隨著汽車輕量化的不斷推進, 人們對於玻纖增強的改性塑料有更多的關注. 今天就和大家聊聊如何從設備和工藝上保證玻纖在樹脂基體中的有效長度, 首先我們先要了解玻纖改性中的有效長度的具體意義.
玻纖在樹脂基體中的最佳長度
玻纖在樹脂基體中的長度太短, 只起到填料的作用, 不起到增強的作用(就和便宜的CaCO3一樣的效果, 虧死你);太長, 雖然增強效果顯著, 但是影響玻纖在樹脂基體中的分散性, 成型加工性能和製品使用性能.
所以, 一般認為在熱塑性樹基體中玻纖的理想長度應為其臨界長度的5倍. 臨界長度是指對於給定直徑的纖維增強熱塑性塑料中玻纖承受的應力達到其衝擊斷裂時的應力值所必需的最低長度.
因為在玻纖增強塑料中, 玻纖長度只有達到一定長度才能傳遞應力, 起到增強材料作用, 否則就是高檔的CaCO3. 但是也不是像武俠小說那樣 '一寸長, 一寸強' , 而是有一個最佳長度. 此外, 就算找到了這個最佳長度值, 也不能100%保證製品中的玻纖有效長度就是這個值, 因為加工的設備和工藝對玻纖最終的有效長度有著很大影響, 就好比, 你的褲子縮水了. 所以, 接下來小編就給大家聊聊如何在設備和工藝上確保玻纖的有效長度.
設備因素
(1) 螺杆構型和機筒配置
適用於製備玻纖塑料的雙螺杆構型設計和機筒配置的總目標是:
① 防止基體樹脂降解, 可使玻纖均勻的分散於基體樹脂中;
② 確保每根纖維被聚合物熔體最大程度的潤濕;
③ 將纖維切短到最佳長度, 確保混合物達到最大的增強效果;
④ 擠出過程中的揮發物可以排乾淨.
玻纖加入出的螺槽應採用大導程, 使聚合物充滿螺槽, 以流出足夠的空間容納玻纖. 此外, 為避免加入口被聚合物堵死, 短玻纖採用螺紋原件導入, 長玻纖可用使用至少一對捏合盤原件導入.
玻纖加入口下遊的螺杆構型設計應有利於玻纖長度的變化和均化. 長玻纖是無頭的, 加入螺杆後必須切成一定長度並與熔體混合很好, 混合段應當由分布混合原件組成, 或薄捏合盤, 齒形混合原件. 短玻纖, 主要是靠聚合物熔體將纖維浸濕並分散, 故混合段可有薄的捏合盤組成的捏合塊或在螺楞上開槽的螺紋原件或齒型盤原件組成.
黏度高的聚合物或者高玻纖含量(﹥40%)的螺杆構型比低粘度聚合物或玻纖含量低的螺杆構型提供的剪切力要柔和一點, 確保玻纖不會過度折斷.
(2) 排氣段的設置
長玻纖中的加撚纖維是經過石蠟乳化型浸漬劑處理的, 而無撚纖維是經過強化劑處理的. 在一定溫度下, 在玻纖在於熔體混合後, 玻纖上的浸漬劑和強化劑在擠出過程中受高溫後變成會發組分, 需設排氣段進行排除. 排氣段應位於玻纖加入口的下遊, 在排氣段上遊近排氣口處, 應設置密封性螺杆原件, 以防真空泵作用下粒子被抽出, 如反向螺紋原件或反向捏合塊.
(3) 螺杆的最後區段 (均化和建壓段)
為使混合物擠出口模造粒, 應採用小導程正向輸送螺紋原件, 以建立擠出壓力. 在排氣口和螺杆最後區段之間, 有時要設置齒形盤原件, 對纖維進行均化, 保證玻纖均勻分布.
工藝因素
(1) 玻纖的加入
長玻纖和短玻纖的加入採用不同的方法.
①短玻纖一般用計量加料裝置加入, 但是當短切玻纖長度大於6mm是, 可採用振動計量加料裝置, 將聚合物和玻纖的預混料一同加入, 否則會造成纖維和樹脂的分離. 為提高產量, 可採用側加料裝置由側加料口加入.
②長玻纖比較容易加入, 不需要特別的加料裝置, 只要把加掛起來的長玻纖引入雙螺杆的加料口即可.
(2) 玻纖加入的位置
一般情況下, 聚合物是在第一(主)加料口加入, 待其融化後, 再將玻纖在下遊加料口加入, 即採用後續加料. 因為後續加料, 玻纖是加入到已熔融的聚合物中, 熔體與纖維混合後, 把纖維包起來, 起到潤滑保護作用, 減少纖維和樹脂混合過程中的過度折斷, 有利於玻纖在熔體中的分散和分布.
總結
在玻纖改性特別是長玻纖改性塑料過程中, 影響玻纖的有效長度因素很多, 上面簡單分析了部分較為關鍵的因素. 所以, 最終還是得從產品的性能來進行反饋, 工藝, 設備和配方是否恰當.