LGF w porównaniu z kompozytem SGF
W dziedzinie modyfikacji wysokowydajnych tworzyw konstrukcyjnych-wzmocnienie włóknem szklanym jest niewątpliwie najbardziej dojrzałym i powszechnie stosowanym podejściem technicznym. Jednak dla wielu inżynierów i nabywców pozornie prosty parametr - długość włókna - jest często niedoceniany.
Kiedy mówimy o tworzywach termoplastycznych wzmocnionych włóknem szklanym, krótkie włókna szklane (SGF) i długie włókna szklane (LGF), mimo że mają podobny skład, wykazują bardzo różne właściwości, od mikrostruktury po właściwości makroskopowe. Ten artykuł zabierze Cię w głąb wnętrza materiału, aby porównać logikę leżącą u podstaw logiki i granice zastosowań tych dwóch materiałów.
Pochodzenie: Różnice genetyczne
Różnice między nimi zostały wcześniej określone na linii produkcyjnej.
Krótkie włókno szklane (SGF) to „tradycyjny standard” w branży. Jego produkcja odbywa się zwykle w wytłaczarce dwuślimakowej-, gdzie-krótko cięte włókna miesza się z żywicą i topi. Podczas tego procesu intensywna mechaniczna siła ścinająca rozrywa włókna szklane, w wyniku czego włókna w końcowych cząstkach są zazwyczaj bardzo krótkie (około 0,2 mm - 0.4 mm). Proces ten jest bardzo wydajny i-opłacalny, dlatego SGF stał się preferowanym wyborem w przypadku większości modyfikowanych tworzyw sztucznych.
Natomiast długie włókno szklane (LGF) ma bardziej „wzniosłe” pochodzenie. Jest produkowany w procesie pultruzji-z powłoką kabla. Wiązki włókien szklanych są całkowicie zanurzane w stopionej żywicy w specjalnej formie, a następnie wyciągane jak kabel, po czym następuje chłodzenie i granulacja. W tym procesie długość cząstek jest taka sama jak długość włókna (zwykle 10 mm - 12 mm lub nawet więcej). Ten specjalny proces ma na celu maksymalizację integralności włókien, kładąc podwaliny pod późniejsze skoki wydajności.
Materiał GF: Struktura wewnętrzna
Jeśli zbliżymy się pod mikroskopem, zobaczymy dwie zupełnie różne sceny, co jest podstawową przyczyną różnic w wydajności między nimi.
W przypadku krótkich komponentów z włókna szklanego drobne włókna są rozproszone niczym wykałaczki w matrycy żywicy. Chociaż mogą zwiększać sztywność materiału, włókna działają niezależnie od siebie i nie mają wzajemnych połączeń. Pod wpływem stresu pełnią głównie rolę „wypełniającą i wzmacniającą”.
Natomiast wewnątrz elementów z długiego włókna szklanego sytuacja jest zupełnie inna. Chociaż po formowaniu wtryskowym długość włókna zostanie nieco zmniejszona, zachowana długość może nadal sięgać ponad 1 mm - 3 mm (ponad 10 razy więcej niż w przypadku krótkich włókien szklanych). Co ważniejsze, te długie włókna są zagięte i splecione w komponencie, tworząc trójwymiarową-wymiarową „sieć szkieletową”. Ta struktura sieciowa przypomina stalowe pręty w betonie, szczelnie łącząc ze sobą cały materiał.
Gra wydajnościowa
To właśnie dzięki tej „sieci szkieletowej” długie włókna szklane wywierają-niemal wszechstronne tłumienie krótkich włókien szklanych pod względem właściwości mechanicznych, zwłaszcza w ekstremalnych warunkach:
1. Jakościowa zmiana odporności na uderzenia.Jest to najważniejsza zaleta materiału LGF. Kiedy krótki materiał z włókna szklanego jest poddawany działaniu siły zewnętrznej, pęknięcia mogą łatwo ominąć krótkie włókna i szybko się rozszerzać, a włókna są podatne na wyciąganie, co skutkuje kruchością materiału. Jednakże siatka uzwojeń wewnątrz długich włókien szklanych może skutecznie absorbować i rozpraszać energię uderzenia. Aby pęknięcie się rozszerzyło, musi pokonać niedrożność długich włókien, a nawet wymagać zerwania włókien. Dlatego udarność materiału LGF z karbem jest zwykle 2–3 razy większa niż w przypadku SGF i pozostaje on wytrzymały nawet w środowiskach o niskiej-temperaturze.
2. W bitwieprzed wysoką temperaturą i trwałościąPod długotrwałym-obciążeniem tworzywa sztuczne są podatne na „pełzanie” (tj. z biegiem czasu następuje trwałe odkształcenie). Krótkie włókna są zbyt krótkie, aby skutecznie zapobiegać ślizganiu się łańcuchów polimerowych. Jednakże struktura sieciowa długich włókien szklanych może mocno „utrzymywać” matrycę żywiczną, znacznie hamując pełzanie. Co więcej, w środowiskach-o wysokiej temperaturze wytrzymałość zmęczeniowa-wysokotemperaturowych materiałów LGF znacznie przewyższa wytrzymałość zmęczeniową materiałów SGF. To sprawia, że LGF jest idealnym wyborem do elementów silników samochodowych, części konstrukcyjnych itp., które muszą wytrzymywać zmienne obciążenia.
3. Konkurencja stabilności wymiarowejCzęści formowane wtryskowo często napotykają problem odkształceń wypaczających, które często są spowodowane anizotropią wynikającą z ułożenia (orientacji) włókien wzdłuż kierunku przepływu. Orientacja krótkich włókien szklanych jest niezwykle silna, co sprawia, że wypraski są podatne na zginanie. Jednakże długie włókna szklane, choć również zorientowane ze względu na ich wzajemne nawinięcie, zapewniają siłę ograniczającą również w kierunku pionowym. Powoduje to bardziej równomierny stopień skurczu i mniejsze wypaczenie części formowanych LGF, co czyni je bardzo odpowiednimi do produkcji dużych komponentów o rygorystycznych wymaganiach dotyczących dokładności wymiarowej.
Dlaczego LGF i SGF współistnieją?
Skoro wydajność długich włókien szklanych jest tak doskonała, dlaczego nie zastąpiły one całkowicie krótkich włókien szklanych? Powodem jest to, że w dziedzinie materiałów nie ma materiału doskonałego; istnieją tylko najbardziej odpowiednie materiały. Krótkie włókna szklane nadal mają zalety w następujących aspektach:
Po pierwsze, jest aspekt wygody przetwarzania i wyglądu. Przetwarzanie długich włókien szklanych wymaga niezwykle starannej kontroli procesu, aby zapobiec pękaniu włókien i jest podatne na „pływające włókna”, co powoduje szorstką powierzchnię. Z drugiej strony krótkie włókna szklane charakteryzują się dobrą płynnością, a ich powierzchnie można łatwo nadać gładkości i połysku. W przypadku produktów o wysokich wymaganiach dotyczących wyglądu, złożonych struktur i umiarkowanych wymagań wytrzymałościowych, takich jak obudowy elektroniki użytkowej, SGF pozostaje liderem.
Kolejnym aspektem jest-opłacalność. Koszty surowców i koszty przetwarzania LGF są na ogół wyższe niż koszty SGF. W tych ogólnych dziedzinach, które nie wymagają ekstremalnej odporności na uderzenia ani odporności na pełzanie, zastosowanie LGF jest niewątpliwie przypadkiem nadmiernej-wydajności i marnowania kosztów.
Dlatego konkurencja między długimi i krótkimi włóknami szklanymi nie jest prostą kwestią wyższości lub niższości; polega raczej na podziale scenariuszy zastosowań. Jeśli Twoim celem jest „zastąpienie stali tworzywem sztucznym” i potrzebujesz, aby materiał wytrzymał znaczne uderzenia, wytrzymał-długoterminowe duże obciążenia lub zastąpi-odlewane ciśnieniowo części ze stopu aluminium, aby uzyskać lekkość, wówczas długie włókna szklane (LGF) są niezbędnym rozwiązaniem-o wysokiej wydajności.
Jeśli Twój produkt skupia się bardziej na wyjątkowym wyglądzie, skomplikowanej strukturze i ma głównie na celu podstawowe sztywne wsparcie, przy niskich wymaganiach dotyczących ekstremalnej wytrzymałości, wówczas krótkie włókna szklane (SGF) będą najlepszym wyborem, który równoważy wydajność i koszty.
Skontaktuj się z ekspertem materiałowym
