长玻纤增强PP的加工成型

长玻纤增强 PP（LGF-PP）的加工成型需兼顾纤维长度保持、界面结合强度与制品尺寸稳定性，其工艺特殊性源于长玻纤（纤维长度通常＞5mm）在熔融塑化中的分散难度与断裂风险。以下是核心加工成型技术的详细解析：

一、原料预处理与配方设计

1. 原料干燥

必要性：PP 吸湿性低（含水率＜0.05%），但玻纤表面吸附的水分会导致成型时气泡、银纹，需提前干燥。
工艺参数：

干燥温度：80-100℃（热风循环干燥箱）
干燥时间：4-6h（含水率降至＜0.02%）

注意：避免过度干燥导致 PP 氧化，可通入氮气保护。

2. 偶联剂处理

作用：改善玻纤与 PP 的界面相容性，常用硅烷偶联剂（如 KH-550），添加量 0.5%-1.0%。
处理方式：

玻纤表面涂覆偶联剂溶液（乙醇稀释后喷涂），干燥后与 PP 粒料共混。

二、主流成型工艺及关键参数

1. 注塑成型（最常用工艺）

▶ 设备与螺杆设计

螺杆结构：

长径比（L/D）：28-32（常规 PP 为 20-25），增加熔融塑化长度；
压缩比：1.8-2.2（避免过高剪切导致玻纤断裂）；
螺杆头部：选用低剪切的直通式喷嘴，避免止逆环结构（易卡纤）。

模具设计：

浇口形式：扇形浇口或矩形浇口（减少纤维取向），避免点浇口（高剪切）；
模具温度：40-80℃（提高熔料流动性，降低内应力）；
冷却系统：对称设计，避免局部温差导致翘曲。

▶ 工艺参数控制

参数	常规 PP	LGF-PP	影响
料筒温度	180-220℃	220-260℃（后段 240-260℃）	玻纤分散性：温度不足易导致团聚；温度过高 PP 降解
注射压力	60-100MPa	80-140MPa	保压阶段维持纤维填充密实度，避免缺料
注射速度	中速（50-80mm/s）	低速（20-40mm/s）	高速剪切导致玻纤断裂，低速利于纤维取向分布
保压时间	10-20s	20-40s	补偿熔体收缩，减少孔隙率

▶ 典型问题及解决方案

纤维断裂：

现象：制品力学性能下降，表面毛糙；
解决：降低螺杆转速（＜150rpm），改用低剪切混炼段螺杆。

熔接痕强度低：

解决：增加浇口数量，提高模具温度，或在熔接痕处设置冷料井。

2. 挤出成型（用于型材、管材）

▶ 工艺特点

设备要求：

双螺杆挤出机（平行同向旋转，L/D=36-40），强制输送物料，减少纤维沉降；
口模设计：长径比＞10，避免急剧截面变化（防止纤维堆积）。

工艺参数：

挤出温度：230-250℃（熔体黏度适中，纤维分散均匀）；
牵引速度：0.5-1.0m/min（与挤出量匹配，避免拉伸导致纤维取向不均）。

▶ 应用案例

汽车行李架横梁、工业用支撑型材，通过挤出成型实现连续生产，纤维保留率＞80%。

3. 模压成型（用于大型结构件）

▶ 工艺步骤

预制坯制备：

长玻纤与 PP 粒料按比例铺层，制成片状模塑料（LGF-PP SMC），或直接使用长玻纤毡浸胶（预浸料）。

模压参数：

温度：190-220℃（PP 熔融，偶联剂活化）；
压力：10-30MPa（根据制品厚度调整，厚件需更高压力）；
保压时间：5-15min（随厚度增加）。

优势：适合生产面积大、厚度均匀的部件（如汽车保险杠骨架），纤维取向可控。

4. 在线配混成型（新兴技术）

▶ 工艺原理

通过双螺杆挤出机在线将长玻纤（连续纱）与 PP 熔体内复合，直接挤出造粒或注塑成型。
优势：纤维长度保留率更高（可达 10mm 以上），制品强度比传统粒料成型提升 20%-30%。
设备关键：

玻纤导入装置：精确控制喂入量（10%-60%）；
螺杆剪切段：采用分布式混合元件，避免局部过载。

三、后处理工艺

1. 退火处理

目的：消除内应力，提高尺寸稳定性，改善耐候性。
工艺参数：

温度：低于 HDT 10-20℃（如 130-150℃）；
时间：2-4h（随制品厚度增加）；

效果：翘曲变形量降低 50%，冲击强度提升 10%-15%。

2. 表面处理

需求场景：需喷漆、电镀的外观件（如汽车外饰）。
处理方法：

等离子体处理：改善表面极性，提高涂层附着力；
底涂剂（含 PP 接枝马来酸酐成分）：增强界面结合。

四、纤维长度控制与性能平衡

1. 纤维长度对性能的影响

纤维平均长度	拉伸强度	冲击强度	成型流动性
＞5mm	↑30%-50%	↑40%-60%	↓（熔体黏度高）
2-5mm	平衡状态	平衡状态	平衡状态
＜2mm	↓20%-30%	↓30%-40%	↑（流动性好）

2. 纤维长度保持技术

设备优化：

采用低剪切螺杆 + 专用玻纤导入模块（如 KraussMaffei 的 LFI 技术）；
注塑时使用 “纤维保护” 模式（分段注射，降低剪切速率）。

工艺参数优化：

熔体温度提高 10-20℃，降低黏度，减少纤维摩擦断裂；
模压时采用 “阶梯式升压”（先低压铺展，再高压压实）。

五、与短玻纤增强 PP 的成型对比

项目	长玻纤增强 PP（LGF-PP）	短玻纤增强 PP（SGF-PP）
纤维长度	＞5mm（连续或长切段）	0.2-2mm
成型设备	需专用低剪切螺杆、大浇口模具	常规注塑机即可
纤维断裂风险	高（需严格控制剪切）	低
制品性能	各向异性更明显（沿纤维方向强度高）	各向异性较弱
典型应用	结构件（底盘、支架）	非承力件（内饰、外壳）

六、环保与回收加工

1. 废料回收

方法：破碎后与新料按 1:3 比例混合，重新造粒（需注意：回收料纤维长度缩短至 1-2mm，强度下降 15%-20%）。
应用：用于对性能要求较低的部件（如物流托盘、工业包装箱）。

2. 绿色成型趋势

低能耗工艺：电磁感应加热料筒（节能 15%-20%），模温机余热回收；
无卤阻燃体系：采用磷系阻燃剂替代卤素，满足环保法规（如 RoHS）。

总结

LGF-PP 的加工成型核心在于 **“控剪切、保纤维、调取向”**：通过设备选型（低剪切螺杆、专用模具）、工艺参数优化（低温低速、阶梯保压）及后处理（退火、表面处理），在保证纤维长度的同时实现制品性能最大化。未来，随着在线配混、3D 打印（如 FDM 长纤维增强技术）等新兴工艺的发展，LGF-PP 的成型将向更高效率、更低成本方向演进。