温度愈高,冷却时间愈久,成型周期延长,生产率降低,而且成型收缩率加大,故也不是越高越好。模具温度的设置还要考虑树脂品种、模具结构、玻纤含量等情况,在型腔复杂、玻纤含量高、充模困难时,模具温度应适当提高些。

压力

注塑压力对玻纤增强塑料的成型影响很大,较高的注塑压力有利于充填,提高玻纤分散性,降低制品收缩率,但会增加剪切应力和取向,容易造成翘曲变形、脱模困难甚至导致溢边问题,因此欲改善浮纤现象,应在稍高于非增强塑料注塑压力的基础上适当加大。注塑压力的选择除与制品壁厚、浇口尺寸等因素有关外,还与玻纤含量和形态有关,一般玻纤含量愈高,玻纤长度愈长,注塑压力应愈大。螺杆背压对于玻纤在熔体中的均匀分散、熔体的流动性、熔体的密实度、制品的外观质量和物理力学性能均有重要的影响,通常稍高的背压有助于改善浮纤现象。但过高的背压会对长玻纤产生较大的剪切作用, 使熔体易于因过热而降解, 导致变色及力学性能变差。

注射速率

采用较快的注射速率可改善浮纤现象。这是因为提高注射速率,可使玻纤增强塑料快速充满模腔,玻纤沿流动方向作快速轴向运动,有利于增加玻纤的分散性、减小取向性、提高熔接痕强度和降低制品的表面粗糙度。但要注意避免因注射速率过快而在喷嘴口或浇口处发生“喷射”现象,形成蛇形纹缺陷,影响塑料件外观。

螺杆转速

玻纤增强塑料塑化时,螺杆转速不宜过高,以避免摩擦剪切力过大而对玻纤造成伤害,破坏玻纤表面状态,降低玻纤与树脂之间的粘结强度,加剧浮纤现象,特别是当玻纤较长时,会因部分玻纤断裂而出现长短不均现象,造成塑料件各处强度不等、力学性能不稳定。

通过以上分析可知,采用高料温、高模温、高压、高注射速率、低螺杆转速注射,对改善浮纤现象比较有利。此外还要注意原料的干燥处理和制品的调湿处理。举个例子来说,PA66的吸湿性大,而且有水敏性,加热时熔体中含有微量水分就会使其发生降解,将严重影响制品外观和性能,因此在成型前必须烘干水分。

 

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[责任编辑:张赞丽]

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