Kiedy bierzesz do ręki telefon, demontujesz część samochodu lub oglądasz obudowę urządzenia gospodarstwa domowego, możesz nie zdawać sobie sprawy, że te pozornie zwyczajne plastikowe produkty zawierają grupę „niewidzialnych prętów stalowych” – włókno szklane (GF). Od arkuszy PC o zawartości 30% GF do arkuszy PA6 o zawartości 30% GF, te wzmacniające włókna szklane cicho wspierają korpus z arkuszy i prętów z organicznego tworzywa sztucznego, podobnie jak stalowe pręty w betonie. Dzisiaj przyjrzyjmy się, jak długie włókna szklane, krótkie włókna szklane i płaskie włókna szklane umożliwiają tworzywom sztucznym osiągnięcie transformacji łączącej sztywność i elastyczność.
Kształt i różnice strukturalne
| Zakres długości | Średnica/grubość | Charakterystyka kształtu | Charakterystyka procesu produkcyjnego | |
| Długie włókno szklane | 5 ~ 25 mm (zwykle 6 ~ 12 mm) | 10 ~ 20um | Cięcia ciągłe lub wielosegmentowe zapewniają wysoką integralność włókien. | W wielu procesach stosuje się „bezpośrednie wzmocnienie długimi włóknami”, zachowując pierwotną długość włókien. |
| Krótkie włókno szklane | 0,1 ~ 1 mm (zwykle 0,2 ~ 0,5 mm) | 10 ~ 15um | Segmenty krótko przycięte, podatne na pękanie podczas obróbki | Ścinane i łamane podczas mieszania stopu, co skutkuje dyspersją o dużej długości |
| Płaskie włókno szklane | Zwykle 0,5 ~ 5 mm | Grubość 3 ~ 10um, szerokość 50 ~ 200um | Kształt płaskiego paska, wysoki współczynnik kształtu (długość/grubość) | Wykonane w specjalnym procesie ciągnienia drutu w celu uzyskania płaskiego przekroju przy zachowaniu określonej długości |
Porównanie różnic w wydajności
1. Właściwości mechaniczne
Długie włókno szklane:
Dzięki większej długości włókna i większej powierzchni styku z żywicą może skuteczniej przenosić naprężenia. Wytrzymałość na rozciąganie i wytrzymałość na zginanie są o 20% ~ 50% wyższe niż w przypadku krótkiego włókna szklanego, a udarność (zwłaszcza uderzenia z karbem) można zwiększyć o 50% ~ 100%, nawet zbliżając się do poziomu odporności na uderzenia metali.
Odporność na zmęczenie: Pod wpływem długotrwałego stresu włókna są mniej podatne na odłączenie się od matrycy, co zapewnia doskonałą odporność na powtarzające się zginanie i wibracje.
Krótkie włókno szklane:
Wytrzymałość i sztywność: Wytrzymałość i sztywność są wyższe niż w przypadku czystej żywicy, ale niższe niż w przypadku długiego włókna szklanego (wytrzymałość na rozciąganie jest o 15% ~ 30% niższa niż w przypadku długiego włókna szklanego przy tej samej zawartości), a różnica w udarności jest bardziej znacząca (0,30% ~ 60%).
Izotropia: Krótsze i bardziej równomiernie rozproszone włókna powodują lepszą izotropię właściwości mechanicznych gotowego produktu.
Płaskie włókno szklane:
Sztywność i właściwości powierzchni: Płaska struktura charakteryzuje się doskonałą sztywnością prostopadłą do płaszczyzny (np. zapobiega wypaczeniu) i większą powierzchnią styku z żywicą (3-5 razy większą niż okrągłe włókno szklane o tej samej wadze). Jego gładkość powierzchni jest lepsza niż w przypadku zwykłego włókna szklanego (redukując defekt „odsłoniętego włókna szklanego”).
Odporność na uderzenia i pękanie: Ma dobrą wytrzymałość poprzeczną, która jest odpowiednia dla wymagań odporności na uderzenia produktów cienkościennych, ale jego wytrzymałość wzdłużna jest nieco niższa niż w przypadku długich włókien szklanych o tej samej długości.
2. Dokładność wymiarowa
Długie włókna szklane: Ze względu na swoją długość i efekt „szkieletu”, jaki tworzą, zapewniają lepszą kontrolę nad skurczem żywicy, co skutkuje mniejszym skurczem (szczególnie w kierunku przepływu). Wykazują jednak większą anizotropię (znaczna różnica w skurczu pomiędzy kierunkiem przepływu a kierunkiem prostopadłym, przez co są podatne na wypaczenia).
Krótkie włókna szklane: Skurcz jest większy niż w przypadku długich włókien szklanych, ale mniejszy niż w przypadku czystej żywicy, a ich anizotropia jest słabsza (jednolite rozproszenie włókien prowadzi do bardziej równomiernego skurczu).
Płaskie włókna szklane: Skurcz występuje pomiędzy długimi i krótkimi włóknami szklanymi. Ich płaska struktura zapewnia bardziej jednolitą kontrolę nad skurczem w płaszczyźnie, co skutkuje optymalnym działaniem zapobiegającym wypaczeniom (odpowiednim dla płaskich produktów o dużej powierzchni).
3. Płynność przetwarzania
Długie włókno szklane: Słaba sypkość (długie włókna są podatne na splątanie, co zwiększa lepkość stopu). Wymaga dużej precyzji wymiarów śrub i zasuw formy (duża brama, proces o niskim ścinaniu). Rozmiar bramy wtryskarki > 3mm. Również podatne na niedopełnienie. Używaj ostrożnie w przypadku szczególnie skomplikowanych części konstrukcyjnych. Wymaga dedykowanej wtryskarki do długich włókien.
Krótkie włókno szklane: Dobra płynność (krótkie włókna zapewniają mniejszą odporność na topienie), odpowiednie do formowania wtryskowego złożonych struktur i produktów cienkościennych.
Płaskie włókno szklane: Lepsza sypkość niż długie włókno szklane (płaska struktura zmniejsza opór płynięcia stopu), ale nieco niższa niż krótkie włókno szklane. Mniej podatne na zatykanie bramek podczas przetwarzania (łatwiej przejść przez wąskie szczeliny niż okrągłe włókno szklane).
Arkusz PPS z włókna szklanego AHD
