蔣小軍，黃茂敬辰如，馮文江普监，潘學(xué)兵，汪新宇琉兜，李青
廣東伊之密精密注壓科技有限公司凯正，廣東佛山 528300
摘要：針對長玻纖增強熱塑性塑料(LFT)注塑過程中需要抑制玻纖折損和促進(jìn)玻纖分散，以保證玻纖增強效果和制品力學(xué)性能的需要豌蟋，首先比較螺桿構(gòu)型對長玻纖增強聚丙烯復(fù)合材料 (LGF–PP) 力學(xué)性能的影響廊散，然后使用波浪螺桿注塑樣條，探索注塑工藝參數(shù)對LGF–PP力學(xué)性能的影響并觀察樣條中玻纖的保留長度梧疲、分散情況以及玻纖 – 樹脂界面允睹。基于上述結(jié)果往声，進(jìn)一步分析論證波浪螺桿對于LFT材料注塑的適用性擂找。結(jié)果表明，“雙波浪計量+銷釘混煉”螺桿構(gòu)型可改善LGF–PP的力學(xué)性能穩(wěn)定性浩销；提高熔膠溫度贯涎、降低螺桿轉(zhuǎn)速和背壓，有利于抑制玻纖在塑化過程中發(fā)生的折損慢洋，提高復(fù)合材料力學(xué)性能塘雳；波浪螺桿成型的LGF–PP中玻纖平均保留長度在4~6 mm并且均勻分散，玻纖 – 樹脂界面結(jié)合牢固普筹。波浪螺桿構(gòu)型降低了熔體剪切作用和沿程壓力败明，縮短了熔體停留時間，有效平衡了LFT制品內(nèi)玻纖的保留長度和分散狀態(tài)太防。
關(guān)鍵詞：長玻璃纖維妻顶；波浪螺桿；纖維增強蜒车；注塑
在節(jié)能減排和輕量化的趨勢下讳嘱，長玻纖增強熱塑性塑料(LFT)因較傳統(tǒng)材料具有高強度、高剛性酿愧、耐沖擊沥潭、尺寸穩(wěn)定性優(yōu)異以及使用溫度范圍廣等優(yōu)勢受到眾多制造企業(yè)的青睞[1–2]。LFT材料的增強效果與玻纖含量嬉挡、玻纖在制品內(nèi)的保留長度和分散情況钝鸽、玻纖-樹脂界面強度以及玻纖取向和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相關(guān)汇恤。對于注塑而言，重點是抑制玻纖折損和促進(jìn)玻纖分散拔恰。研究表明因谎，增長玻纖保留長度是發(fā)揮LFT材料力學(xué)性能（強度、剛度仁连、韌性）優(yōu)勢的關(guān)鍵 [3–4]蓝角。對于長玻纖增強聚丙烯復(fù)合材料(LGF-PP)，在加工過程中應(yīng)當(dāng)保證玻纖在制品中的平均長度達(dá)3.2mm以上饭冬，才能發(fā)揮長玻纖增強的優(yōu)勢[5–6]。另一方面揪阶，玻纖的分散情況影響制品的力學(xué)性能偏差和質(zhì)量穩(wěn)定性昌抠，如何促進(jìn)玻纖分散也是成型過程的控制要點[7]。
眾所周知鲁僚，塑化過程中炊苫，塑料原料在螺桿中經(jīng)歷輸送、壓縮冰沙、熔融和混合侨艾，必然伴隨強剪切作用。研究分析表明拓挥，高強度熔體剪切將強烈折損玻纖唠梨，急劇降低玻纖在最終制件內(nèi)的保留長度，嚴(yán)重影響復(fù)合材料增強效果[8–9]侥啤。但是当叭，傳統(tǒng)螺桿構(gòu)型中，抑制熔體剪切作用不利于熔體混合和填料分散盖灸，玻纖極易團(tuán)聚蚁鳖，嚴(yán)重影響制件外觀和力學(xué)穩(wěn)定性。因此赁炎，如何有效平衡玻纖在制件中的保留長度和分散狀態(tài)醉箕，是LFT材料注塑成型螺桿設(shè)計和工藝控制的關(guān)鍵要點。針對上述情形徙垫，各注塑機廠商和相關(guān)研究機構(gòu)圍繞著玻纖長度和分散狀態(tài)紛紛提出并研發(fā)多種螺桿設(shè)計和工藝控制解決方案[10–11]讥裤。
德國Kraussmaffffei公司提出在線配混注塑工藝，將雙螺桿配混擠出和柱塞注射結(jié)合[8]松邪。樹脂組分首先通過雙螺桿混煉坞琴，玻纖在靠近雙螺桿末端的區(qū)域喂入，然后熔體經(jīng)過緩沖缸和轉(zhuǎn)向閥進(jìn)入柱塞注射機構(gòu)并完成注射充模逗抑。由于玻纖喂入?yún)^(qū)域靠近配混螺桿末端剧辐，所受到剪切作用的時間較短寒亥，能緩解玻纖折損。通過在線配混注塑工藝荧关，玻纖含量可以靈活調(diào)配溉奕，省去造粒和原料儲存環(huán)節(jié)，適合專門生產(chǎn)多種LFT制品忍啤。但是加勤，此工藝需要整合連續(xù)擠出和間歇注射，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜同波，固定投資較大鳄梅，工藝設(shè)定和控制難度較大，生產(chǎn)維護(hù)成本高昂未檩，并且難以兼顧其它材料的注射成型戴尸。
德國Arburg公司和日本Mitsubishi公司則分別以二階排氣螺桿構(gòu)型為基礎(chǔ)開發(fā)往復(fù)式在線配混料管組[12–13]。和排氣料管組類似冤狡，該料管組的機筒在中間區(qū)域附近開設(shè)了入口孙蒙，并安裝了強制喂料裝置。預(yù)先裁切的玻纖通過強制喂料裝置進(jìn)入螺槽悲雳，然后與熔體混合并完成儲料計量挎峦。此法同樣使得玻纖經(jīng)歷剪切作用的時間減少從而緩解玻纖折損，并具有靈活調(diào)配樹脂配方的優(yōu)點合瓢。此工藝下坦胶，螺桿設(shè)計和工藝設(shè)定需要避免熔體從喂纖口冒出的風(fēng)險以及強化玻纖束分散。強制喂料機構(gòu)和熔膠螺桿需協(xié)同控制歪玲，才能保障注塑制程的穩(wěn)定性迁央。
日本Toyo公司另辟蹊徑將等槽深變螺距螺桿結(jié)合常規(guī)注塑工藝成型LFT粒料[7]。此螺桿構(gòu)型利用變螺距實現(xiàn)螺槽體積壓縮并且計量段滥崩、壓縮段和加料段螺槽等深岖圈。計量段和壓縮段螺槽較深，有效抑制玻纖受到的剪切作用钙皮，緩解玻纖折損蜂科。結(jié)合螺桿末端經(jīng)特殊優(yōu)化設(shè)計的混煉單元，Toyo公司團(tuán)隊認(rèn)為等槽深變螺距螺桿可以解決LFT材料注塑中玻纖長度和分散的矛盾短条。由于此方法和常規(guī)注塑工藝一致导匣，注塑機臺變動小，工藝掌握難度低并且可以兼顧其它材料的注塑茸时，使LFT材料注塑的投入大幅度降低贡定，縮短了固定投資回報周期。
美國HPM公司在1970年代提出了波浪螺桿構(gòu)型可都，通過計量段槽深呈波浪狀深淺周期性變化促進(jìn)熔體塑化和混合缓待，并避免因過度剪切造成熔體局部過熱[14]蚓耽。2011年，中資企業(yè)伊之密收購HPM后旋炒，對波浪螺桿構(gòu)型進(jìn)行了深入研究和優(yōu)化步悠，并且在諸多領(lǐng)域取得了豐富實踐經(jīng)驗[15]。
針對LFT注塑的特點和要求瘫镇，筆者首先吸收變螺距螺桿構(gòu)型的理念設(shè)計出“變槽深變螺距”和“變槽深變螺距 + 強化混煉”構(gòu)型鼎兽，并且和“雙波浪計量 + 銷釘混煉”構(gòu)型一同應(yīng)用于LGF-PP粒料注塑，從而對比不同螺桿構(gòu)型對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響铣除。然后使用波浪螺桿構(gòu)型谚咬，探索注塑工藝條件（熔膠溫度、螺桿轉(zhuǎn)速和背壓）對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響尚粘，并且觀察玻纖保留長度序宦、分散狀態(tài)以及玻纖-樹脂界面結(jié)合情況。最后背苦，結(jié)合玻纖折損機理，筆者分析并論證波浪螺桿對于LFT材料注塑的適用性和優(yōu)勢潘明。
01 實驗部分
1.1 主要原料
浸潤型LGF-PP：LFRT-WH30行剂，玻纖質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%，粒料長度11mm钳降，浙江雙魚塑膠有限公司厚宰。
1.2主要儀器及設(shè)備
注塑機：UN160A5S型，螺桿直徑48mm遂填，長徑比24：1铲觉，廣東伊之密精密注壓科技有限公司；
萬能拉力機：UTM-4204型吓坚，深圳三思縱橫科技股份有限公司撵幽；
沖擊試驗機：PTM-7000型，深圳三思縱橫科技股份有限公司礁击；
馬弗爐：SX2-4-10型盐杂，上海錦屏儀器儀表有限公司；
光學(xué)顯微鏡：MJ41BD型哆窿，廣州市明美光電技術(shù)有限公司链烈；
掃描電子顯微鏡 (SEM) ：EVO18型，德國Zeiss公司挚躯。
1.3 試樣制備
依據(jù)ISO294-1-1996采用LGF-PP粒料通過注塑工藝制備測試樣條强衡。注塑模具參考 ISO294-1-1996設(shè)計，冷流道码荔，唧嘴直徑7mm漩勤，澆口尺寸針對LGF-PP成型優(yōu)化設(shè)計感挥。初步設(shè)置的注塑工藝參數(shù)( 對照組 ) 見表1。
圖1為實驗所使用的螺桿構(gòu)型示意圖链快，包括“變槽深變螺距”構(gòu)型、“變槽深變螺距+強化混煉”構(gòu)型和“雙波浪計量 + 銷釘混煉”構(gòu)型眉尸。“變槽深變螺距”構(gòu)型的特點在于通過同時收窄螺距和減少槽深來實現(xiàn)壓縮域蜗，壓縮段長度遠(yuǎn)大于通用螺桿構(gòu)型，旨在降低熔體通過壓縮段時所受到的剪切強度噪猾，抑制玻纖折損霉祸，提高玻纖在塑料制品中的保留長度。在上述構(gòu)型的基礎(chǔ)上袱蜡，增加強化玻纖分散的混煉元件得到“變槽深變螺距+強化混煉”構(gòu)型丝蹭，旨在對比分析強化混煉元件對于玻纖保留長度和制件力學(xué)性能的影響。“雙波浪計量+銷釘混煉”構(gòu)型的特點在于雙槽波浪計量段設(shè)計坪蚁，即由兩段底徑呈偏心圓變化的螺槽組成計量段奔穿，每段螺槽的槽深呈交替“深-淺”的波浪狀變化。并且敏晤，這兩段螺槽槽深相位差為180°贱田，即彼此形成“波峰-波谷”對應(yīng)，使得計量段截面面積維持不變嘴脾。另外男摧，此構(gòu)型在螺桿前端增加銷釘混煉結(jié)構(gòu)，通過分布式混合進(jìn)一步提高熔體均勻性和促進(jìn)玻纖分散译打。表2為以上三種螺桿構(gòu)型設(shè)計參數(shù)耗拓。
1.4測試與表征
(1) 力學(xué)性能測試。
拉伸強度按ISO 527-2012進(jìn)行測試奏司，拉伸速率為50mm/min 乔询；懸臂梁缺口沖擊強度按ISO180-2000測試。
(2) 玻纖形態(tài)觀察结澄。
將注塑樣條放置于馬弗爐中哥谷，700℃下烘烤1h，分解樹脂基體得到玻纖灰分麻献，對玻纖網(wǎng)絡(luò)宏觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察们妥。將玻纖灰分粘附在導(dǎo)電膠帶上并噴金處理后，使用SEM進(jìn)行觀測勉吻。
沿啞鈴型注塑樣條中間將樣條割開监婶，并對剖面進(jìn)行多次拋光處理后，置于光學(xué)顯微鏡下觀察玻纖在塑料制品內(nèi)的分散情況。
(3)復(fù)合材料斷面分析惑惶。
將沖擊樣條斷面進(jìn)行噴金處理后煮盼，通過SEM對斷面形態(tài)進(jìn)行觀察分析。
02 結(jié)果與討論
2.1 螺桿構(gòu)型對 LGF–PP 力學(xué)性能的影響
圖2為螺桿構(gòu)型對LGF–PP拉伸強度和缺口沖擊強度的影響带污。
由圖2可以看出僵控，增加混煉元件強化玻纖分散后，“變槽深變螺距+強化混煉”構(gòu)型相比“變槽深變螺距”構(gòu)型鱼冀，盡管由其成型的樣條力學(xué)性能的偏差明顯降低报破，即制件力學(xué)穩(wěn)定性得到提高，但是拉伸強度平均值下降9%千绪，懸臂梁缺口沖擊強度平均值下降38%充易。因此，即使玻纖折損在“變槽深變螺距”構(gòu)型中得到抑制荸型，但為了彌補“變槽深變螺距”構(gòu)型的分散能力短板盹靴，從而增加強化混煉元件來減小制品力學(xué)性能波動時，玻纖折損將驟然加劇瑞妇。和“變槽深變螺距”構(gòu)型相比稿静，“雙波浪計量+銷釘混煉”構(gòu)型所成型的樣條在上述兩項力學(xué)性能均低約7%，但是該構(gòu)型能改善樣條力學(xué)性能的離散辕狰，減少偏差自赔，特別是對于懸臂梁缺口沖擊強度(圖2)。換而言之柳琢，“雙波浪計量+銷釘混煉”構(gòu)型更好地滿足了玻纖保留長度和分散狀態(tài)的平衡。
變螺距螺桿構(gòu)型應(yīng)用于LGF-PP注塑的初衷在于保持螺槽深度润脸，降低螺槽底部線速度柬脸，進(jìn)而降低熔體在徑向方向的速度梯度，從而使得壓縮段和計量段的熔體剪切強度以及玻纖折損受到抑制毙驯，并通過縮小螺距實現(xiàn)螺槽體積的壓縮倒堕，如圖3所示。然而爆价，變螺距螺桿構(gòu)型雖然可以使制件獲得相對較高的平均力學(xué)性能垦巴，但計量段槽深過大將不利于塑化和混合，容易出現(xiàn)塑化不良( 即“生料”) 和纖維團(tuán)聚铭段，導(dǎo)致制件外觀變差骤宣、性能不穩(wěn)定，不利于連續(xù)生產(chǎn)序愚，因此憔披，為了彌補變螺距螺桿構(gòu)型深槽計量段塑化和分散能力的不足，必須引入強化混煉元件 [7]。但是芬膝，熔體流經(jīng)強化混煉元件時望门，流動方向和截面的頻繁變化，引起熔體剪切強度和壓力損失的突變锰霜，將最終導(dǎo)致玻纖折損加劇筹误。因此，如何有效兼顧玻纖保留長度和分散狀態(tài)仍然是將變螺距螺桿構(gòu)型應(yīng)用于LFT注塑的主要矛盾癣缅，使得螺桿設(shè)計和工藝設(shè)定面臨諸多不確定因素厨剪，難以取舍。
![圖 3 變螺距螺桿構(gòu)型計量段對熔體剪切行為影響的示意圖 [7]](http://www.yumeijs.com/file/upload/202012/04/15-24-24-77-1.jpg)
在波浪螺桿構(gòu)型中所灸，雙槽波浪計量段的每段螺槽均呈交替“深-淺”的波浪狀槽深變化丽惶。波峰處槽深較淺，剪切作用劇烈爬立，促進(jìn)塑化钾唬，而波谷處剪切作用減弱，熱量在熔料內(nèi)部擴(kuò)散侠驯。熔料在波峰處承受高剪切作用的時間并不長抡秆，減緩了玻纖折損。另一方面吟策，兩段螺槽之間彼此“波峰-波谷”對應(yīng)儒士，流通截面積的差異使得熔料從淺槽區(qū)域（波峰）橫向流動到相鄰深槽區(qū)域（波谷）中，促使計量段的熔料發(fā)生橫向流動和上下翻滾 (圖4)[16]檩坚。此時着撩，尚未熔融的固體以單個顆粒大小的形式分散在熔體內(nèi)，不斷翻滾混合的熔體和固體之間發(fā)生強烈熱交換匾委，使得固體熔融效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)螺桿構(gòu)型拖叙，避免塑化不良，如圖4所示赂乐。C.Rauwendaal[17]將這種現(xiàn)象稱為分布性固體熔融(DSM)機理薯鳍。因此，雙波浪計量構(gòu)型可以保證螺槽較深的情況下挨措，仍然保持較好的熔體質(zhì)量和混合效果挖滤，既避免高剪切造成玻纖強烈折損，又促進(jìn)玻纖分散浅役。由于雙槽波浪計量段具有促進(jìn)熔體混合和玻纖分散的功能斩松，隨后的銷釘混煉單元不需要刻意強化混煉，只要避免熔體流通截面突然變窄觉既，就可以進(jìn)一步優(yōu)化玻纖分散并避免玻纖急劇折損砸民。相比較而言，“雙波浪計量+銷釘混煉”構(gòu)型可以避免“變槽深變螺距”構(gòu)型的潛在缺陷，降低螺桿設(shè)計和工藝設(shè)定的難度岭参，有效平衡玻纖保留長度和分散狀態(tài)反惕，保證熔體質(zhì)量，并對其它塑料兼容性較好演侯，更滿足現(xiàn)場生產(chǎn)需求姿染。
2.2注塑工藝參數(shù)對LGF-PP力學(xué)性能的影響
注塑工藝作為注塑加工的重要因素，對于LGF-PP中的玻纖保留長度和分散狀態(tài)有直接影響秒际。故討論了熔膠溫度悬赏、螺桿轉(zhuǎn)速和背壓作為主要注塑工藝參數(shù)對于使用“雙波浪計量+銷釘混煉”構(gòu)型螺桿成型LGF-PP力學(xué)性能的影響。
(1) 熔膠溫度對LGF-PP力學(xué)性能的影響娄徊。
圖5為不同熔膠溫度下LGF-PP的力學(xué)性能闽颇。圖5表明提高熔膠溫度，LGF-PP復(fù)合材料的力學(xué)性能明顯提高寄锐。當(dāng)熔膠溫度從200℃提高到250℃時兵多，LGF-PP的拉伸強度從118MPa 提高到135MPa，懸臂梁缺口沖擊強度從31.3 kJ/m2提高到45.1 kJ/m2 橄仆。根據(jù)LGF-PP力學(xué)性能和玻纖保留長度的相關(guān)關(guān)系剩膘，可以認(rèn)為提高熔膠溫度有利于增長玻纖保留長度。推測提高熔膠溫度降低了塑料熔體黏度盆顾，降低了玻纖在塑化過程中受到的剪切作用怠褐，抑制了玻纖在熔膠過程中的折損。
(2)螺桿轉(zhuǎn)速對LGF-PP力學(xué)性能的影響您宪。
圖6為不同螺桿轉(zhuǎn)速下LGF-PP的力學(xué)性能奈懒。由圖6可以看出，提高螺桿轉(zhuǎn)速宪巨，LGF-PP的力學(xué)性能持續(xù)降低筐赔。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速從55r/min提高到230r/min時，LGF-PP的拉伸強度從142MPa下降到130 MPa揖铜，懸臂梁缺口沖擊強度從48.4kJ/m2下降到39.5kJ/m2 。增加螺桿轉(zhuǎn)速达皿，增加了螺槽中熔池內(nèi)部的速度梯度天吓，玻纖所受到的剪切作用會增強。另外峦椰，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加龄寞，熔融結(jié)束點向螺桿計量段方向移動，使熔體沿程壓力增加汤功，加劇了玻纖所受到的擠壓物邑，使得玻纖更加容易折損。
(3) 背壓對LGF-PP力學(xué)性能的影響。
圖7為不同背壓下LGF-PP的力學(xué)性能色解。圖7表明增加背壓茂嗓，LGF-PP的力學(xué)性能下降。當(dāng)背壓從0MPa增大到10MPa時科阎，LGF-PP拉伸強度從135MPa下降到124MPa述吸，懸臂梁缺口沖擊強度從45.1 kJ/m2下降到33.7 kJ/m2。增大背壓锣笨，即增加了熔體輸送段的返流蝌矛，導(dǎo)致熔體在螺桿中停留時間的增加，所以玻纖所受到剪切作用的時間增長错英，玻纖折損自然加劇入撒。此外，增加背壓同樣導(dǎo)致了熔體沿程壓力的增加椭岩，加劇了玻纖所受到的擠壓玄柏。
因此浑娜，在注塑LGF-PP制品時，需要結(jié)合原料加工溫度上限和冷卻時間等因素，盡量提高熔膠溫度抖拦，降低螺桿轉(zhuǎn)速和背壓，抑制玻纖在原料塑化熔融過程中發(fā)生的折損匾二，提高制品力學(xué)性能闷供。
2.3 玻纖形態(tài)和復(fù)合材料斷面觀察
使用“雙波浪計量+銷釘混煉”螺桿構(gòu)型按對照組工藝參數(shù) (表1) 注塑LGF-PP力學(xué)性能測試樣條并對樣條中玻纖的保留長度、分散情況以及玻纖-樹脂界面進(jìn)行觀察夺荒。
使用馬弗爐分解力學(xué)性能測試樣條的樹脂基體得到玻纖灰分瞒渠，對其形態(tài)及玻纖長度分布進(jìn)行了觀察，如圖8所示技扼。
觀察圖8發(fā)現(xiàn)伍玖，玻纖灰分組成了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并保持了樣條形狀，體現(xiàn)了長玻纖增強材料的特征剿吻。用鑷子可以將玻纖灰分整塊夾起且不變形或者散開窍箍，表明玻纖保留長度足夠搭接成三維網(wǎng)絡(luò)。大部分單根玻纖呈細(xì)絲狀丽旅，仍保留長玻纖的特征椰棘，局部折損玻纖散布其中。沒有發(fā)現(xiàn)玻纖的團(tuán)聚體或者局部聚集的情況榄笙，宏觀上表明玻纖分散良好邪狞。靠近制品表面玻纖沿流動方向取向茅撞，芯部玻纖垂直于流動方向取向帆卓，符合長玻纖在充模流動場中的取向特征巨朦。通過SEM對玻纖灰分進(jìn)行觀察，大部分玻纖長度在3mm以上剑令，玻纖平均長度在4~6mm的范圍內(nèi)糊啡，表明“雙波浪計量+銷釘混煉”螺桿構(gòu)型有利于抑制玻纖折損。
使用光學(xué)顯微鏡分別以100倍和400倍放大倍數(shù)觀察樣條橫截面尚洽，如圖9所示悔橄。由圖9發(fā)現(xiàn)玻纖呈現(xiàn)單絲分散，沒有發(fā)現(xiàn)團(tuán)聚體或者局部集中腺毫，整體分散較為均勻癣疟，玻纖相互之間較為離散。這表明“雙波浪計量+銷釘混煉”螺桿構(gòu)型通過熔體橫向混合潮酒，上下翻滾以及質(zhì)點重新分布的方法睛挚，的確促進(jìn)了玻纖分散，避免了玻纖團(tuán)聚的發(fā)生急黎，有利于提高制品力學(xué)性能穩(wěn)定性扎狱。
目視觀察懸臂梁沖擊測試破壞的樣條，發(fā)現(xiàn)該樣條斷面凹凸不平勃教，芯部呈單個山峰狀突起淤击，峰高達(dá)4~6mm，且可以看到遍布整個斷面的凸出玻纖故源，玻纖凸出部分長度達(dá)2~3mm污抬。這表明長玻纖與樹脂基體作用效果明顯，導(dǎo)致了斷面不能沿平面延展绳军，而是呈三維立體狀印机，斷面面積較大，而且需要將較長的玻纖拔出门驾，消耗了更多沖擊能量射赛。采用SEM繼續(xù)觀察該樣條的微觀形貌，如圖10所示奶是。圖10顯示被拔出的玻纖表面粗糙楣责，被樹脂緊密包裹，表明玻纖 – 樹脂界面結(jié)合良好聂沙，復(fù)合材料受破壞時應(yīng)力從樹脂有效傳遞到玻纖上秆麸。
2.4 玻纖折損機理與螺桿設(shè)計探討
根據(jù)三段七區(qū)擠出物理模型，螺桿芯部不通冷水冷卻時逐纬，上熔膜區(qū)和熔池區(qū)占熔融段長度較少，未熔固體在占熔融段大部分的環(huán)流區(qū)和固相破碎區(qū)內(nèi)均被熔體流場環(huán)繞包圍[16]削樊。M. Rohde-Tibitanzl[8]認(rèn)為玻纖在螺桿壓縮段和計量段中的折損機理如圖11所示豁生⊥枚荆可以將玻纖折損區(qū)域分為三部分：①螺棱-機筒縫隙處，由于空間所限甸箱，玻纖在漏流沖刷作用下折損育叁；②熔池中，玻纖之間相互搭接使得其運動能力受限芍殖，在熔體流場中受剪切和彎曲等作用被強行折斷豪嗽；③固體-熔體界面上，玻纖部分露出在熔體流場中豌骏，其余部分固定在未熔固體內(nèi)龟梦，露出部分受到強烈剪切作用使玻纖直接被剪斷。筆者認(rèn)為窃躲，玻纖含量較高的情況下计贰，熔池中玻纖之間相互搭接的受力點比較密集，玻纖不容易在受力點之間變形蒂窒，即熔池中玻纖網(wǎng)絡(luò)抵抗折損的能力較強躁倒，玻纖折損主要發(fā)生在固體-熔體界面。
而傳統(tǒng)螺桿構(gòu)型中洒琢，計量段槽深較淺且壓縮比較大秧秉，沿程熔體壓力梯度較高，盡管有利于塑化和混合衰抑，但固體-熔體界面剪切作用較強象迎，加劇玻纖折損。結(jié)合注塑工藝參數(shù)對于LGF-PP力學(xué)性能的影響停士，可以推測降低熔體剪切作用挖帘，降低沿程熔體壓力和降低熔體在螺槽中的停留時間是抑制玻纖折損，提高LFT材料力學(xué)性能的關(guān)鍵恋技。雖然加深計量段槽深和減小壓縮比有利于此拇舀，但是如果以犧牲塑化效果和熔體質(zhì)量來抑制玻纖折損，必然導(dǎo)致玻纖聚集蜻底、生料現(xiàn)象以及增加制品應(yīng)力缺陷骄崩，最終會降低LFT制品性能以及抑制螺桿通用性。特別是制造汽車前端模塊和門板模塊等大型制件時薄辅，螺桿直徑通常在100mm以上要拂，上述風(fēng)險更可能發(fā)生，并且所造成的效果更加嚴(yán)重站楚。
“雙波浪計量段”獨特的構(gòu)型特點脱惰，使熔體在計量段螺槽內(nèi)發(fā)生橫向流動和上下翻轉(zhuǎn)混合，強化了熱傳導(dǎo)作用窿春，打散了層流拉一，促使DSM機理發(fā)生采盒，有效保證了熔體充分塑化和混煉均勻。在此前提下蔚润，得以加深計量段槽深并減小壓縮比磅氨，達(dá)到降低熔體剪切作用，降低沿程熔體壓力和降低熔體停留時間的目的嫡纠，最終抑制玻纖折損烦租。此外，“雙波浪計量+銷釘混煉”構(gòu)型中除盏，計量段螺槽截面積維持恒定叉橱，加料段與計量段之間的體積變化較平緩，避免了熔體壓力突變導(dǎo)致熔體滯留和玻纖劇烈折損痴颊。
分布性混合元件如銷釘混煉單元赏迟，主要通過多次“分流-匯合”使得熔體發(fā)生質(zhì)點相對位移而達(dá)到混煉的目的。相比較而言蠢棱，“雙波浪計量+銷釘混煉”構(gòu)型使熔體首先在波浪計量段螺槽發(fā)生多次橫向流動和上下翻轉(zhuǎn)混合锌杀，然后再通過銷釘混煉單元發(fā)生質(zhì)點重新分布。和傳統(tǒng)螺桿相比泻仙，“雙波浪計量+銷釘混煉”構(gòu)型實現(xiàn)了真正意義上的三維混煉糕再，保證了玻纖在熔體內(nèi)分散均勻。因此玉转，“雙波浪計量+銷釘混煉”螺桿構(gòu)型不僅有效平衡LFT制品內(nèi)玻纖保留長度和分散狀態(tài)突想，發(fā)揮了LFT復(fù)合材料力學(xué)性能優(yōu)勢，而且具備優(yōu)良通用性究抓，有利于兼容其它塑料成型猾担，成型工藝簡單，滿足靈活生產(chǎn)的需求刺下，提高了設(shè)備投資效益绑嘹。基于上述研究分析橘茉，結(jié)合波浪螺桿在國內(nèi)外的諸多應(yīng)用案例工腋，筆者認(rèn)為“雙波浪計量+銷釘混煉”螺桿構(gòu)型適用于LFT材料注塑并具有諸多優(yōu)勢。
03 結(jié)論
針對LFT材料注塑需要平衡玻纖保留長度和分散狀態(tài)畅卓，從而發(fā)揮長玻纖增強優(yōu)勢的特點擅腰，探究了螺桿構(gòu)型及注塑工藝對LGF-PP復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，觀察了樣條中玻纖保留長度翁潘、分散情況以及玻纖-樹脂界面結(jié)合情況趁冈，并分析論證了波浪螺桿對LFT材料注塑的適用性。主要結(jié)論如下：
(1) 對比LGF-PP樣條力學(xué)性能拜马，“變槽深變螺距”螺桿構(gòu)型略優(yōu)于“雙波浪計量+銷釘混煉”螺桿構(gòu)型渗勘。但是矾飞，增加了強化混煉元件來彌補玻纖分散的不足后，“變槽深變螺距+強化混煉”螺桿構(gòu)型使玻纖折損驟然加劇呀邢。
(2) 使用波浪螺桿注塑LGF-PP制品時，提高熔膠溫度豹绪，降低螺桿轉(zhuǎn)速和背壓价淌，有利于抑制玻纖在塑化過程中發(fā)生折損，提高復(fù)合材料力學(xué)性能瞒津。
(3) 使用波浪螺桿注塑LGF-PP樣條蝉衣，玻纖平均保留長度在4~6mm并且均勻分散；玻纖-樹脂界面結(jié)合牢固巷蚪，應(yīng)力傳遞有效病毡，長玻纖增強效果明顯。
(4) 結(jié)合玻纖折損機理分析屁柏，“雙波浪計量+銷釘混煉”構(gòu)型降低了熔體剪切作用和沿程壓力啦膜，縮短了熔體停留時間，有效平衡了LFT制品內(nèi)玻纖保留長度和分散狀態(tài)淌喻。
參 考 文 獻(xiàn)
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![圖 4 雙波浪計量段混合機理 [16–17]1](http://www.yumeijs.com/file/upload/202012/04/15-24-44-27-1.jpg)
![圖 11 玻纖折損機理示意圖 [8]](http://www.yumeijs.com/file/upload/202012/04/15-26-36-15-1.jpg)
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