一、玻纖增強聚碳酸酯簡介
聚碳酸酯具有優(yōu)良的物理機械性能,尤其是耐沖擊性優(yōu)異,拉伸強度、彎曲強度、壓縮強度高;蠕變性小,尺寸穩(wěn)定;具有良好的耐熱性和耐低溫性,但其抗疲勞強度差,容易產(chǎn)生應(yīng)力開裂,抗溶劑性差,耐磨性欠佳。所以通過玻璃纖維來改善抗疲勞、抗溶劑性等性能,使更廣泛運用于玻璃裝配業(yè)、汽車工業(yè)和電子、電器工業(yè),其次還有工業(yè)機械零件、光盤、包裝、計算機等辦公室設(shè)備、醫(yī)療及保健、薄膜、休閑和防護器材等。
二、玻纖增強聚碳酸酯“浮纖”現(xiàn)象產(chǎn)生原因
增強聚碳酸酯成型生產(chǎn)中容易出現(xiàn)一些問題,包括因熔融粘度大造成的充填困難、因混煉不均造成的性能變化以及制品表面質(zhì)量、翹曲變形等等。特別是制品表面質(zhì)量,對于外觀要求越來越高的產(chǎn)品零件來說,有著十分重要的意義。“浮纖”現(xiàn)象是玻纖增強PC在注射成型過程中,經(jīng)常出現(xiàn)的表面質(zhì)量問題,一直困擾著塑料制品的生產(chǎn)制造。
浮纖
浮纖也叫露纖。在生產(chǎn)加玻纖的原料時最容易出現(xiàn)的就是表面外觀不良,主要為燒焦、露纖和料花。而這個里面最主要的、最難解決的就是露纖了。所謂露纖就是玻璃纖維露在產(chǎn)品表面,比較粗糙,外觀上比較難以接受。
浮纖形成的原因有很多,但最主要原因有三種:
1.玻璃纖維與聚碳酸酯的相容性
玻纖增強聚碳酸酯是由玻璃纖維和聚碳酸酯所構(gòu)成的復(fù)合體,兩種材質(zhì)差異較大,彼此混合后存在相容的問題,為了保證塑料的性能,玻璃纖維要經(jīng)過表面處理才能與塑料分子產(chǎn)生一定的界面相容性,但偶聯(lián)劑添加到一定的份量會達到一個相容力的極限,這種相容性是相對的,有限的及不穩(wěn)定的,狀態(tài)改變時外因作用達到一定程度就會被破壞,玻璃纖維會因此擺脫束縛。
2.玻璃纖維與基料的比重差異
“浮纖”現(xiàn)象是在注射成型過程中出現(xiàn)的,處于粘流狀態(tài)的聚酯熔體從注射機噴嘴經(jīng)由模具的澆注系統(tǒng)注入型腔,在這個流動過程中,由于玻璃纖維與聚碳酸酯的比重不同,其流動性也會有差異,使兩者形成分離的趨勢,當(dāng)分離作用力大于界面粘結(jié)力時便會脫離開,而且密度小的物質(zhì)浮向表面,密度大的物質(zhì)沉入里面,因玻璃纖維密度較小,故浮向表層而外露,在制品表面產(chǎn)生白色的痕跡。此外,聚酯在流動過程中受到嫘桿、噴嘴、道流及澆口的摩擦剪切力左右,既易造成局部粘度的差異,又會破壞玻纖表面的界面層,熔體粘度愈小,界面層受損,玻璃纖維受到的粘結(jié)力也愈小,當(dāng)粘度小到一定程度時,玻璃纖維便會擺脫樹脂基體的束縛,逐漸向表面累積而外露。
3.噴泉效應(yīng)
聚酯熔體注入型模時,會形成“噴泉”效應(yīng),即玻璃纖維會由內(nèi)部向外表流動,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嗣凍結(jié),若不能及時被熔體充分包圍,就會外露而形成“浮纖”。
三、我司玻纖增強聚碳酸酯“浮纖”現(xiàn)象解決方案
根據(jù)浮纖產(chǎn)生的原因,提出相對應(yīng)的解決方案:
改善玻纖與聚碳酸酯的相容性
通過加入相容劑、分散劑、潤滑劑來改性玻纖,從而提高玻纖與聚酯的相容性,增加界面粘結(jié)強度,來改善“浮纖”現(xiàn)象。但目前市場上的玻纖生產(chǎn)廠家,如巨石集團、泰山玻纖等均生產(chǎn)改性專用的無堿玻纖無捻粗紗,其涂覆硅烷浸潤劑,能改善二者的相容性。但二者的相容性是相對的,因此玻纖與聚碳酸酯的配方也是非常關(guān)鍵的。
改善玻纖與聚碳酸酯的比重
聚碳酸酯要選用流動性高的,這樣既能保證增強聚酯具有良好的流動性,因此能改善由于剪切力引起局部黏度差異。而玻纖則要選擇短纖,由于短纖與聚酯分散混合均勻,能改善浮纖的現(xiàn)象,但是相對無捻粗紗連續(xù)玻纖成本就提升了,目前國內(nèi)大部分改性廠家都是用連續(xù)玻纖。而連續(xù)玻纖是通過螺桿剪切分散在聚碳酸酯基體中,因此控制控制螺桿的轉(zhuǎn)速以及聚酯的進料量是連續(xù)玻纖增強的關(guān)鍵所在。只要控制好二者的量,生產(chǎn)出來的玻纖增強PC也能改善“浮纖”現(xiàn)象。
通過改善成型工藝條件
(1) 適當(dāng)提高溫度
由于玻纖增強PC的熔融指數(shù)相對應(yīng)的降低了,因此要適當(dāng)?shù)奶岣吡贤暗膯栴},改善流動性,避免填充及熔接不良,但溫度不宜過高,加料段溫度比壓縮段稍低即可,以利用其預(yù)熱效果,降低螺桿對玻纖產(chǎn)生的剪切作用,減少局部黏度的差異及對玻纖袁面的破壞力,保證二者的粘結(jié)強度。此外,還需還對應(yīng)的提高模具溫度,減少了玻纖和模具接觸阻力,讓玻纖與聚碳酸酯的速度差盡量變小,從而可以減少浮纖。
(2) 適當(dāng)提高壓力以及射速
較高的注塑壓力和背壓有利于填充,提高玻纖分散性,但會容易造成翹曲變形,脫模困難,因此壓力只需比非增強的PC略高點即可。
提高射速能明顯的改善“浮纖”現(xiàn)象,雖然二者存在的流速差,但相對于高速射膠而言,他們的相對速度差較少,從而減少取向性、增加玻纖的分散性,但需要注意澆口處發(fā)生“噴射”現(xiàn)象。
在注塑成型過程中,維持玻纖與聚碳酸酯具有穩(wěn)定的相容性,是改善“浮纖”現(xiàn)象的關(guān)鍵所在,這要求一方面需進一步強化其界面親和力,另一方面則要持續(xù)保證玻纖具有足夠的分散性。因此,在合成玻纖增強PC時,增強料的好壞直接決定著“浮纖”現(xiàn)象。
成果:
下面的幾幅圖為客戶用我司TG-2630粒子所注塑的產(chǎn)品圖片,為清楚起見,圖片為放大圖片,倍率為5-10倍。
此圖為軍用接線器圖片。所注塑產(chǎn)品表面光滑平整,有漢白玉一般的質(zhì)感,堅硬無比。用放大鏡也無法找到玻纖外露現(xiàn)象。
下圖的民用注塑件所用模具精度不高,但所獲得的產(chǎn)品依然性能優(yōu)越。敲擊隱隱有金屬聲。
客戶產(chǎn)品眾多,如精密印版、電腦組件、手機組件等等,鑒于篇幅和其他原因,這里就不一一列舉了。