浮纖
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-09-10
浮纖的實(shí)例教程
塑膠射出的表面浮纖現(xiàn)象
■劉文斌/型創(chuàng)科技 技術(shù)總監(jiān)
射出件的表面浮纖現(xiàn)象
會(huì)與樹脂的流動(dòng)性、補(bǔ)強(qiáng)纖維 比例含量、補(bǔ)強(qiáng)纖 維的長徑比與成品的厚度等條件有關(guān)。
射出件表面發(fā)生浮纖現(xiàn)象，主要原因是一般加纖塑料的黏度(流動(dòng)阻力)會(huì)比純塑料來的高；換言之纖維補(bǔ)強(qiáng)塑料的流動(dòng)性也會(huì)較純塑料來的差，加上纖維補(bǔ)強(qiáng)塑料的熔膠比純塑料冷卻更快，一接觸到成型模具表面的低模溫條件環(huán)境，也會(huì)在較短時(shí)間內(nèi)發(fā)生冷卻固化定型，而且一般射出時(shí)流動(dòng)波前的噴泉現(xiàn)像也會(huì)使塑料在靠近模面的位置產(chǎn)生纖維站立現(xiàn)象。所以一 般表面浮纖現(xiàn)象的原因，主要是在成品表面有補(bǔ)強(qiáng)纖 維以小角度站立。
圖1： 塑膠流動(dòng)方向與纖維配向
樹脂熔膠與無機(jī)纖維的質(zhì)量密度上的差異，會(huì)造成纖 維補(bǔ)強(qiáng)塑料熔膠在流動(dòng)充填過程時(shí)，會(huì)有某種程度的分離趨勢(shì)，此將會(huì)造成浮纖現(xiàn)象。
射出產(chǎn)品表面浮纖之成
射出充填時(shí)在產(chǎn)品靠近表面的高剪切區(qū)域，會(huì)因剪切升溫現(xiàn)象造成局部熔膠的黏度發(fā)生差異，接近產(chǎn)品表面熔膠黏度較低的區(qū)域，熔膠與纖維就容易發(fā)生滑動(dòng)分離現(xiàn)象，纖維在此表面區(qū)域就容易逐漸累積，產(chǎn)生浮纖現(xiàn)象。
圖2： 噴泉流效應(yīng)與纖維配向
射出成品表面絕大部份是由于表面固化層與噴泉流場(chǎng)效應(yīng)相互作用所形成，在噴泉流場(chǎng)的流動(dòng)波前，纖維由內(nèi)部核心層沿噴泉流場(chǎng)向表面層流動(dòng)，在一般模溫條件下模具表面溫度較低，熔膠在此表面層將會(huì)瞬間固化凍住，使得纖維會(huì)以某一個(gè)角度斜插在表面層，如果后續(xù)的充填階段或是飽壓階段熱融膠無法將表面曾斜插纖維推倒，便會(huì)在產(chǎn)品表面形成明顯的表面浮纖現(xiàn)象
浮纖改善方案
一般纖維補(bǔ)強(qiáng)塑膠射出件要解決產(chǎn)品表面浮纖現(xiàn)象 時(shí)，可以藉由幾項(xiàng)方式來進(jìn)行調(diào)整：
1. 調(diào)整纖維補(bǔ)強(qiáng)塑料的配方來降低產(chǎn)品表 面浮纖現(xiàn) 象。
展開 但在玻纖增強(qiáng)尼龍注射成型過程中，“浮纖”現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)。浮纖也叫露纖，即玻璃纖維露在產(chǎn)品表面，比較粗糙。
由于玻纖外露，使得此類產(chǎn)品的應(yīng)用受到了限制，主要應(yīng)用于高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)件。而凡是用加纖材料做外觀件的，都是亞光面或蝕紋面（例如電動(dòng)工具），因?yàn)槠胀?em>纖料難以做到亮麗的外觀。
浮纖形成的原因有很多，最主要原因?yàn)橐韵氯N：
玻璃纖維與尼龍的相容性差
由于塑料熔體在流動(dòng)過程中受到螺桿、噴嘴、流道及澆口的摩擦剪切力作用，會(huì)造成局部粘度的差異，同時(shí)又會(huì)破壞玻纖表面的界面層，熔體粘度愈小，界面層受損愈嚴(yán)重，玻纖與樹脂之間的粘結(jié)力也愈小，當(dāng)粘結(jié)力小到一定程度時(shí)，玻纖便會(huì)擺脫樹脂基體的束縛，逐漸向表面積累而外露。
玻璃纖維與基料的比重差異
在塑料熔體流動(dòng)過程中，由于玻纖與樹脂的流動(dòng)性有差異，而且質(zhì)量密度也不同，使兩者具有分離的趨勢(shì)，玻纖浮向表面，樹脂沉向內(nèi)里,于是形成了玻纖外露的現(xiàn)象。
噴泉效應(yīng)
尼龍熔體注入型模時(shí)，會(huì)形成“噴泉”效應(yīng)，即玻纖會(huì)由內(nèi)部向外表流動(dòng)，與型腔表面接觸，由于模具型面溫度較低，質(zhì)量輕冷凝快的玻纖被瞬間凍結(jié)，若不能及時(shí)被熔體充分包圍，就會(huì)外露而形成“浮纖”。
因此，“浮纖”現(xiàn)象的形成，不僅與塑料材料組成和特性有關(guān)，而且與成型加工過程有關(guān)，有著較大的復(fù)雜性和不確定性。
玻纖增強(qiáng)尼龍出現(xiàn)“浮纖”的解決方案
改善玻纖與尼龍的相容性
在成型材料中加入相容性、分散劑和潤滑劑等添加劑，包括硅烷偶聯(lián)劑、馬來酸酐接枝相容劑、脂肪酸類潤滑劑及一些國產(chǎn)或進(jìn)口的防玻纖外露劑等。
通過這些添加劑來改進(jìn)玻纖與樹脂間的相容性，提高分散相的均勻性，增加界面粘結(jié)強(qiáng)度，減少玻纖與樹脂的分離，從而改善玻纖外露現(xiàn)象。如研究表明，在基體中添加相容劑，改性后材料玻纖在基體中相容性較未添加材料明顯提高。
展開 注塑廠在生產(chǎn)前的模具試模時(shí)，各機(jī)構(gòu)運(yùn)行基本正常，但制品出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的外觀質(zhì)量問題，表面產(chǎn)生了放射狀的白色痕跡，而且這種白色痕跡隨玻纖含量的增加趨于嚴(yán)重，這種現(xiàn)象俗稱“浮纖”，是一種玻纖塑料制品易于出現(xiàn)的表面缺陷，這對(duì)于外觀要求高的汽車塑件是不能接受的。
原因分析：
“浮纖”現(xiàn)象是玻纖外露造成的，白色的玻纖在塑料熔體充模流動(dòng)過程中浮露于外表，待冷凝成型后便在塑件表面形成放射狀的白色痕跡，當(dāng)塑件為黑色時(shí)會(huì)因色澤的差異加大而更加明顯。其形成的原因主要有以下幾個(gè)方面。
首先，在塑料熔體流動(dòng)過程中，由于玻纖與樹脂的流動(dòng)性有差異，而且質(zhì)量密度也不同,使兩者具有分離的趨勢(shì)，密度小的玻纖浮向表面，密度大的樹脂沉入內(nèi)里，于是形成了玻纖外露現(xiàn)象；
其次，由于塑料熔體在流動(dòng)過程中受到螺桿、噴嘴、流道及澆口的摩擦剪切力作用，會(huì)造成局部粘度的差異，同時(shí)又會(huì)破壞玻纖表面的界面層，熔體粘度愈小，界面層受損愈嚴(yán)重，玻纖與樹脂之間的粘結(jié)力也愈小，當(dāng)粘結(jié)力小到一定程度時(shí)，玻纖便會(huì)擺脫樹脂基體的束縛，逐漸向表面累積而外露；
再則，塑料熔體注入型腔時(shí)，會(huì)形成“噴泉”效應(yīng)，即玻纖會(huì)由內(nèi)部向外表流動(dòng)，與型腔表面接觸，由于模具型面溫度較低，質(zhì)量輕冷凝快的玻璃纖維被瞬間凍結(jié)，若不能及時(shí)被熔體充分包圍，就會(huì)外露而形成“浮纖”。
因此， “浮纖”現(xiàn)象的形成，不僅與塑料材料組成和特性有關(guān)，而且與成型加工過程有關(guān)，有著較大的復(fù)雜性和不確定性。
在實(shí)際生產(chǎn)中，有各種用于改善“浮纖”現(xiàn)象的措施。比較傳統(tǒng)的方法是在成型材料中加入相容劑、分散劑和潤滑劑等添加劑，包括硅烷偶聯(lián)劑、馬來酸酐接枝相容劑、硅酮粉、脂肪酸類潤滑劑及一些國產(chǎn)或進(jìn)口的防玻纖外露劑等。
展開 “浮纖”是一種玻璃纖維增強(qiáng)塑料制品易出現(xiàn)的表面缺陷，這對(duì)于外觀要求高的部件是不能接受的，具體表現(xiàn)為制品表面產(chǎn)生了放射狀的白色痕跡，而且這種白色痕跡隨玻纖含量的增加趨于嚴(yán)重。
造成“浮纖”現(xiàn)象的原因是，在塑料熔體流動(dòng)過程中，由于玻纖與樹脂的流動(dòng)性有差異，而且質(zhì)量密度不同，樹脂體系加入玻纖后流變性能下降，在注塑成型的時(shí)候即產(chǎn)生浮纖。為了探究消除“浮纖”的解決方法，國高材分析測(cè)試中心通過研究普通玻纖增強(qiáng)前后PP流變行為的變化，分析了玻纖對(duì)PP體系流變性能的影響，為工藝改進(jìn)提供了優(yōu)化方案。
試驗(yàn)設(shè)備
高壓毛細(xì)管流變儀：RG20，德國Goettfert；二次元影像量測(cè)儀：YX3020，東莞源欣光學(xué)儀器。
國高材分析測(cè)試中心高壓毛細(xì)管流變儀
非牛頓指數(shù)和稠度
從表1中可以看出，隨著溫度升高，PP與15%GFPP的K值減少，n值增大，即熔體流動(dòng)行為偏離牛頓流體的程度較少，增強(qiáng)后的體系比未增強(qiáng)減少程度低。增強(qiáng)后體系的K值增大而n值減少，這表明玻纖的加入使PP的非線性性質(zhì)增強(qiáng)。
表1 不同溫度下的非牛頓指數(shù)和稠度
表觀黏度
剪切黏度是高分子材料流變性質(zhì)中最重要的材料函數(shù)之一，大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，高分子材料的剪切黏度受眾多因素影響。其中，剪切和溫度的影響尤為明顯。
熱塑性塑料在剪切速率為10s^-1或100s^-1時(shí)的黏度和剪切速率為1000s^-1時(shí)的黏度之比，可作為聚合物剪切敏感性的指標(biāo)；將在給剪切速率（100s^-1或1000s^-1）下相差40℃的兩個(gè)溫度下剪切黏度的比值作為溫度敏感性指標(biāo)。
表2 表觀黏度的敏感指標(biāo)
表2 可以看出，15%玻纖增強(qiáng)后，體系表觀黏度對(duì)剪切敏感性提高而對(duì)溫度敏感性降低。
3.1 表觀黏度與剪切速率的關(guān)系
試樣表觀黏度與剪切速率關(guān)系圖如圖1 所示。
展開 RHCM就是利用這個(gè)原理來做到外觀無浮纖的。
3.降低螺桿計(jì)量段的溫度，減少溶膠量
這是讓塑料盒玻纖分離的可能性盡量降低，一般來講對(duì)于浮纖影響最小，在實(shí)際操作中效果不大。但是，這個(gè)可以很好的解決燒焦。這是因?yàn)樵黾硬?em>纖后，玻纖的體積相對(duì)于塑料要大很多，所以很容易堵住排氣通道，所以在最后很難排氣，并且玻纖在高壓高氧氣體環(huán)境中是很容易燃燒的
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浮纖的最新內(nèi)容
射出充填階段的高模溫條件將有效改善塑料的流動(dòng)性及降低射出件表面問題(例如結(jié)合線、流痕、浮纖…等)發(fā)生的機(jī)會(huì)；而冷卻階段模溫的低溫切換，也能有效縮短成型周期時(shí)間。由于快速模具溫度加熱冷卻成型技術(shù)能在產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本之間取得完美平衡，近年來在塑料射出成型產(chǎn)業(yè)上獲得重視。
射出充填階段的高模溫條件將有效改善塑料的流動(dòng)性及降低射出件表面問題(例如結(jié)合線、流痕、浮纖…等)發(fā)生的機(jī)會(huì)；而冷卻階段模溫的低溫切換，也能有效縮短成型周期時(shí)間。由于快速模具溫度加熱冷卻成型技術(shù)能在產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本之間取得完美平衡，近年來在塑料射出成型產(chǎn)業(yè)上獲得重視。
射出充填階段的高模溫條件將有效改善塑料的流動(dòng)性及降低射出件表面問題(例如結(jié)合線、流痕、浮纖…等)發(fā)生的機(jī)會(huì)；而冷卻階段模溫的低溫切換，也能有效縮短成型周期時(shí)間。由于快速模具溫度加熱冷卻成型技術(shù)能在產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本之間取得完美平衡，近年來在塑料射出成型產(chǎn)業(yè)上獲得重視。
射出充填階段的高模溫條件將有效改善塑料的流動(dòng)性及降低射出件表面問題(例如結(jié)合線、流痕、浮纖…等)發(fā)生的機(jī)會(huì)；而冷卻階段模溫的低溫切換，也能有效縮短成型周期時(shí)間。由于快速模具溫度加熱冷卻成型技術(shù)能在產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本之間取得完美平衡，近年來在塑料射出成型產(chǎn)業(yè)上獲得重視。
綜上可知高分子材料由于纖維的加入，一方面其機(jī)械性能會(huì)得到提升，但同時(shí)也會(huì)面臨著纖維排列與預(yù)想不符、浮纖、孔洞、夾雜物、縫合線結(jié)合質(zhì)量等缺陷問題。相較于普通塑膠材料（不含纖維），生產(chǎn)者判別復(fù)合材料制品是否合格，會(huì)更加復(fù)雜，需要全面檢測(cè)其微觀結(jié)構(gòu)。
傳統(tǒng)復(fù)合材料測(cè)試方法
通常分成破壞性試驗(yàn)和非破壞性試驗(yàn)（無損檢驗(yàn)）。
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四、射出成型
??射出制程的冷卻時(shí)間加工條件
??模具澆口設(shè)計(jì)考量及最大剪切速率
??決定多模穴射出件的流動(dòng)平衡性
??塑膠射出的表面浮纖現(xiàn)象
??射出加工螺桿技術(shù)數(shù)據(jù)
??澆口固化時(shí)間
??科學(xué)試模對(duì)于射出成型工藝的優(yōu)化
??注塑成品精度與成型參數(shù)及模穴公差之關(guān)系
圖3：為某電容外殼項(xiàng)目，材料為TG20EX （PBT-GF20 FR），客戶模具采用偏心位置點(diǎn)進(jìn)膠，實(shí)際應(yīng)用時(shí)卻發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)離澆口端的側(cè)面有浮纖、流痕問題
圖3為某電容外殼項(xiàng)目，材料為TG20EX （PBT-GF20 FR），客戶模具采用偏心位置點(diǎn)進(jìn)膠，實(shí)際應(yīng)用時(shí)卻發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)離澆口端的側(cè)面有浮纖、流痕問題。
圖3：為某電容外殼項(xiàng)目，材料為TG20EX （PBT-GF20 FR），客戶模具采用偏心位置點(diǎn)進(jìn)膠，實(shí)際應(yīng)用時(shí)卻發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)離澆口端的側(cè)面有浮纖、流痕問題
圖3為某電容外殼項(xiàng)目，材料為TG20EX （PBT-GF20 FR），客戶模具采用偏心位置點(diǎn)進(jìn)膠，實(shí)際應(yīng)用時(shí)卻發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)離澆口端的側(cè)面有浮纖、流痕問題。
塑膠射出的表面浮纖現(xiàn)象
■劉文斌/型創(chuàng)科技 技術(shù)總監(jiān)
射出件的表面浮纖現(xiàn)象
會(huì)與樹脂的流動(dòng)性、補(bǔ)強(qiáng)纖維 比例含量、補(bǔ)強(qiáng)纖 維的長徑比與成品的厚度等條件有關(guān)。
比如，對(duì)于抗沖擊性能要求比較高的應(yīng)用場(chǎng)合，通常會(huì)選擇熔融指數(shù)相對(duì)比較低的聚碳酸酯材料，但過低的熔融指數(shù)往往帶來許多外觀問題；對(duì)于強(qiáng)度和模量要求特別高的場(chǎng)合，通常會(huì)選擇加纖料，但玻璃纖維的加入常常會(huì)導(dǎo)致射出制品表面浮纖，嚴(yán)重影響外觀；對(duì)于有免噴涂要求的產(chǎn)品，其外觀和耐磨性往往難以平衡。
