Причины появления плавающих волокон и следов растекания на изделиях из ПП GF30

Причины появления плавающих волокон и следов течения в изделиях из PP GF30 (30% полипропилена, армированного стекловолокном) сложны и включают в себя множество факторов, таких как материалы, процессы и формы. Ниже приводится подробный анализ, основанный на отраслевом опыте и технических данных:

1. Проблемы материальной системы

1.1 Недостаточная совместимость стекловолокна и ПП

Как неорганический материал, стекловолокно имеет слабую межфазную адгезию с ПП . Если поверхность стекловолокна не обработана связующим веществом (например, на основе силана) или не добавлен стабилизатор совместимости (например, ПП с привитым малеиновым ангидридом, ПП-г-МАХ), стекловолокно имеет тенденцию отделяться от матрицы и обнажаться на поверхности. Например, когда количество добавляемого ПП-г-МАГ составляет менее 3-5 мас.%, сила межфазного сцепления недостаточна, что значительно увеличивает риск всплытия волокна.

1.2 Аномальная длина и дисперсия стекловолокна

• Чрезмерно длинное стекловолокно (например, длинное волокно >1 мм) склонно к разрушению под действием сдвига, образуя агломерацию коротких волокон; слишком короткое стекловолокно (<0,5 мм) трудно эффективно покрыть смолой. Обе ситуации приводят к плаванию волокон.

• Неравномерное смешивание или необоснованная конструкция шнека (например, недостаточное срезное сечение) приводят к плохой дисперсии стекловолокна. Местные участки с чрезмерно высокой концентрацией стекловолокна прорываются через поверхность и вызывают всплывание волокон.

  
  

1.3 Недостаточная сушка материала

Хотя ПП имеет низкую гигроскопичность, поверхность стекловолокна может впитывать влагу. Если сушка не производится при температуре 70–90 ℃ в течение 2–4 часов, влага улетучивается при высоких температурах, вызывая появление следов растекания и ослабляя связь между стекловолокном и смолой.

2. Неправильные параметры процесса литья под давлением.

2.1 Несбалансированный контроль температуры

• Низкая температура плавления (ниже 180 ℃) увеличивает вязкость ПП, затрудняя полное покрытие стекловолокна и повышая риск всплытия волокна; чрезмерно высокая температура (выше 275 ℃) может привести к деградации стекловолокна и окислению ПП, что приведет к образованию следов текучести и снижению механических свойств.

• Низкая температура формы (ниже 40 ℃) приводит к быстрому затвердеванию поверхностной смолы, а внутреннее стекловолокно прижимается к поверхности из-за усадочного напряжения; чрезмерно высокая температура формы (выше 80 ℃) может привести к чрезмерной кристаллизации и увеличению шероховатости поверхности.

2.2 Плохое соответствие давления и скорости

• Низкое давление впрыска или низкая скорость впрыска приводят к недостаточному заполнению расплавом, а стекловолокно скапливается на поверхности из-за сопротивления потоку; слишком высокая скорость впрыска (например, более 250 см/с) вызывает «эффект фонтана», в результате чего стекловолокно остается с поверхностью расплава.

• Недостаточное давление выдержки (ниже 50 МПа) или короткое время выдержки (менее 10 с) приводит к недостаточному восполнению, и стекловолокно оголяется из-за отскока при усадке; чрезмерно высокое давление выдержки (более 120 МПа) может усилить ориентацию стекловолокна и привести к образованию локального всплывания волокон.

  
  

2.3 Необоснованные параметры винта

• Чрезмерно высокая скорость шнека (более 150 об/мин) вызывает чрезмерный сдвиг стекловолокна, разрывая его на короткие волокна; низкое противодавление (ниже 10 МПа) приводит к неравномерному распределению стекловолокна и чрезмерно большой остаточной длине.

• Неправильная конструкция шнека (например, отсутствие секции смешивания) приводит к неравномерной пластификации и усугублению агломерации стекловолокна.

  
  

3. Дефекты конструкции пресс-формы

3.1 Проблемы с воротами и бегунами

• Слишком маленький размер литника (например, диаметр <1,2 мм) приводит к тому, что скорость сдвига превышает 8000 с⁻¹, выталкивая стекловолокно на поверхность; необоснованное расположение затвора (например, вдали от тонкостенных участков) приводит к длинным путям потока и концентрированной ориентации стекловолокна.

• Слишком тонкий диаметр желоба (менее 4 мм) или высокая шероховатость поверхности (Ra >0,8 мкм) увеличивает сопротивление потоку и вызывает задержку стекловолокна.

  
  

3.2 Неадекватная система вентиляции

Недостаточная глубина вентиляционных канавок формы (менее 0,02 мм) или закупорка приводят к тому, что газ увлекает стекловолокно и всплывает вверх, образуя серебряные полосы или плавающие волокна на поверхности изделия. Специально для сложных конструктивных деталей следует добавлять дополнительные вентиляционные канавки в местах сварки.

3.3 Неправильная обработка поверхности формы

• Зеркальная полировка (Ra <0,1 мкм) повышает вероятность прилипания и обнажения стекловолокна; недостаточная твердость поверхности (например, отсутствие азотированной стали или PVD-покрытия) ускоряет износ формы и приводит к тому, что стекловолокно царапает поверхность.

• Чрезмерное использование антиадгезива для форм или неподходящих типов (например, на основе силикона) ослабляет связь между смолой и формой, способствуя обнажению стекловолокна.

  
  

4. Другие факторы

4.1 Износ и обслуживание оборудования

Сильный износ шнека или цилиндра приводит к неравномерной пластификации и снижению дисперсии стекловолокна; слишком большое отверстие сопла (более 4 мм) вызывает потерю давления расплава и влияет на покрытие из стекловолокна.

4.2 Влажность и температура окружающей среды

Когда влажность окружающей среды превышает 60%, поверхность из стекловолокна легко впитывает влагу; слишком низкая температура в цехе (ниже 15℃) приводит к быстрому охлаждению формы. Обе ситуации увеличивают риск всплытия волокна.

5. Системные решения

5.1 Оптимизация материалов

• Добавьте определенное количество антиплавающего агента для улучшения совместимости и дисперсии стекловолокна и полипропилена.

5.2 Регулировка процесса

• Температура : Контролируйте температуру расплава на уровне 220–250 ℃ и увеличьте температуру формы до 60–80 ℃, чтобы замедлить затвердевание поверхности.

• Давление и скорость : выберите сегментированное давление удержания (например, 90 МПа/2 с → 80 МПа/3 с → 70 МПа/5 с) и контролируйте скорость впрыска на уровне 100–150 см/с, чтобы сбалансировать наполнение и ориентацию.

• Параметры шнека : Уменьшите скорость вращения до уровня ниже 100 об/мин и установите противодавление 15-20 МПа для улучшения пластификации.

  
  

5.3 Улучшение пресс-формы

• Ворота и направляющие : увеличьте диаметр ворот до 1,5-2 мм и используйте веерообразные или подводные ворота; увеличьте диаметр бегунка до 6-8 мм и отполируйте его до Ra <0,4 мкм.

• Вентиляция : откройте вентиляционные канавки глубиной 0,03-0,05 мм в конце полости или используйте разъемную форму для улучшения вентиляции.

• Обработка поверхности : матовая полировка (Ra 0,8-1,2 мкм) поверхности формы и твердое хромирование или азотирование для повышения износостойкости.

  
  

5.4 Техническое обслуживание оборудования и управление производством

• Регулярно проверять износ винта и цилиндра и своевременно заменять их; отрегулируйте отверстие сопла на 3-4 мм, чтобы обеспечить текучесть материала.

• Контролируйте долю переработанного материала до уровня ≤20% и полностью смешивайте его с новым материалом; поддерживать влажность окружающей среды на уровне 40-50% и температуру в цеху на уровне 20-25℃.