長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性材料加工與應(yīng)用
2010/5/27 15:10:25
復(fù)合材料的機(jī)械特性與增強(qiáng)用纖維的長(zhǎng)度有關(guān)，因此長(zhǎng)寬比（纖維長(zhǎng)度和直徑之比）代表著增強(qiáng)性能的高低。使用普通的直徑為10～20微米的纖維，長(zhǎng)寬比100所對(duì)應(yīng)的纖維長(zhǎng)度為1～2毫米。“長(zhǎng)”纖維的定義是比較含糊的，通常取決于成型工藝。注射成型后部件中大約2毫米長(zhǎng)的纖維被認(rèn)為是長(zhǎng)纖維。在標(biāo)準(zhǔn)注射成型工藝中，所得纖維平均長(zhǎng)度小于1毫米，然而，在LFT注射成型中，部件中可以得到平均2～3毫米的“長(zhǎng)”纖維。在擠壓成型中，可以得到的長(zhǎng)寬比為1000（10毫米）或更高的纖維。
LFT的加工工藝
隨著加工工藝的不同，LFT的纖維長(zhǎng)度也不同。沖擊性能尤其依賴于纖維長(zhǎng)度，因此就機(jī)械性能而言，壓縮成型工藝顯著優(yōu)于注射成型。通常，部件中大約平均5～20毫米長(zhǎng)的纖維被認(rèn)為是長(zhǎng)纖維。
在最初的LFT生產(chǎn)中，通常使用樹脂加LFT-G長(zhǎng)纖維小球，通過注塑工藝來完成最終的產(chǎn)品，由于LFT-G長(zhǎng)纖維小球的纖維長(zhǎng)度是有限度的，因此最終的LFT產(chǎn)品性能仍然受到限制，近年來，LFT-D-ILC工藝技術(shù)成為L(zhǎng)FT產(chǎn)品的代表性加工工藝。
LFT-D-ILC稱為長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性材料在線模壓成型工藝技術(shù)，英文是 LongFiberreinforcedThermoplastics－Directprocessing－InLineCompounding。加工過程如圖所示。這種工藝，在線配混系統(tǒng)集成在成型工藝中，基體顆粒和添加劑被輸送到重量分析給料單元組合中，該單元根據(jù)部件的機(jī)械性能要求確保適度的混合。通常，著色劑、抗氧化劑、熱穩(wěn)定劑和交聯(lián)劑會(huì)提供一個(gè)合適的配方。熔融化合物通過一個(gè)模頭直接進(jìn)入配混擠出機(jī)（雙螺桿）的開口處。這是加入玻璃粗紗的地方。
為降低粗紗的相互作用，線軸被放在特別設(shè)計(jì)的粗紗架上。每一條粗紗分別通過一個(gè)特殊的塑料管引導(dǎo)，避免了摩擦和靜電排斥。每條粗紗均由一個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)。
粗紗通過管子被加入一個(gè)預(yù)熱設(shè)備中，它們被鋪展在已加熱的鐵桿上。溫度不應(yīng)再高以防止玻璃纖維被損壞。通過一個(gè)特別設(shè)計(jì)的界面，纖維在進(jìn)入配混擠塑機(jī)時(shí)在熔融聚合物中形成取向的排列。
配混機(jī)是一個(gè)共轉(zhuǎn)、交叉和自清潔的設(shè)備，抽氣在26D（26×直徑）、真空輔助或大氣壓下發(fā)生。添加劑可以利用一個(gè)側(cè)向給料設(shè)備在14D部位加入。擠出壓力大約是40－60巴（4－6MPa），依賴于聚合物的融化流動(dòng)指數(shù)（MFI）。
混煉擠塑機(jī)連續(xù)地供應(yīng)塑化原料，在成型溫度下，縫型模頭擠出塊狀模塑原料到一個(gè)完全自動(dòng)化的傳送帶上。傳送帶被一個(gè)加熱通道覆蓋以防止擠出的塊狀模塑原料表面溫度下降。當(dāng)塊狀模塑原料被處理機(jī)械手抓住時(shí)，加熱通道打開。
塊狀模塑原料被輸送到壓制成型設(shè)備中，此設(shè)備完成BMC或者SMC工藝的工作，如果需要進(jìn)一步加工處理，則進(jìn)入下一個(gè)工序。
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