长玻纤增强热塑性塑料注射成型技术

长玻纤增强热塑性塑料注射成型技术

http://www.cngcsl.com 发布日期: 2007-10-10 阅读: 2372 字体:大 中 小 双击鼠标滚屏

长玻纤增强材料指的是用长度在5 mm以上的玻纤增强的复合材料，这种材料主要应用在比短切玻纤增强材料要求更高的场合，在汽车零配件中的应用尤为突出。20世纪80年代中期，西欧国家生产轿车采用的纤维增强塑料为40～50 kg/辆，1987年美国轿车平均耗用纤维增强塑料约36.3kg/辆，1990年为40.6 kg/辆，1992年为56.8 Kg/辆，其中玻纤增强热塑性塑料占有相当大的比例。长玻纤增强热塑性塑料（LFT）首先在欧洲被成功应用到汽车零件生产中，同时也受到北美设备生产厂家的关注。在欧洲和北美，许多汽车零配件生产厂家都用LFT技术代替了原来的玻纤毡增强热塑性塑料（GMT）技术，它已经成为塑料市场中发展最快的技术，在过去的10年中用于汽车生产的长玻纤数量每年约增长30%。市场的巨大需求及加工水平的提高推动了LFT材料成型方法及设备的发展，其成型工艺及成型设备得到了飞速发展尤其是在线配混注射成型技术越来越受到人们的关注，具有广阔的应用前景。

1 LFT材料的性质与用途

LFT中的玻纤长度较长，而且纤维长度分布更好，与GMT相比具有以下优良的性能：（1)制品的力学性能高，特别是冲击强度提高显著；（2）制品刚度与质量比高，变形小，特别有利于LFT在汽车中的应用；（3）制品韧性提高(4)制品抗蠕变性能好，尺寸稳定；(5)材料耐疲劳性能优良；(6)材料加工性能好，可用于成型形状、结构复杂的制品，GMT只能用于模压成型，囚而LFT设计自由度比GMT更高；（7)可回收利用。

由于LFT材料所具有的优良比能，因而被广泛应用于汽车、机械、建筑、航天航空及高新技术领域，特别是在汽车中的应用日渐增多。目前已广泛应用于汽车中的制品有进气岐管、前端组件、保险杠、挡泥板、仪表盘、行李仓底板、车门、车身板等。此外由于LFT材料优良的防腐性能而广泛用于化工防腐方面的贮罐、管道、电镀槽器件、防腐地板等。 2 LFT材料注射成型方法

目前用于LFT注射成型的方法主要有两种，一种是LFT料粒法，也称“两步法”；另一种是在注塑生产线上配混连续玻纤、塑料及添加剂后直接成型为制品，省去造粒的中间环节，也称“一步法”。由于纤维增强塑料熔体粘度高，加工困难。传统加工过程会造成长玻纤的过度折断、对设备磨损严重等问题，常规的短切玻纤增强塑料的制备方法及设备不适宜于LFT材料，需要相应的成型设备及工艺与之配套。 2.1 “两步法”注射成型

在“两步法”成型工艺中，首先采用特殊方法加工制得LFT料粒（料粒中玻纤长度大于5 mm）。早期主要采用电缆包覆法、粉末浸渍法等制得LFT料粒。近年来国际上普遍采用一种新的工艺，即使玻纤无捻粗纱通过特殊模头，同时向模头供人热塑性塑料，在模头中无捻粗纱被强制散开，受到塑料熔体的浸溃，使每根纤维都被树脂包覆，冷却后切成较长的料粒（10～25 mm），

使玻纤的长度得到保证。

经过造粒制得LFT料粒后，可采用传统的注射成型热塑性塑料类似的方法制得LFT制品。为了进一步提高玻纤与塑料熔体的混合效果，减少加工过程对玻纤的破坏，通常需要对常规注射成型设备进行改造，如通过减小螺杆长径比、减小压缩比、增大喷嘴及流道尺寸等来优化设备。

美国专利5773042A阐述了一种通过对塑料熔体额外施加压力来提高玻纤在熔体中分散效果的方法。如图1所示，将LFI料粒从料斗4中加人，异向旋转双螺杆2在驱动装置1的作用下推动物料在料筒3中运动，物料在外加热器5、螺杆剪切热、螺杆芯轴孔内加热油的作用下熔融塑化。在此过程中产生的气体及其它挥发物从排气孔6中排出。熔体通过进料口8进人到注射料筒中，通过进料口8施加额外的压力作用在熔体上，从而有利于玻纤的解缠结，提高玻纤在熔体中的分散性，减少对玻纤的破坏、折断。

另外一种是通过滚轮来施加压力的方式，如图2所示。从进料口9中出来的塑料熔休在一对异向旋转的滚轮的拉力作用下被挤人螺杆12中，在滚轮的压力作用下使玻纤束进一步解缠结并分散在熔体。通过控制滚轮11的转速及滚轮之间的间隙大小可以调节滚轮对熔体的作用力的大小及螺杆前端熔体的压力，实现对玻纤束的解缠结程度的调节。山子“两步法”成型工艺复杂、能耗增加，LFT材料经过两次加热、冷却，从而降低了生产效率。

2.2 “一步法”注射成型

“一步法”注射成型方法是指在注塑生产线上配混玻纤、塑料及添加剂后直接成型为制品的方法，依不同的分类方法可以分为不同的加工类型。可根据塑化配混挤出机螺杆数量的多少来分类，也可根据成型过程中塑化机构的运行方式进行分类。根据塑化机构的运行方式可以分为问歇式塑化、连续式塑化两大类型，下面分别就间歇式塑化与连续式塑化进行讨论。 2.2.1 间歇式塑化

间歇式塑化是指在成型过程中，塑化配混过程是间歇进行的。也就是说，塑化配混装置在计量贮料时运行，在注射成型的充模与保压阶段停止工作。美国专利5773042A公开了一种间歇式塑化在线配混注射成型设备，如图3所示。

图3中LFT料粒由料斗2加人，在双螺杆3的作用下向前输送并熔融塑化。连续长玻纤4从下游加料口加人与塑料熔体混合，在螺杆的作用下向前推动进人与之链接的贮料缸中。此时回转阀7关闭，储料缸活塞6在熔体压力的推动下向上运动进行储料。当储料量满足制品要求时，双螺杆3停止转动，塑化停止。此时回转阀7开启，喷嘴开关阀11关闭，储料缸中的熔体在活塞6的推动下进人注射料筒9中，活塞8后退，实现计量过程。计量完成后，回转阀7关闭，塑化配混过程重新开始，喷嘴开关阀11打开，在注塑压力的推动下，活塞8向前移动，通过喷嘴12将熔体注人模腔。相比“两步法”成型，在线配混“一步法”注射成型少了造粒的过程，从而减少了二次塑化及切粒对纤维的损伤，提高了制品中纤维的长度，提高了制品的质量。 2.2.2 连续式塑化

连续式塑化在线配混LFT注射成型是指在成型过程中塑化配混是连续的，而注射过程是间断的，如图4所示。图4料斗2中的塑料在双螺杆1中熔融塑化并向前输送，连续玻纤3从下游加料口加人与塑料熔体在螺槽的剪切作用下混合。如果塑料熔体不满足注射耍求或注射部分出现故障时熔体经换向阀4从旁路排人废料收集器5中。计量开始时喷嘴开关阀8关闭，开关阀7打开，熔体经储料缸6进人注射料筒中，活塞10后退。当后退到设定位置后，通过行程开关的作用，将开关阀7关闭，喷嘴开关阀8打开。在液压的作用下，活塞10向前运动，推动料筒中的熔体9经喷嘴进人模腔中，实现充模过程。在充模与保压阶段，由于开关阀7关闭，在熔体压力推动储料缸6的活塞向上运动进行储料，双螺杆1连续工作。