LFT长纤维增强塑料注塑浮纤的分析
作者：HZ-AIM 2020/3/10
关于长纤维增强材料的浮纤有两种截然相反的看法，一种认为长纤维会产生大量浮纤，而另一种看法是纤维长能减少浮纤。本文尝试对实践中出现的不同LFT制品浮纤的形成机理进行分析解释，并在此基础上归纳了相应的解决措施。
一．LFT（长纤维增强塑料）与SFT（短纤维增强塑料）产生浮纤的现象观察
通常意义上的浮纤，是由玻璃纤维断头露出制品表面产生的。短纤维增强塑料里，有很多纤维长度是在0.1mm以下，基本上是随熔体自由流动的。流动到模具表面的纤维不能被熔体包覆住的话，即成为可见的浮纤。
但对长纤维制品进行显微镜观察可以证明，长的纤维更趋向于平行于制品表面，而不是朝外“竖起”。另外因为在同样含量的条件下，纤维总数量比SFT少，所以可暴露的断头数量也少。从上述两方面看，原理上LFT的浮纤应该比SFT少。
那么导致LFT浮纤的原因是什么呢？ 通过对不同的出现浮纤的制品进行观察，可以发现两种情况。一种是发白点有玻纤，通常是多根玻纤平行紧密排列。这种情况下虽然玻纤外面有胶，但厚度不足遮盖住玻纤束的白色，所以留下可见的白丝。另一种情况是发白处其实没有玻纤，只是空洞，光线在此折射形成白丝。
二．LFT浮纤的原因分析及相应措施
第一种情况产生的原因是LFT颗粒在塑化过程中没有完全散开，即塑化不良。通常熟练的注塑师傅会采取提高注塑温度、螺杆转速等措施来解决。这些方法在一定程度上是有效的，但如果理解LFT长纤维颗粒的特点的话，调节会更加有的放矢。LFT塑化最主要的一点是，长的纤维可以促进熔体的分散混合，如果颗粒外层的纤维过快塑化而内部还来不及熔化，那么外层纤维会过多磨损，反而削弱对内层纤维的分散能力。
所以单纯靠增加剪切往往不能根本解决问题，注塑工艺调节的目标应该是让颗粒尽快完全熔化然后再以适度的剪切促进颗粒与色粉等添加物的混合。根据实践，推荐采取这些方法： a）在料斗内预热，b）提高螺杆输送段温度，c）增大贮胶量。
有时客户反应，用旧注塑机注塑时外观正常，但用新的注塑机注塑反而出现浮纤（料花）。根据我们的分析，原因是炮筒的粗糙度。从螺杆送料的原理上讲，炮筒摩擦系数应该要大于螺杆摩擦系数。但现在有很多炮筒只是磨过，没有进行表面处理，所以内壁非常光滑。使用尺寸较小的SFT颗粒时影响还不明显，因为颗粒可以互相滑动；但LFT颗粒间难以滑动，就导致料不容易被压紧，使实际塑化长度大大缩短。如果是这种情况，可以尝试提高输送段的温度，让外层颗粒尽早熔化来增加跟炮筒的摩擦力。
此外还有一个令人疑惑的现象是，没有冷料井的模具往往容易出现浮纤。要解释这个现象，必须理解一点，就是喷嘴和流道对分散残留的玻纤束起着很大作用。因为在这阶段流体速度梯度大，容易把跨越不同速度层的纤维拉开。不设冷料井时，料头缺少了喷嘴的分散作用，变成在充模过程中分散到模具内部，就容易造成表面缺陷。出现这类问题的话，最好的方法还是修改模具，增加冷料井。
第二种情况在现场往往难以跟第一种情况区别开，即使采取各种提高塑化效果的措施都不奏效。因为这类情况产生的原因跟塑化无关，而是由充模过程引起的。具体地说，部分较长的纤维外端接触到模腔后冷却固化下来，但另一端仍在熔融流动区。随着熔体的继续流动，这些纤维可能会被再次拖走，并在原来的位置留下一个空穴。这种现象较多发生在熔接缝两侧，因为熔体汇合过程中产生的扰动比较大。
解决这个问题的要点是防止熔体过早凝结，主要措施是a）提高喷嘴温度，b）提高模具温度。大多数注塑师傅不愿意把喷嘴温度设得过高，担心流挂。其实，长纤维料在零剪切速率下的粘度是非常高的，以我们的长纤维增强聚丙烯来说，虽然其注塑压力只要40左右即可充模，但在喷嘴里即使温度250 ℃ 也不会自由流淌，所以这主要是受习惯性思维的影响。提高模温也有人担心会降低生产率，不过实际上，因为LFT的导热速度快，脱模温度高，所以相比SFT的注塑周期并不一定需要延长。
结束语
长纤维增强塑料跟传统短纤维增强塑料虽然基本属性相同，但在性能和加工工艺上是有其独特性的。我们LFT供应商不仅要关注自己的产品质量，还要把知识面延伸到注塑领域，深入理解新材料在应用上的特点，才能协助用户解决问题。关于LFT的浮纤问题，可以说目前的各种观点都有道理，不过如果方法正确，使用LFT应该能获得比SFT更好的外观质量。
作者：HZ-AIM 2020/3/10
关于长纤维增强材料的浮纤有两种截然相反的看法，一种认为长纤维会产生大量浮纤，而另一种看法是纤维长能减少浮纤。本文尝试对实践中出现的不同LFT制品浮纤的形成机理进行分析解释，并在此基础上归纳了相应的解决措施。
一．LFT（长纤维增强塑料）与SFT（短纤维增强塑料）产生浮纤的现象观察
通常意义上的浮纤，是由玻璃纤维断头露出制品表面产生的。短纤维增强塑料里，有很多纤维长度是在0.1mm以下，基本上是随熔体自由流动的。流动到模具表面的纤维不能被熔体包覆住的话，即成为可见的浮纤。
但对长纤维制品进行显微镜观察可以证明，长的纤维更趋向于平行于制品表面，而不是朝外“竖起”。另外因为在同样含量的条件下，纤维总数量比SFT少，所以可暴露的断头数量也少。从上述两方面看，原理上LFT的浮纤应该比SFT少。
那么导致LFT浮纤的原因是什么呢？ 通过对不同的出现浮纤的制品进行观察，可以发现两种情况。一种是发白点有玻纤，通常是多根玻纤平行紧密排列。这种情况下虽然玻纤外面有胶，但厚度不足遮盖住玻纤束的白色，所以留下可见的白丝。另一种情况是发白处其实没有玻纤，只是空洞，光线在此折射形成白丝。
二．LFT浮纤的原因分析及相应措施
第一种情况产生的原因是LFT颗粒在塑化过程中没有完全散开，即塑化不良。通常熟练的注塑师傅会采取提高注塑温度、螺杆转速等措施来解决。这些方法在一定程度上是有效的，但如果理解LFT长纤维颗粒的特点的话，调节会更加有的放矢。LFT塑化最主要的一点是，长的纤维可以促进熔体的分散混合，如果颗粒外层的纤维过快塑化而内部还来不及熔化，那么外层纤维会过多磨损，反而削弱对内层纤维的分散能力。
所以单纯靠增加剪切往往不能根本解决问题，注塑工艺调节的目标应该是让颗粒尽快完全熔化然后再以适度的剪切促进颗粒与色粉等添加物的混合。根据实践，推荐采取这些方法： a）在料斗内预热，b）提高螺杆输送段温度，c）增大贮胶量。
有时客户反应，用旧注塑机注塑时外观正常，但用新的注塑机注塑反而出现浮纤（料花）。根据我们的分析，原因是炮筒的粗糙度。从螺杆送料的原理上讲，炮筒摩擦系数应该要大于螺杆摩擦系数。但现在有很多炮筒只是磨过，没有进行表面处理，所以内壁非常光滑。使用尺寸较小的SFT颗粒时影响还不明显，因为颗粒可以互相滑动；但LFT颗粒间难以滑动，就导致料不容易被压紧，使实际塑化长度大大缩短。如果是这种情况，可以尝试提高输送段的温度，让外层颗粒尽早熔化来增加跟炮筒的摩擦力。
此外还有一个令人疑惑的现象是，没有冷料井的模具往往容易出现浮纤。要解释这个现象，必须理解一点，就是喷嘴和流道对分散残留的玻纤束起着很大作用。因为在这阶段流体速度梯度大，容易把跨越不同速度层的纤维拉开。不设冷料井时，料头缺少了喷嘴的分散作用，变成在充模过程中分散到模具内部，就容易造成表面缺陷。出现这类问题的话，最好的方法还是修改模具，增加冷料井。
第二种情况在现场往往难以跟第一种情况区别开，即使采取各种提高塑化效果的措施都不奏效。因为这类情况产生的原因跟塑化无关，而是由充模过程引起的。具体地说，部分较长的纤维外端接触到模腔后冷却固化下来，但另一端仍在熔融流动区。随着熔体的继续流动，这些纤维可能会被再次拖走，并在原来的位置留下一个空穴。这种现象较多发生在熔接缝两侧，因为熔体汇合过程中产生的扰动比较大。
解决这个问题的要点是防止熔体过早凝结，主要措施是a）提高喷嘴温度，b）提高模具温度。大多数注塑师傅不愿意把喷嘴温度设得过高，担心流挂。其实，长纤维料在零剪切速率下的粘度是非常高的，以我们的长纤维增强聚丙烯来说，虽然其注塑压力只要40左右即可充模，但在喷嘴里即使温度250 ℃ 也不会自由流淌，所以这主要是受习惯性思维的影响。提高模温也有人担心会降低生产率，不过实际上，因为LFT的导热速度快，脱模温度高，所以相比SFT的注塑周期并不一定需要延长。
结束语
长纤维增强塑料跟传统短纤维增强塑料虽然基本属性相同，但在性能和加工工艺上是有其独特性的。我们LFT供应商不仅要关注自己的产品质量，还要把知识面延伸到注塑领域，深入理解新材料在应用上的特点，才能协助用户解决问题。关于LFT的浮纤问题，可以说目前的各种观点都有道理，不过如果方法正确，使用LFT应该能获得比SFT更好的外观质量。
