PP⁃CGFR/PP⁃LGFR热压⁃注塑一体成型制品力学性能分析

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.05.001

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (5): 1-8.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.05.001

• 材料与性能 • 下一篇

PP⁃CGFR/PP⁃LGFR热压⁃注塑一体成型制品力学性能分析

吴希然¹^,²(), 贾志欣²(), 刘立君², 李继强², 赵川涛¹^,², 陈博杰³

^1.浙江大学机械工程学院，杭州 310012
^2.浙大宁波理工学院机电与能源工程学院，浙江宁波 315100
^3.宁波市计量测试研究院，浙江宁波 315100

收稿日期:2024-07-10 出版日期:2025-05-26 发布日期:2025-04-26
通讯作者: 贾志欣（1970—），女，教授，从事复合材料成型工艺优化、模具技术、模具表面激光强化研究，jzx@nit.zju.edu.cn
E-mail:22225153@zju.edu.cn;jzx@nit.zju.edu.cn
作者简介:吴希然（2000—），男，研究生，从事复合材料热压⁃注塑一体成型工艺研究，22225153@zju.edu.cn.
基金资助:
宁波市重点研发计划暨“揭榜挂帅”项目(2022Z044);浙江省市场监督管理局科技计划项目(ZC2023061)

Analysis of mechanical properties of PP⁃CGFR/PP⁃LGFR⁃integrated over⁃molding products

WU Xiran¹^,²(), JIA Zhixin²(), LIU Lijun², LI Jiqiang², ZHAO Chuantao¹^,², CHEN Bojie³

^1.School of Mechanical Engineering，Zhejiang University，Hangzhou 310012，China
^2.School of Mechatronics and Energy Engineering，NingboTech University，Ningbo 315100，China
^3.Ningbo Institute of Measurement and Testing，Ningbo 315100，China

Received:2024-07-10 Online:2025-05-26 Published:2025-04-26
Contact: JIA Zhixin E-mail:22225153@zju.edu.cn;jzx@nit.zju.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

采用玻璃纤维增强聚丙烯制备热压⁃注塑一体成型制品，通过正交实验分析影响拉伸强度和弯曲强度的显著性因素，分析工艺参数对制品力学性能的影响；研究了不同工艺参数下的拉伸和弯曲失效模式，并对失效断面进行微观形貌观察，建立了成型工艺参数、微观结构及制品力学性能之间的关系。结果表明，影响制品拉伸强度的显著性因素为预热温度、保压压力、模具温度，影响制品弯曲强度的显著性因素是预热温度、熔体温度、保压压力，制品有机片材与注塑材料的结合强度和有机片材纤维⁃树脂结合程度是影响制品力学性能的主要因素。

关键词: 聚丙烯, 玻璃纤维, 热压?注塑一体成型, 力学性能, 微观结构

Abstract:

Glass⁃fiber⁃reinforced polypropylene was used to prepare integrated over⁃molding products. The significant factors affecting tensile strength and bending strength of the molded products were investigated by an orthogonal experiment， and the influence of process parameters on their mechanical properties was analyzed. Furthermore， the tensile and bending failure modes of the molded products under different process parameters were discussed， the microscopic morphology of their failure section was observed， and the correlations between their molding process and microstructure and mechanical properties were established. The results indicated that the significant factors affecting the tensile strength included the preheating temperature， holding pressure， and mold temperature. The significant factors affecting the bending strength were the preheating temperature， holding pressure， and melt temperature. The bonding strength between organic sheets and injection molding materials and the degree of fiber⁃resin bonding of the organic sheet were the main factors affecting the mechanical properties of the molded products.

Key words: polypropylene, glass fiber, integrated over?molding, mechanical property, microstructure

中图分类号:

TQ325.1⁺4

吴希然, 贾志欣, 刘立君, 李继强, 赵川涛, 陈博杰. PP⁃CGFR/PP⁃LGFR热压⁃注塑一体成型制品力学性能分析[J]. 中国塑料, 2025, 39(5): 1-8.

WU Xiran, JIA Zhixin, LIU Lijun, LI Jiqiang, ZHAO Chuantao, CHEN Bojie. Analysis of mechanical properties of PP⁃CGFR/PP⁃LGFR⁃integrated over⁃molding products[J]. China Plastics, 2025, 39(5): 1-8.

图/表 14

图1 热压⁃注塑一体成型工艺样品制备流程

Fig.1 Sample preparation process of the integrated over⁃molding process

水平	因素
水平	A/℃	B/℃	C/℃	D/%	E/bar
1	130	40	220	35	30
2	150	50	230	40	40
3	170	60	240	45	50
4	200	70	250	50	60
5	220	80	260	55	70

表1 正交实验因素水平表

Tab.1 Factor level of the orthogonal tests

图2 试样尺寸

Fig.2 Size of the samples

实验编号	工艺参数组合	$σ t$ /MPa	$σ f$ /MPa	$S t$	$S f$
1	A₁B₁C₁D₁E₁	132.03	165.40	16.74	21.41
2	A₄B₁C₂D₅E₅	196.62	268.52	22.75	26.32
3	A₅B₁C₄D₃E₃	173.77	282.53	19.21	38.12
4	A₃B₁C₅D₂E₂	157.41	198.33	22.54	27.14
5	A₂B₁C₃D₄E₄	134.51	169.70	14.32	22.12
6	A₅B₂C₂D₂E₄	181.30	251.27	28.97	26.10
7	A₄B₂C₅D₄E₁	139.19	253.25	26.12	46.12
8	A₂B₂C₁D₃E₅	158.99	172.04	15.21	32.12
9	A₁B₂C₄D₅E₂	161.18	177.14	29.41	43.21
10	A₃B₂C₃D₁E₃	132.30	166.28	22.12	26.78
11	A₁B₃C₂D₄E₃	167.19	172.06	20.41	33.12
12	A₅B₃C₅D₁E₅	200.13	236.47	31.54	19.54
13	A₄B₃C₃D₃E₂	163.13	212.62	23.58	21.12
14	A₂B₃C₄D₂E₁	146.11	200.98	38.62	31.24
15	A₃B₃C₁D₅E₄	165.59	192.28	26.94	25.98
16	A₁B₄C₅D₃E₄	150.24	162.45	18.42	13.12
17	A₅B₄C₃D₅E₁	163.09	238.15	24.65	24.12
18	A₃B₄C₄D₄E₅	168.75	184.62	19.54	36.12
19	A₄B₄C₁D₂E₃	170.67	279.34	32.41	47.81
20	A₂B₄C₂D₁E₂	144.54	162.95	23.35	24.35
21	A₂B₅C₅D₅E₃	173.37	220.12	42.32	18.45
22	A₃B₅C₂D₃E₁	161.23	217.08	13.54	11.02
23	A₁B₅C₃D₂E₅	165.44	160.27	23.57	20.13
24	A₄B₅C₄D₁E₄	176.29	272.13	24.21	21.86
25	A₅B₅C₁D₄E₂	201.30	227.64	27.64	29.64

实验编号	工艺参数组合	$σ t$ /MPa	$σ f$ /MPa	$S t$	$S f$
1	A₁B₁C₁D₁E₁	132.03	165.40	16.74	21.41
2	A₄B₁C₂D₅E₅	196.62	268.52	22.75	26.32
3	A₅B₁C₄D₃E₃	173.77	282.53	19.21	38.12
4	A₃B₁C₅D₂E₂	157.41	198.33	22.54	27.14
5	A₂B₁C₃D₄E₄	134.51	169.70	14.32	22.12
6	A₅B₂C₂D₂E₄	181.30	251.27	28.97	26.10
7	A₄B₂C₅D₄E₁	139.19	253.25	26.12	46.12
8	A₂B₂C₁D₃E₅	158.99	172.04	15.21	32.12
9	A₁B₂C₄D₅E₂	161.18	177.14	29.41	43.21
10	A₃B₂C₃D₁E₃	132.30	166.28	22.12	26.78
11	A₁B₃C₂D₄E₃	167.19	172.06	20.41	33.12
12	A₅B₃C₅D₁E₅	200.13	236.47	31.54	19.54
13	A₄B₃C₃D₃E₂	163.13	212.62	23.58	21.12
14	A₂B₃C₄D₂E₁	146.11	200.98	38.62	31.24
15	A₃B₃C₁D₅E₄	165.59	192.28	26.94	25.98
16	A₁B₄C₅D₃E₄	150.24	162.45	18.42	13.12
17	A₅B₄C₃D₅E₁	163.09	238.15	24.65	24.12
18	A₃B₄C₄D₄E₅	168.75	184.62	19.54	36.12
19	A₄B₄C₁D₂E₃	170.67	279.34	32.41	47.81
20	A₂B₄C₂D₁E₂	144.54	162.95	23.35	24.35
21	A₂B₅C₅D₅E₃	173.37	220.12	42.32	18.45
22	A₃B₅C₂D₃E₁	161.23	217.08	13.54	11.02
23	A₁B₅C₃D₂E₅	165.44	160.27	23.57	20.13
24	A₄B₅C₄D₁E₄	176.29	272.13	24.21	21.86
25	A₅B₅C₁D₄E₂	201.30	227.64	27.64	29.64

表2 PP⁃CGFR/PP⁃LGFR制品力学性能正交实验结果

Tab.2 Orthogonal test results of mechanical properties of the PP⁃CGFR/PP⁃LGFR products

表2 PP⁃CGFR/PP⁃LGFR制品力学性能正交实验结果

Tab.2 Orthogonal test results of mechanical properties of the PP⁃CGFR/PP⁃LGFR products

因素	拉伸强度			弯曲强度
因素	自由度	均方	显著性	自由度	均方	显著性
误差	4	52.755	—	4	86.101	—
预热温度	4	878.916	0.009	4	7 962.841	0
模具温度	4	357.496	0.045	4	304.300	0.124
熔体温度	4	240.080	0.086	4	811.015	0.026
注射速度	4	149.333	0.169	4	388.325	0.087
保压压力	4	559.510	0.021	4	571.796	0.047

表3 PP⁃CGFR/PP⁃LGFR制品力学性能的正交实验方差分析

Tab.3 Orthogonal experimental ANOVA of tensile properties of the PP⁃CGFR/PP⁃LGFR products

图3 拉伸强度和弯曲强度随工艺参数的变化趋势

Fig.3 Variation trend of the tensile and bending strength with process parameters

图4 拉伸样本的应力⁃应变曲线

Fig.4 Stress⁃strain curves of the tensile samples

图5 样本A4的拉伸失效介观形貌

Fig.5 Mesoscopic morphology of the sample A4 tensile failure

图6 样本A24的拉伸失效介观形貌

Fig.6 Mesoscopic morphology of the sample A24 tensile failure

图7 不同拉伸样本失效断面形貌对比

Fig.7 Comparison of failure cross⁃section morphology of the tensile samples

图8 不同弯曲样本的应力⁃应变曲线

Fig.8 Stress⁃strain curves of the bending samples

图9 A10弯曲样本失效后的介观及微观形貌

Fig.9 Mesoscopic and microscopic morphology of the sample A10 bending failure

图10 A2弯曲样本失效后的介观及微观形貌

Fig.10 Mesoscopic and microscopic morphology of the sample A2 bending failure

图11 不同弯曲样本失效断面形貌对比

Fig.11 Comparison of failure cross⁃section morphology of the bending samples

参考文献 18

1	Gliszczyński A， Kubiak T. Load⁃carrying capacity of thin⁃walled composite beams subjected to pure bending［J］. Thin⁃Walled Structures， 2017， 115：76⁃85.
2	Czechowski L， Gliszczyński A， Bieniaś J， et al. Failure of GFRP channel section beams subjected to bending⁃numerical and experimental investigations［J］. Composites Part B： Engineering， 2017， 111：112⁃123.
3	Hwang M Y， Kang L. Characteristics and fabrication of piezoelectric GFRP using smart resin prepreg for detecting impact signals［J］. Composites Science and Technology， 2018，167：224⁃233.
4	Bourban P， Bögli A， Bonjour F， et al. Integrated processing of thermoplastic composites［J］.Composites Science and Technology， 1998，58（5）：633–637.
5	Shroff S， Acar E， Kassapoglou C.Design， analysis， fabrication， and testing of composite grid⁃stiffened panels for aircraft structures［J］.Thin⁃Walled Struct，2017，119：235–246.
6	Akkerman R， Bouwman M， Wijskamp S. Analysis of the thermoplastic composite overmolding process： Interface strength［J］. Frontiers in Materials， 2020，7：27.
7	Sauer B B， Kampert W G， Wakeman M D， et al. Screening method for the onset of bonding of molten polyamide resin layers to continuous fiber reinforced laminate sheets［J］. Composites Science and Technology， 2016，129：166⁃172.
8	Rossa⁃Sierra A， Sánchez⁃Soto M， Illescas S， et al. Study of the interface behaviour between MABS/TPU bi⁃layer structures obtained through over moulding［J］. Materials & Design， 2009，30（10）：3 979⁃3 988.
9	Giusti R， Lucchetta G. Analysis of the welding strength in hybrid polypropylene composites as a function of the forming and overmolding parameters［J］. Polymer Engineering & Science， 2018，58（4）：592⁃600.
10	Wis A A， Kodal M， Ozturk S， et al. Overmolded polylactide/jute⁃mat eco⁃composites： A new method to enhance the properties of natural fiber biodegradable composites［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2020，137（20）：48692.
11	Mao Q， Hong Y， Wyatt T P， et al. Insert injection molding of polypropylene single⁃polymer composites［J］. Composites Science and Technology， 2015，106：47⁃54.
12	Wang J， Chen D， Wang S， et al. Insert injection molding of low⁃density polyethylene single⁃polymer composites reinforced with ultrahigh⁃molecular⁃weight polyethylene fabric［J］. Journal of Thermoplastic Composite Materials， 2018，31（8）：1 013⁃1 028.
13	Bariani P F， Bruschi S， Ghiotti A， et al. An approach to modelling the forming process of sheet metal⁃polymer composites［J］. CIRP Annals， 2007，56（1）：261⁃264.
14	Fiorotto M， Lucchetta G. Experimental investigation of a new hybrid molding process to manufacture high⁃performance composites［J］. International Journal of Material Forming， 2013，6（1）：179⁃185.
15	Paramasivam A， Timmaraju M V， Velmurugan R. Influence of preheating on the fracture behavior of over⁃molded short/continuous fiber reinforced polypropylene composites［J］. Journal of composite materials， 2021，55（29）：4 387⁃4 397.
16	符亮，蒋炳炎，吴旺青，等. 玻纤增强聚丙烯与尼龙66模内混合加工成型实验研究［J］. 中南大学学报（自然科学版）， 2019，50（5）：1 075⁃1 081.
	FU L， JIANG B Y， WU W Q，et al. Experimental research on in⁃mold hybrid molding of glass fiber reinforced polypropylene and nylon66［J］. Journal of Central South University：Science and Technology， 2019，50（5）：1 075⁃1 081.
17	Kim D， Kim H， Kim H. Design optimization and manufacture of hybrid glass/carbon fiber reinforced composite bumper beam for automobile vehicle［J］. Composite Structures， 2015，131：742⁃752.
18	Paramasivam A， Mallina V T， Ramachandran V， et al. Effect of interface temperature on low⁃velocity impact response of injection over⁃molded short/continuous fiber reinforced polypropylene composites［J］. Polymer Composites， 2024，45（2）：1 165⁃1 177.

[1]	张箭飞, 包璐璐, 杨廷杰, 李亮. 煤基高流动抗冲共聚聚丙烯的工业开发[J]. 中国塑料, 2025, 39(4): 41-45.
[2]	李静, 肖东, 何雨, 代在波. 改性回收PP塑料颗粒对混凝土切口梁弯曲性能影响[J]. 中国塑料, 2025, 39(4): 92-96.
[3]	陈茜, 王湘, 姜超, 高达利. 马来酸酐接枝聚丙烯的研究进展及应用[J]. 中国塑料, 2025, 39(3): 102-108.
[4]	张衡, 刘浩, 邱守季, 张炳, 吴叔青. 具有优异力学性能的钛白粉增白GFRPA复合材料的制备及性能研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(3): 12-18.
[5]	杨青林, 周松, 李璨然, 余闻达, 罗玉梅. SEBS⁃g⁃MAH对PPO/PA66复合材料性能和形貌的影响[J]. 中国塑料, 2025, 39(3): 30-35.
[6]	张勋, 刘翔, 方梅, 郭攀, 冯跃战, 黄明, 刘春太. 基于动态高分子基复合材料的一体化T型加筋壁板力学性能仿真研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(3): 53-59.
[7]	钟升辉, 王耀华, 吴燕敏, 马晶芬, 阮玉林, 胡准. 红外光谱法测定聚丙烯中抗氧剂3114的含量[J]. 中国塑料, 2025, 39(3): 86-89.
[8]	张辉, 唐站站, 鲍海霞, 程鑫远, 陈斌. 不同环境温度下UPVC管材的力学性能退化研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(2): 26-31.
[9]	许巍, 吕明福, 杜文杰, 郭鹏, 徐耀辉. 双螺杆反应挤出长支链接枝对宽分子量分布聚丙烯性能的影响[J]. 中国塑料, 2025, 39(2): 6-11.
[10]	丁雯. 磷基⁃水性聚氨酯阻燃剂的制备及对棉织物的涂层[J]. 中国塑料, 2025, 39(2): 82-85.
[11]	黄起中. 磷酸酯盐类成核剂对煤基抗冲共聚聚丙烯K8708结晶和力学性能的影响研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(1): 19-24.
[12]	高成涛, 胥秋, 张黎, 李剑, 黄维, 陈劲松, 刘楠, 何声宝, 陈思瑶, 潘首慧. 无机纳米粒子在可生物降解复合材料中的应用进展[J]. 中国塑料, 2025, 39(1): 85-91.
[13]	马建心, 王国梁, 杜中杰, 王武聪, 金华, 邹威, 王洪, 张晨. 羟基官能化ACR的制备及其在PBT改性中的应用研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(9): 14-19.
[14]	曲道鹏, 张涛, 华晨曦, 宋欣雨, 程昌利, 刘禹, 王震宇. 高强电磁屏蔽环氧复合材料的3D打印工艺研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(9): 24-29.
[15]	刘刚, 姚成, 贾磊, 陈喜鹏, 蔡汉生. 电容膜料聚丙烯热拉伸过程中结构演变研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(9): 36-40.

PP⁃CGFR/PP⁃LGFR热压⁃注塑一体成型制品力学性能分析

Analysis of mechanical properties of PP⁃CGFR/PP⁃LGFR⁃integrated over⁃molding products

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 14

参考文献 18

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价