塑胶射出的表面浮纤现象

■刘文斌/型创科技 技术总监

射出件的表面浮纤现象

会与树脂的流动性、补强纤维 比例含量、补强纤 维的长径比与成品的厚度等条件有关。

射出件表面发生浮纤现象,主要原因是一般加纤塑料的黏度(流动阻力)会比纯塑料来的高;换言之纤维补强塑料的流动性也会较纯塑料来的差,加上纤维补强塑料的熔胶比纯塑料冷却更快,一接触到成型模具表面的低模温条件环境,也会在较短时间内发生冷却固化定型,而且一般射出时流动波前的喷泉现像也会使塑料在靠近模面的位置产生纤维站立现象。所以一 般表面浮纤现象的原因,主要是在成品表面有补强纤 维以小角度站立。
树脂熔胶与无机纤维的质量密度上的差异,会造成纤 维补强塑料熔胶在流动充填过程时,会有某种程度的分离趋势,此将会造成浮纤现象。

  

 图 1: 塑料流动方向与纤维配向;图 2: 喷泉流效应与纤维配向    

射出产品表面浮纤之成因

射出充填时在产品靠近表面的高剪切区域,会因剪切升温现象造成局部熔胶的黏度发生差异,接近产品表面熔胶黏度较低的区域,熔胶与纤维就容易发生滑动分离现象,纤维在此表面区域就容易逐渐累积,产生浮纤现象。 射出成品表面绝大部份是由于表面固化层与喷泉流场效应相互作用所形成,在喷泉流场的流动波前,纤维由内部核心层沿喷泉流场向表面层流动,在一般模温条件下模具表面温度较低,熔胶在此表面层将会瞬间固化冻住,使得纤维会以某一个角度斜插在表面层,如果后续的充填阶段或是饱压阶段热融胶无法将表面曾斜插纤维推倒,便会在产品表面形成明显的表面浮纤现象

浮纤改善方案

一般纤维补强塑料射出件要解决产品表面浮纤现象 时,可以藉由几项方式来进行调整:
1. 调整纤维补强塑料的配方来降低产品表 面浮纤现 象。常见方式为取代法,将具有较大长径比的玻璃纤维补强材,更换成长径比较小的其他等级玻璃纤维补强材(即是更换较细或较短等级的玻璃纤维), 或是将玻璃纤维补强材(GF)的添加比例部分以较细的矿纤(MF)来取代,例如将30%GF的配方调整成10%GF+20%MF的配方,如此虽然产品的机械物性强度会稍降一点,但是可以有效降低浮纤现象。另外挑 选较适当的纤维补强材(例如适当的纤维表面浆剂处 理-sizing)也可以改善浮纤现象。
2. 配方中选用黏度较低的树脂基材,可提升树脂流动能力,熔胶较易维持在流动波前前端位置,当喷泉流动现象发生,此低黏度的树脂熔胶也较易驻留在成品的表皮层,如此可使纤维浮出的现象减少。
3. 调整加工条件也可以改善成品的表面浮纤现象, 通常会使用较高的模温条件。更进阶的做法会应用变 模温技术,因为此技术本质上已将喷泉流流场完全改变,所以在产品表面不容易出现纤维斜插的现象。

 

图 3: 产品表面浮纤明显;图 4: 产品无明显浮纤现象 – 明显改善

其他则可以藉由提高料温、提高射速等方式,延长表 面固化层冷却时间,也可减低表面浮纤现象。模具浇铸系统的设计与浮纤现象的形成有着密切关 系。针对一般玻纤增强树脂的流动性差,而且两种组 分的流动性不一致的特性,模具设计中的流动距离不能太长,让熔体快速充填型腔,保证玻纤能均匀分散, 避免发生淤积分层面而形成浮纤。因此浇铸系统设计 的基本原则是采用大截面积的流道,流程宜平直和短。

如仍有少量浮纤现象,模具表面晒纹也可以有遮盖作用。此外,模具要有充分、均匀的冷却水道以确保通 热油后,模具产品表面的模温一致。

生产工艺首先是料筒温度。由于玻纤增强塑料的熔融 指数比非增强塑料低30%~70%,流动性较差,因此 料筒温度要比纯尼龙 66 高出 10-30℃。 PA66+GF 的 熔融温度为275-280℃,最高不超过310℃。如料温 过高,虽然流动性有所提高,但也容易出现材料分解 及产品烧焦等问题。

其次是模温 ,PA66+GF 的模温在 110-140℃。如模温 太低,易出现走胶困难,产生浮纤;如模温太高,易出现成型周期过长,产品烧焦等问题。总之成型工艺上可采用高料温、高模温、高压、高速、低螺杆转速 注射,对改善浮纤现像比较有利。

材料的选择从原料入手,选择材料时尼龙黏度在力学 性能许可的范围内尽量选择低黏。 IXEF PARA芳香族尼尤材料虽然纤维成份达到50-60%,加工时的流动性很好,容易做出表面光滑亮丽的产品。另外也可以从助剂入手,目前助剂解决浮纤,主要是加强玻纤的流动性,增强玻纤与树脂的结合能力,还有一些专用方法,例如使用特殊染料把玻纤染黑(只适合黑色尼龙)。

表面很光亮的助剂,如硅氧烷、改性的酰胺 类聚合物、玻璃微珠、相熔剂、特种色母(能把玻纤 染黑),对浮纤情况都会有所改善。也可以考虑加一些 PA6来增加材料的流动性。

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