CN104004354A - 一种长玻纤增强尼龙66材料的注塑成型方法 - Google Patents

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Abstract

一种长玻纤增强尼龙66材料的注塑成型方法，依次包括原料配制与混合、原料抽湿、注塑、冷却成型及工件回火工序；其中，注塑工序具体是是指将经过步骤二抽湿处理的混合粒料置于注塑机融化，注塑机尾端至射咀分5段温度梯级温控于210-320℃之间以使所述混合粒料融化，而后通过注塑机以慢速一段式或者分段式射胶，将所述融化后的物料注塑入产品模具中，注塑所用模具恒温保持在120℃。本发明的长玻纤增强尼龙66材料的注塑成型方法，在成本没有大幅改变下，增强产品耐疲劳力，延长产品使用寿命。同时，本发明方案中所采用的物料配方，能够有效地增加产品韧性，表面效果良好。

Description

一种长玻纤增强尼龙66材料的注塑成型方法
技术领域
本发明涉及复合材料制造技术领域，尤其涉及一种长玻纤增强尼龙66材料的注塑成型方法。 
背景技术
目前，在玻璃纤维增强尼龙66复合材料以其低成本和良好的成型性能及较高的力学性能广泛运用于运动休闲器材、电子器件、汽车零部件等领域。注塑成型工艺是此种复合材料主要生产方法之一，该方法所用粒料多为短玻纤粒料，但短玻纤粒料经注塑机螺杆塑化和注塑成型后，纤维进一步变短而起不到增强作用，产品力学性能不高。长玻纤增强尼龙66具有更好的增强效果和尺寸稳定性，所制造的产品刚性、抗拉、抗弯、耐冲击性及耐疲劳性能更好，使用寿命更长，可应用于结构部件。但在实际生产中，长玻纤增强尼龙66材料注塑成型工艺却不如短玻纤工艺成熟。其主要原因是短玻纤增强尼龙66粒料熔体流动性较好，工艺参数范围更宽，易于控制，制品外观质量较好。长玻纤增强尼龙66粒料由于纤维长度较长，熔体流动性较差，注塑成型工艺难以控制。 
采用长玻纤增强尼龙66粒料代替短玻纤粒料进行注塑成型时，熔体流动性变差，长玻纤在型腔内容易折断，注塑成型过程中容易出现浮纤、分层等现象，制得的产品表面质量差、产品容易变形。 
针对以上缺陷，提供一种表面质量好、耐疲劳、尺寸稳定性好的长玻纤增强尼龙66材料的注塑成型方法，克服现有技术中存在的缺陷，是业界亟待解决的问题。 
发明内容
基于以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供表面质量好、耐疲劳、尺寸稳定性好的长玻纤增强尼龙66材料的注塑成型方法。 
为了解决上述技术问题，本发明提供实施例提供的一种长玻纤增强尼龙66材料的注塑成型方法，依次包括：原料配制与混合、原料抽湿、注塑、冷却成型及工件回火工序； 
步骤一、原料配制与混合：将A、B 粒料按1:1的重量比机械搅拌混合均匀；其中，A粒料由玻纤长度为10-25mm的长玻纤与尼龙66基体组成，长玻纤和尼龙66基体的质量分数为50%，长玻纤平行于粒料轴分布；B粒料为玻纤长度为80-150μm的短玻纤与尼龙6基体组成，短玻纤在粒料呈杂乱无章分布；
步骤二、原料抽湿：将步骤一种混合均匀的粒料用抽湿机在90-100℃温度条件下进行3-5h抽湿处理；
步骤三、注塑：将经过步骤二抽湿处理的混合粒料置于注塑机融化，注塑机尾端至射咀分5段温度梯级温控于210-320℃之间以使所述混合粒料融化，而后通过注塑机以慢速一段式或者分段式射胶，将所述融化后的物料注塑入产品模具中，注塑所用模具恒温保持在120℃；
步骤四、冷却成型：经步骤四注塑成型后的胶件产品脱模后立即浸入5~20℃冻水中冷却100-150秒，使表面定型，以保持表面平整；
步骤五、工件回火：冷却后的工件浸入90~100℃的热水60-120分钟进行吸水回火，使胶件吸水饱和，使尼龙料恢复原有的韧性。
作为上述技术方案的改进，本发明的优选实施例提供的一种长玻纤增强尼龙6，6材料的注塑成型方法进一步包括下列技术特征的部分或者全部： 
优选地，所述B粒料包含如下质量百分比的原料：
玻纤含量50%，
尼龙6含量49%，
添加剂1%。
进一步地，所述添加剂包括偶联剂0.3%、抗氧化剂0.3%、润滑剂0.4%。 
更优地，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH-550\ KH-560\ KH-570\ KH-792中的一种或者两种，抗氧化剂为抗氧剂1010\1076\1098中的一种或两种，润滑剂为TAF\EBS\芥酸酰胺中的一种或两种。 
相应地，所述注塑机包括料筒和向所述料筒内进料并与所述料筒连通的料斗，所述料筒内设置有进料螺杆，所述射咀设置于所述料筒的前端，所述进料螺杆于料筒的尾端穿插入所述料筒内并推动料筒内装盛的物料通过射咀进入模具内完成注塑工序。 
优选地，所述注塑机的料筒外围设置有五个梯架加热段，五个梯级加热段分布于注塑机尾端至射咀之间，五个梯级加热段按离射咀由远到近的距离依次为：第四加热段、第三加热段、第二加热段、第一加热段、射咀加热段。 
更优地，所述步骤三中，注塑机尾端至射咀分五个梯级加热段加热注塑机料筒内的混合料，分别为：第四加热段210℃-230℃、第三加热段240℃-250℃、第二加热段260℃-280℃、第一加热段280℃-300℃、射咀加热段310℃-320℃。 
优选地，所述料筒内设置有防止注塑机料筒内物料回流的止逆环，所述止逆环位于料筒内第一加热段与射咀加热段之间的对应位置，所述止逆环与射咀之间形成一容料腔以容纳通过料斗进料到料筒内的待注塑物料。 
优选地，所述进料螺杆为突变型螺杆，所述突变型螺杆的长径比为18-20，注塑时突变型螺杆的螺杆压缩比为3-3.5；所述突变型螺杆的头部在注塑是插入所述容料腔内，突变型螺杆的尾部位于所述料筒的尾端并与为注塑提供动力的外界动力源相连，突变型螺杆的头部至尾部之间设置有螺纹间距组件增大的突变型螺纹。 
优选地，所述模具上形成一注入物料的唧咀，唧咀轴截面呈扇形设置，唧咀的横截面半径由外到内逐渐增大，唧咀孔的孔径比注塑射咀孔大0.5-1.0mm，唧咀孔的孔径为5.0-6.5mm，射咀孔径为4.5-5.5mm，经过唧咀的物料经模具内的主流通道和分流通道进入模具型腔中。 
优选地，所述步骤三中，注塑机分三段射胶完成注塑，注塑参数为：第一注塑段注射速度45mm/s、注射压力85kg/cm2，第二注塑段注射速度25mm/s、注射压力65kg/cm2，第三注塑段注射速度10mm/s、注射压力45kg/cm2，三个注塑段注射时间相同，注射总时间20-30s；或者注塑机以慢速一段式或者分段式射胶，注塑参数为：注射速度25-45mm/s、注射压力45-85kg/cm2。 
相比于现有技术，本发明的长玻纤增强尼龙66材料的注塑成型方法，在成本没有大幅改变下，增强产品耐疲劳力，延长产品使用寿命。同时，本发明方案中所采用的物料配方，能够有效地增加产品韧性，表面效果良好。另外，本发明注塑过程采用的注塑方式和注塑条件使得到按此方法加工出的产品具有良好的刚、韧综合性能。再则，通过对注塑设备和模具改良优化，结合所用物料配方及注塑工艺使长玻纤材料流动时的剪切作用降低，长玻纤进入模具型腔时不易折断，所生产的产品具备良好的抗疲劳性能（比市场同类型产品耐疲劳度增加一倍）、刚性及抗冲击强度。 
附图说明
图1为本发明长玻纤增强尼龙66材料的注塑成型方法的流程图。 
图2为本发明长玻纤增强尼龙66材料的注塑成型方法中采用的注塑机的结构示意图。 
图3为本发明长玻纤增强尼龙66材料的注塑成型方法中采用的注塑机的结构示意图一。 
图4为本发明长玻纤增强尼龙66材料的注塑成型方法中采用的注塑机的结构示意图二。 
具体实施方式
以下参考附图及优选实施例进一步详细描述本发明的特点及优点。以下实施方式仅是示例性的，本领域技术人员可在此基础上作出显而易见的修改，这些修改也被包括在本发明的范围内。 
如图1所示，一种长玻纤增强尼龙66材料的注塑成型方法，依次包括：原料配制与混合、原料抽湿、注塑、冷却成型及工件回火工序。下面具体介绍本实施例长玻纤增强尼龙6，6材料的注塑成型方法的详细步骤： 
步骤一S101、原料配制与混合：将A、B 粒料按1:1的重量比机械搅拌混合均匀；其中，A粒料由玻纤长度为10-25mm的长玻纤与尼龙66基体组成，长玻纤和尼龙66基体的质量分数为50%，长玻纤平行于粒料轴分布；B粒料为玻纤长度为80-150μm的短玻纤与尼龙6基体组成，短玻纤在粒料呈杂乱无章分布。在本发明实施例中，B粒料包含如下质量百分比的原料：
玻纤含量50%，
尼龙6含量49%，
添加剂1%。具体实现时，添加剂包括偶联剂0.3%、抗氧化剂0.3%、润滑剂0.4%。本发明实施例中，偶联剂为硅烷偶联剂KH-550，抗氧化剂为抗氧剂1010，润滑剂为TAF。当然在本发明的其他实施例中所述偶联剂还可以是硅烷偶联剂KH-550\ KH-560\ KH-570\ KH-792中的一种或者两种，抗氧化剂还可以是抗氧剂1010\1076\1098中的一种或两种，润滑剂还可以是TAF\EBS\芥酸酰胺中的一种或两种。
步骤二S102、原料抽湿：将步骤一种混合均匀的粒料用抽湿机在90-100℃温度条件下进行3-5h抽湿处理。 
步骤三S103、注塑：将经过步骤二抽湿处理的混合粒料置于注塑机融化，注塑机尾端至射咀分5段温度梯级温控于210-320℃之间以使混合粒料融化，而后通过注塑机以慢速一段式或者分段式射胶，将融化后的物料注塑入产品模具30中，注塑所用模具恒温保持在120℃。 
如图2所示，在本发明实施例中，注塑机包括料筒10和向料筒10内进料并与料筒10连通的料斗20，料筒10内设置有进料螺杆11，射咀12设置于料筒10的前端，进料螺杆11于料筒10的尾端穿插入料筒10内并推动料筒10内装盛的物料通过射咀12进入模具内完成注塑工序。 
具体实现时，注塑机的料筒外围设置有五个梯架加热段，五个梯级加热段分布于注塑机尾端至射咀12之间，五个梯级加热段按离射咀由远到近的距离依次为：第四加热段131、第三加热段132、第二加热段133、第一加热段134、射咀加热段135。步骤三中，注塑机尾端至射咀分五个梯级加热段加热注塑机料筒内的混合料，分别为：第四加热段210℃-230℃、第三加热段240℃-250℃、第二加热段260℃-280℃、第一加热段280℃-300℃、射咀加热段310℃-320℃。由于注塑时物料温度影响粒料的融化与流动，而梯级加热式温度控制可使粒料在料筒内传输时逐渐融化。距离射咀孔较远处的加热温度较低，粒料难以完全融化，减少了粒料向射咀孔传输过程中剪切作用，降低了粒料中的长玻纤的折损情形。粒料传输至射咀孔附近时，该位置的加热温度较高，粒料已经完全融化，保证了粒料熔体的流动性，以利于射胶。 
料筒10内设置有防止注塑机料筒内物料回流的止逆环14，止逆环位于料筒内第一加热段134与射咀加热段135之间的对应位置，止逆环14与射咀之间形成一容料腔15以容纳通过料斗进料到料筒内的待注塑物料。 
在本发明优选实施例中，进料螺杆11为突变型螺杆，突变型螺杆的长径比为18-20，注塑时突变型螺杆的螺杆压缩比为3-3.5；突变型螺杆的头部在注塑是插入容料腔内，突变型螺杆的尾部位于料筒的尾端并与为注塑提供动力的外界动力源相连，突变型螺杆的头部至尾部之间设置有螺纹间距组件增大的突变型螺纹。从结构上分析，在粒料逐渐融化并向射咀传输的过程中，螺杆的螺距越密，熔体流动越慢，同时熔体中的长玻纤所受到的剪切作用越强，玻纤越易折损。而突变型螺杆尾端的螺距较大，螺圈较疏，粒料向前推进的速度较快，减少了熔体传输过程中对长玻纤的剪切。长玻纤所受到的剪切作用越小，越不易折损，越利于发挥长玻纤在复合材料中的增强功能。 
在本发明优选实施例中，模具30上形成一注入物料的唧咀31，唧咀31轴截面呈扇形设置，唧咀31的横截面半径由外到内逐渐增大。具体实现时，本实施中所用模具的唧咀孔311的孔径比注塑射咀孔大0.5-1.0mm，唧咀孔的孔径为5.0-6.5mm，射咀孔径为4.5-5.5mm，经过唧咀的物料经模具内的主流通道32和分流通道33进入模具型腔中。本实施例中，主流通道的直径在10-20mm之间，分流通道的直径在10-15mm之间。从结构上分析，由于唧咀采用本发明的尺寸和设置方式能够使长玻纤所受到的剪切作用变小，不易折损，有利于发挥长玻纤在复合材料中的增强功能，并且保证所生产的产品具备良好的抗疲劳性能、刚性及抗冲击强度。 
步骤三中，注塑机分三段射胶完成注塑，注塑参数为：第一注塑段注射速度45mm/s、注射压力85kg/cm2，第二注塑段注射速度25mm/s、注射压力65kg/cm2，第三注塑段注射速度10mm/s、注射压力45kg/cm2，三个注塑段注射时间相同，注射时间（注射开始到充满模具型腔的时间）20-30s；或者注塑机以慢速一段式或者分段式射胶，注塑参数为：注射速度25-45mm/s、注射压力45-85kg/cm2。需要说明的是，注塑参数视注塑件形状结构、注塑设备规格而定，即使所用原料相同，但塑件结构、尺寸或者设备参数不同时，注塑参数亦会改变。调节注塑参数的目的是使长玻纤在注塑过程中减少玻纤的折损，保留玻纤长度，保障成型后的产品中玻纤长度。本发明实施例中通过优选采用上述注塑参数，保证成型后产品中玻纤长度在2mm以上的比例达到65％以上，从而制得长波性能优异的制件。 
步骤四S104、冷却成型：经步骤四注塑成型后的胶件产品脱模后立即浸入5~20℃冻水中冷却100-150秒，使表面定型，以保持表面平整； 
步骤五S105、工件回火：冷却后的工件浸入90~100℃的热水60-120分钟进行吸水回火，使胶件吸水饱和，使尼龙料恢复原有的韧性。
相比于现有技术，上述实施例揭示的长玻纤增强尼龙6，6材料的注塑成型方法，在成本没有大幅改变下，增强产品耐疲劳力，延长产品使用寿命。同时，本发明方案中所采用的物料配方，能够有效地增加产品韧性，表面效果良好。另外，本发明注塑过程采用的注塑方式和注塑条件使得到按此方法加工出的产品具有良好的刚、韧综合性能。再则，通过对注塑设备和模具改良优化，结合所用物料配方及注塑工艺使长玻纤材料流动时的剪切作用降低，长玻纤进入模具型腔时不易折断，所生产的产品具备良好的抗疲劳性能（比市场同类型产品耐疲劳度增加一倍）、刚性及抗冲击强度。 
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。 

Claims (10)

1.一种长玻纤增强尼龙66材料的注塑成型方法，其特征在于依次包括：原料配制与混合、原料抽湿、注塑、冷却成型及工件回火工序；
步骤一、原料配制与混合：将A、B 粒料按1:1的重量比机械搅拌混合均匀；其中，A粒料由玻纤长度为10-15mm的长玻纤与尼龙66基体组成，长玻纤和尼龙66基体的质量分数为50%，长玻纤平行于粒料轴分布；B粒料为玻纤长度为80-150μm的短玻纤与尼龙6基体组成，短玻纤在粒料呈杂乱无章分布；
步骤二、原料抽湿：将步骤一种混合均匀的粒料用抽湿机在90-100℃温度条件下进行3-5h抽湿处理；
步骤三、注塑：将经过步骤二抽湿处理的混合粒料置于注塑机融化，注塑机尾端至射咀分5段温度梯级温控于210-320℃之间以使所述混合粒料融化，而后通过注塑机以慢速一段式或者分段式射胶，将所述融化后的物料注塑入产品模具中，注塑所用模具恒温保持在120℃；
步骤四、冷却成型：经步骤四注塑成型后的胶件产品脱模后立即浸入5~20℃冻水中冷却100-150秒，使表面定型，以保持表面平整；
步骤五、工件回火：冷却后的工件浸入90~100℃的热水60-120分钟进行吸水回火，使胶件吸水饱和，使尼龙料恢复原有的韧性。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述B粒料包含如下质量百分比的原料：
玻纤含量50%，
尼龙6含量49%，
添加剂1%。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述添加剂包括偶联剂0.3%、抗氧化剂0.3%、润滑剂0.4%。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述注塑机包括料筒和向所述料筒内进料并与所述料筒连通的料斗，所述料筒内设置有进料螺杆，所述射咀设置于所述料筒的前端，所述进料螺杆于料筒的尾端穿插入所述料筒内并推动料筒内装盛的物料通过射咀进入模具内完成注塑工序。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述注塑机的料筒外围设置有五个梯架加热段，五个梯级加热段分布于注塑机尾端至射咀之间，五个梯级加热段按离射咀由远到近的距离依次为：第四加热段、第三加热段、第二加热段、第一加热段、射咀加热段。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，注塑机尾端至射咀分五个梯级加热段加热注塑机料筒内的混合料，分别为：第四加热段210℃-230℃、第三加热段240℃-250℃、第二加热段260℃-280℃、第一加热段280℃-300℃、射咀加热段310℃-320℃。
7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述料筒内设置有防止注塑机料筒内物料回流的止逆环，所述止逆环位于料筒内第一加热段与射咀加热段之间的对应位置，所述止逆环与射咀之间形成一容料腔以容纳通过料斗进料到料筒内的待注塑物料。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述进料螺杆为突变型螺杆，所述突变型螺杆的长径比为18-20，注塑时突变型螺杆的螺杆压缩比为3-3.5；所述突变型螺杆的头部在注塑是插入所述容料腔内，突变型螺杆的尾部位于所述料筒的尾端并与为注塑提供动力的外界动力源相连，突变型螺杆的头部至尾部之间设置有螺纹间距组件增大的突变型螺纹。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述模具上形成一注入物料的唧咀，唧咀轴截面呈扇形设置，唧咀的横截面半径由外到内逐渐增大，唧咀孔的孔径比注塑射咀孔大0.5-1.0mm，唧咀孔的孔径为5.0-6.5mm，射咀孔径为4.5-5.5mm，经过唧咀的物料经模具内的主流通道和分流通道进入模具型腔中。
10.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，注塑机分三段射胶完成注塑，注塑参数为：第一注塑段注射速度45mm/s、注射压力85kg/cm2，第二注塑段注射速度25mm/s、注射压力65kg/cm2，第三注塑段注射速度10mm/s、注射压力45kg/cm2，三个注塑段注射时间相同，注射总时间20-30s；或者注塑机以慢速一段式或者分段式射胶，注塑参数为：注射速度25-45mm/s、注射压力45-85kg/cm2。
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