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改性塑料中,长玻纤的长到底是多长?

必您看了很多关于汽车轻量化、长玻纤又把PP和尼龙咋地了,以及谁家又推出玻纤新产品了的新闻和文章。千篇一律的都在强调“为什么用?怎么去用?用在哪里?”去没有人提及最原始的东西——怎么去制备这些材料?小编看完只觉得“身体被掏空”,汽车上用到塑料的就那些部件,还能怎样天花乱坠的去谈?

所以,小编今天就和大家聊聊如何从设备和工艺上保证玻纤在树脂基体中的有效长度?至于怎么去应用、用于什么产品,都是后话。借用所有喜剧人都喜欢说的一句话,那就是“回归原始,不忘初心”!


一、玻纤在树脂基体中的最佳长度



玻纤在树脂基体中的长度太短,只起到填料的作用,不起到增强的作用(就好比几百块钱一吨的CaCO3一样的效果,亏死你);太长,虽然增强效果显著,但是影响玻纤在树脂基体中的分散性、成型加工性能和制品使用性能。


图 制品中纤维保留长度对性能的影响


所以,一般认为在热塑性树基体中玻纤的理想长度应为其临界长度的5倍。临界长度是指对于给定直径的纤维增强热塑性塑料中玻纤承受的应力达到其冲击断裂时的应力值所必需的最低长度。通俗的说就是你去是商场买裤子,裤筒长度一般不会刚刚好到脚踝,而是长个几公分,防止缩水一夜之间变成了七分裤是一个概念。俗话说的“预多不预少”。


图 长/短玻纤改性PP性能对比


因为在玻纤增强塑料中,玻纤长度只有达到一定长度才能传递应力,起到增强材料作用,否则就是高档的CaCO3。但是也不是像武侠小说那样“一寸长,一寸强”,而是有一个最佳长度。此外,就算找到了这个最佳长度值,也不能100%保证制品中的玻纤有效长度就是这个值,因为加工的设备和工艺对玻纤最终的有效长度有着很大影响,就好比,你的裤子缩水了。所以,接下来小编就给大家聊聊如何在设备和工艺上确保玻纤的有效长度。


二、影响玻纤在塑料中有效长度的因素



1、设备因素



(1)螺杆构型和机筒配置

适用于制备玻纤塑料的双螺杆构型设计和机筒配置的总目标是:①防止基体树脂降解,可使玻纤均匀的分散于基体树脂中;②确保每根纤维被聚合物熔体最大程度的润湿;③将纤维切短到最佳长度,确保混合物达到最大的增强效果;④挤出过程中的挥发物可以排干净。

玻纤加入出的螺杆构型:玻纤加入出的螺槽应采用大导程,使聚合物充满螺槽,以流出足够的空间容纳玻纤。此外,为避免加入口被聚合物堵死,短玻纤采用螺纹原件导入,长玻纤可用至少一对捏合盘原件导入。

玻纤的切断和分散:

①玻纤加入口下游的螺杆构型设计应有利于玻纤长度的变化和均化。长玻纤是无头的,加入螺杆后必须切成一定长度并与熔体混合很好,混合段应当由分布混合原件组成,或薄捏合盘、齿形混合原件。

②短玻纤,主要是靠聚合物熔体将纤维浸湿并分散,故混合段可有薄的捏合盘组成的捏合块或在螺楞上开槽的螺纹原件或齿型盘原件组成。

③黏度高的聚合物或者高玻纤含量(>40%)的螺杆构型比低粘度聚合物或玻纤含量低的螺杆构型提供的剪切力要柔和一点,确保玻纤不会过度折断。


(2)排气段的设置

因为有的玻纤是经过预处理的,如长玻纤中的加捻纤维是经过石蜡乳化型浸渍剂处理的,而无捻纤维是经过强化剂处理的。在一定温度下,在玻纤在于熔体混合后,玻纤上的浸渍剂和强化剂在挤出过程中受高温后变成会发组分,需设排气段予以排除。排气段应位于玻纤加入口的下游,在排气段上游近排气口处,应设置密封性螺杆原件,以防真空泵作用下粒子被抽出,如反向螺纹原件或反向捏合块。


(3)螺杆的最后区段(均化和建压段)

为使混合物挤出口模造粒,应采用小导程正向输送螺纹原件,以建立挤出压力。在排气口和螺杆最后区段之间,有时要设置齿形盘原件,对纤维进行均化,保证玻纤均匀分布。


2工艺因素



(1)玻纤的加入

长玻纤和短玻纤的加入采用不同的方法。

①短玻纤一般用计量加料装置加入,但是当短切玻纤长度大于6mm是,可采用振动计量加料装置,将聚合物和玻纤的预混料一同加入,否则会造成纤维和树脂的分离。为提高产量,可采用侧加料装置由侧加料口加入。

②长玻纤比较容易加入,不需要特别的加料装置,只要把加挂起来的长玻纤引入双螺杆的加料口即可。


(2)玻纤加入的位置

一般情况下,聚合物是在第一(主)加料口加入,待其融化后,再将玻纤在下游加料口加入,即采用后续加料。因为后续加料,玻纤是加入到已熔融的聚合物中,熔体与纤维混合后,把纤维包起来,起到润滑保护作用,减少纤维和树脂混合过程中的过度折断,有利于玻纤在熔体中的分散和分布。


艾邦总结

 
小编列举的这些因素只是其中一部分较为关键的因素,在玻纤改性特别是长玻纤改性塑料过程中,影响玻纤的有效长度因素很多。所以,最终还是得从产品的性能来进行反馈,工艺、设备和配方是否恰当。技术总是枯燥无味的,但是做一行,爱一行,才有真乐趣!由于小编能力和知识有限,欢迎各位专业人士私聊小编,还请不吝赐教!


素材来源于杨明山老师的著作,由艾邦团队编辑。旨在分享技术,学习知识,艾邦术师!




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