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      1. 泰山玻璃纖維
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        長玻璃纖維增強聚丙烯汽車零部件的注塑工藝

        放大字體  縮小字體 發布日期:2014-03-05  來源:榮格工業  瀏覽次數:63

              在汽汽車工程中,儀表板、汽車前部與底部的零件中,越來越多的采用長玻璃纖維增強的聚丙烯來制造了。因為其較低的密度、低廉的價格以及可以循環的優點,聚丙烯正在逐漸取代工程塑料與金屬在這些方面的應用。然而當采用長玻璃纖維增強的聚丙烯提高了材料的彈性模量及抗沖擊力的時候,聚丙烯材料卻僅僅是滿足了機械性能。 
                 
               這些零件是采用玻纖增強聚丙烯材料的注塑或者模壓來制備的。在模壓工藝中,原料都是以半成品的以玻璃氈片(GMT)增強的聚丙烯制造的。典型的以GMT模壓制造的零件擁有優異的機械性能是因為纖維的長度和其同向性,但是GMT增強的產品的生產十分復雜,這樣半成品的價格也就變得昂貴。 
                 
               得益于近期的技術進步,現在可以實現在模壓過程中直接混配聚丙烯和玻璃纖維。這些進步都產生在加工技術中。盡管如此,模壓法與注塑工藝比較時還是存在較大的缺點。在大部分情況下,零部件需要再加工。作為規則,模壓制造的零件只能采用后續沖壓,這就產生了加工廢料并因此而增加了成本。 
                 
              使用長玻璃纖維增強的聚丙烯注塑制備的零部件,通常會要求在塑性改性單元的輔助下加工長玻纖顆粒?;趯︻w粒加工的一種替代,Krauss-Maffei公司推出了一種新的注塑混配系統。這種系統可以直接從聚丙烯和玻纖原料一步加工下制造注塑零部件。這個注塑混配裝置由一個雙螺桿擠出機和一個注塑機組成。 擠出機熔化聚丙烯并將其與玻璃纖維混合,熔化物通過一個緩沖區進入被稱作注射腔的注射單元,從那里,它被注入到模具中。在注塑過程中直接的混配省掉了原來還需要經過的半成品加工過程。
        接下來,我們從注塑機和注塑混配的技術與經濟上的標準進行比較,以此來幫助塑料生產商決定著兩種方法哪一種更加適合其生產任務。 
                 
              玻纖增強的熱塑性塑料的特征 
                 
              良好的纖維粘接力對于零部件的機械性能來說是至關重要的,GMT比直接加工的成型化合物或長纖維顆??僧a生某些更強的力與抗沖擊力。 
                 
              如果需要完全的利用纖維產生的力量,它必須要長于臨界的纖維長度Lc,相應的,聚丙烯與玻璃纖維所制造的薄片的臨界長度Lc范圍從1.3到3.1mm,特殊的耦合則要求0.9mm。 
                 
              現有的纖維長度與臨界纖維長度的比例可用來推斷纖維與母料耦合的質量,如果零件中的實際纖維長度超過了臨界纖維長度,也就是超過了Lc,纖維將可能會被破壞,如果短于纖維的臨界長度,就會發生纖維的抽離,也就是說在纖維與母料結合的表面發生問題,而在化合物中通常的纖維長度是0.2-0.6mm。 
                 
              嚴格說來,這些增強纖維的長度對于設計來說并非如此重要,機械特性對于零件的設計來說更為重要,諸如強度、剛性與抗沖擊力。雖然它們也是纖維長度的功能之一。但它們的關系卻是相當復雜的,單獨的分析纖維的長度迄今為止也只是一個經驗參數,并只可以得到一些趨勢性的信息。

              零件中的纖維長度
         
                 
              當加工長玻璃纖維增強的聚丙烯時,那些最長的纖維與零件良好的結合是非常重要的,因為這產生了化合物的機械性能,然而還沒有方法可以避免纖維受損,因為在混配和注塑過程中使用機械力會破壞纖維,使其變短,對于纖維來說,最嚴重的破壞是發生在包含纖維的熔化物被注入到模具的時候,合理的模具設計可以減少纖維減短的程度,熔解加工的過程也影響了纖維的長度,就這方面來說,注塑機與注塑混配存在著很大的不同。

              使用注塑機初始的纖維長度由纖維顆粒的尺寸決定(標準為10到25毫米),長玻璃纖維的制造商提供了包覆系統。在這種系統中,纖維在熔體中逐漸聚集成束,這就可以均勻注入纖維。在包覆顆粒的情況下,纖維與母料被共擠出。注塑機的熔煉過程需要分解纖維的簇,并且以母料浸潤單支纖維。 
                 
              纖維進一步的損害還發生在溶解降低伴隨著抗流動性的降低。大的跨分區的流動渠道對于纖維來說是好的,因此當加工長玻璃纖維顆粒的時候,應對螺桿結構和阻隔回流閥門進行相應的調整。
        當注入顆粒的時候,纖維就進入一個完全的熔煉加工過程,纖維上的機械張力會相應的持續一個較長的時間。塑化的開始也相應的應用了這一巨大的力量,因為在那個階段,母料還沒有完全熔化,一些纖維被暴露于巨大的剪切力下。

          螺桿的尺寸與沖程規格也會影響纖維損壞的機理,試驗結果顯示較大的螺桿(D=165mm)要比小的螺桿(D=90mm)對于纖維造成的損害要小。而較長的計量沖程對于剩余的纖維長度也會有不利影響。分散的排列則顯示了長玻璃纖維顆粒結構的影響。 
                 
              與此相反的是,注塑混配卻是將不含纖維的純的母料熔在一起,纖維晚一些再被加入熔體中,這樣就相應的少承受了些機械張力。這種方法要比在注塑機中熔煉混合可以獲得更高平均長度的纖維。注塑混配(IMC)使得可以直接向熔體中加入粗纖維而不必分解纖維,雖然在螺桿的旋轉下,粗纖維會被分解成短的部分,但最后的纖維仍有一個較長的平均長度。 
                 
               經濟角度 
                 
               原料的價格對于纖維增強的聚丙烯零部件來說是很重要的,注塑用的長玻璃纖維顆粒要比GMT的半成品便宜。然而,制造商們為了購買顆粒要比分別購買單一的原料要支付更多。使用注塑混配對于原料制造商的一個好處則是原料價格要比使用長玻璃纖維顆粒更加經濟,并且這部分原料在整個零部件制造成本中的比例也還可以下降。
        在注塑機上加入長玻璃纖維增強的聚丙烯顆粒要比用注塑混配加工成顆粒的集約化程度要降低。有可能可以在現有的注塑機調整或者更換塑化單元這樣就可以加工長玻璃纖維顆粒了。即使是難以改型而必須安裝新的機器,注塑機加工仍然是需要較少的投資的,而注塑混配所需要的雙螺桿擠出機卻使得設備變得復雜。 

        如何決定 
                 
               除了上面提到的零件中纖維長度分布的優勢之外,注塑混配還有在初始原料上潛在的節約,但是這一潛在效應只有通過附加投資才可以被認識到。在從注塑機和注塑混配中進行選擇時的一個重要的標準是所制造的部件的重量以及體積。注塑混配在產量較高的時候存在優勢,因為在購買原料時節省的投資會很快的超過購買設備增加的投資,這樣,投資很快的就可以得到分攤。而當零件較小或者產量低的時候,在注塑機上加工長玻璃纖維顆粒就是一個比較好的辦法,因為這只需要較小的投資。 
                 
              注塑混配賦予生產商較多的靈活性,使他們可以根據自己的需要剪裁原料。他們可以選擇性的調整母料和纖維比例,比如,使部件的纖維含量符合期望的技術特性。當加工玻纖顆粒的時候,這種選擇性的調整只在某種條件下才有可能。因為制造者只為顆粒提供某種纖維內容。如果為了特殊的注塑而改變纖維品種的話,生產者需要將長玻璃纖維顆粒與未增強的聚丙烯混合—一個提供附加要求和原料供應系統的工作步驟。

              然而,注塑混配提供給制造者的自由度也可以說是材料的混合提高了產品的可說明性以及生產商的可靠性。生產者現在必須承擔責任來保證質量以及保證顆粒制造的質量。對于注塑混配提高生產中創造的附加價格,還存在著潛在的機會。


         

         
         
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