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【科普】玻璃纤维在塑料中常见的加工方法
来源:公众号:高分子先进智造 | 作者: 高分子先进智造 | 发布时间: 2021-09-10 | 28 次浏览 | 分享到:





【玻纤的概述】

玻璃纤维在行业内因熟知简称为玻纤(GF),被广泛应用于增强塑料领域,主要成分有二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等,具有机械强度高、绝缘性能好及耐化学性强等特点,缺点是性脆,耐磨性较差。在塑料领域中,玻纤有短纤和长纤之分,短纤是在成纱后采用专用设备切割成约6mm长的短切纤维,长纤是采用连续长纱收卷形式的成品。由玻纤改性的塑料可大幅度提升材料的抗拉强度及模量,同时大大改善材料的尺寸稳定性及耐热性能,赋予塑料在更高强度的工程塑料领域应用。



在塑料行业内,玻纤加入到塑料中具有无可比拟的增强优势,但玻纤在塑料加工过程中,增强因素除了玻纤本身特性,与加工工艺同样密不可分。加工温度、螺杆转速、螺杆组合、添加位置及含量等均对玻纤增强具有较大影响,只有合适的加工工艺方能发挥玻纤在塑料的最佳优势。因此,在玻纤增强塑料中,玻纤的分散性、相容性及在塑料中的长度保留显得格外重要。



【长纤的加工方法】

1、常见的加工方法

长纤因本身特征,在塑料加工中需连续牵引喂送,传统的加工方法是将多捆长纤放置在双螺杆挤出机的侧旁,并将其多根绳线从挤出机排气口喂入,转动的双螺杆连续喂送。长纤在双螺杆的剪切元件作用下与均化段输送来的熔融塑料进行混合分散,达到浸润和分散的目的。成品后在塑料中仍能保留一定的长度,发挥其增强效果。



然而加工工艺的螺杆转速和螺杆组合不同均对长纤的长度有较大影响。通常双螺杆转速越快,剪切效果越明显,玻纤在剪切力场下被折断越明显,不利于长度的保留;双螺杆转速过慢,虽利于玻纤长度的保留,但物料在螺筒中滞留时间过长易发生降解发黄,并且生产效率低。因此合适的转速既使玻纤保留较好的长度也能保证生产效率。其次,螺杆组合对玻纤的分散及长度保留同样有较大影响,据验证实验表明,采用先分散后输送的螺杆组合比较适合玻纤在塑料中的加工,先分散是在喂入玻纤位置后的一段螺杆设计剪切元件,使玻纤能快速捏合分散,在输送元件的转动下达到浸润的效果。剪切先强后弱的螺杆组合设计是当前玻纤加工中较常用的螺杆组合,既能保证生产效率,又能保证材料的品质。


含量控制也是加工过程中的一个重要环节,长纤的含量直接影响材料的性能。常见的含量控制方法有在生产中测量产品的灰分,在固定的螺杆转速、树脂喂料速度及玻纤数量下对产品的灰分进行测量,再通过以上的三个变量调整玻纤的含量。另一方法是动态称量一段时间内的玻纤喂入量、树脂流量或产品重量,通过计算和调节均可控制玻纤含量。


2、连续长玻纤加工方法

目前,市面已有成熟的连续长玻纤加工专用设备,其特点是长玻纤不再经过双螺杆与熔融塑料分散挤出,而是直接与挤出的熔体进行浸渍混合。在双螺杆挤出机的机头特殊设计了模头流道,并且配备专用的长玻纤牵引机,使长玻纤与塑料熔体直接混合、浸润和牵引。目前市面上的连续长玻纤加工专用设备发展已较成熟,从熔体简单包覆发展到熔体与长纤可达到一定的分散效果。因为连续长玻纤专用设备可使玻纤的长度保留更长,因此生产的材料具有更高的力学性能。但其缺点是其材料注塑的制品表面光洁度不如传统加工方法,并且该设备投入较大,生产效率稍低。




【短纤的加工方法】

短纤在加工过程中的添加方式有传统的侧喂添加和失重式喂料器侧喂添加,侧喂添加比长纤的添加要简便许多,传统的侧喂添加可通过调节侧喂料速度和主喂料速度来控制玻纤的含量。而目前在主喂料和侧喂料分别配备了失重式喂料器的生产线,更能精准的控制玻纤的含量。

短纤在塑料的增强与长纤在塑料的增强相同,是玻纤的长度保留起到增强的特性,其螺杆组合结构的对玻纤长度的影响也与上述中的长纤相同,均适合采用剪切先强后弱的螺杆组合。



【华新科的玻纤增强PP材料】

华新科就企业技术服务需求,在实验中选用了合适的PP原料和助剂,采用双螺杆排气口添加长纤的方式,通过调整螺杆结构,在合适的螺杆转速下制备了一款较低玻纤含量并具有高强度的玻纤增强PP材料,力学性能接近改性工程塑料,适用于家电塑料的部件。





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