LGF sammenligner med SGF Composite
I feltet for modifikasjon av høyytelses ingeniørplast er glassfiberarmering utvilsomt den mest modne og mest brukte tekniske tilnærmingen. For mange ingeniører og kjøpere blir imidlertid en tilsynelatende enkel parameter - fiberlengde - ofte undervurdert.
Når vi snakker om glassfiberforsterket termoplast, viser korte glassfibre (SGF) og lange glassfibre (LGF), til tross for at de har lignende sammensetninger vidt forskjellige egenskaper fra mikrostrukturen til den makroskopiske ytelsen. Denne artikkelen tar deg dypt inn i materialets indre for å sammenligne den underliggende logikken og bruksgrensene til disse to materialene.
Opprinnelse: Genetiske forskjeller
Forskjellene mellom de to er forhåndsbestemt på produksjonslinjen.
Kort glassfiber (SGF) er den "tradisjonelle standarden" i bransjen. Produksjonen utføres vanligvis i en dobbel-skrueekstruder, hvor korte-kuttede fibre blandes med harpiksen og smeltes. Under denne prosessen bryter en intens mekanisk skjærkraft glassfibrene, noe som resulterer i at fibrene i de endelige partiklene typisk er veldig korte (omtrent 0,2 mm - 0.4 mm). Denne prosessen er svært effektiv og kostnadseffektiv-, så SGF har blitt det foretrukne valget for de fleste modifiserte plastmaterialer.
Derimot har lang glassfiber (LGF) en mer "opphøyd" opprinnelse. Den er produsert ved hjelp av kabel-belagt pultruderingsprosess. Glassfiberbuntene er helt nedsenket i den smeltede harpiksen i en bestemt form og deretter trukket ut som en kabel, etterfulgt av avkjøling og granulering. Under denne prosessen er partikkellengden den samme som fiberlengden (typisk 10 mm - 12 mm eller enda lenger). Denne spesielle prosessen er designet for å maksimere integriteten til fibrene, og legge grunnlaget for påfølgende ytelsessprang.
GF Materiale: Innvendig struktur
Zoomer vi inn under et mikroskop vil vi se to helt forskjellige scener, som er den grunnleggende årsaken til ytelsesforskjellene mellom de to.
I korte glassfiberkomponenter er de fine fibrene spredt som tannpirkere i harpiksmatrisen. Selv om de kan øke stivheten til materialet, fungerer fibrene uavhengig av hverandre og mangler gjensidige forbindelser. Under stress spiller de hovedsakelig rollen som «fylling og forsterkning».
Men inne i de lange glassfiberkomponentene er situasjonen en helt annen. Etter sprøytestøping, selv om fiberlengden vil bli noe redusert, kan den beholdte lengden fortsatt nå mer enn 1 mm - 3 mm (mer enn 10 ganger kortere glassfiber). Det som er viktigere er at disse lange fibrene er bøyd og sammenflettet inne i komponenten, og danner et tre-dimensjonalt "skjelettnettverk". Denne nettverksstrukturen er som stålstengene i betong, og låser hele materialet tett sammen.
Ytelsesspill
Det er nettopp på grunn av dette "rammenettverket" at de lange glassfibrene har utøvd en nesten-undertrykkelse på de korte glassfibrene når det gjelder mekaniske egenskaper, spesielt når de håndterer ekstreme forhold:
1. Den kvalitative endringen i slagfasthet.Dette er den største fordelen med LGF-materiale. Når kort glassfibermateriale blir utsatt for ytre kraftpåvirkning, kan sprekker lett omgå de korte fibrene og raskt utvide seg, og fibrene er tilbøyelige til å bli trukket ut, noe som resulterer i en sprø materialytelse. Imidlertid kan viklingsnettverket inne i de lange glassfibrene effektivt absorbere og spre slagenergien. For at sprekken skal utvide seg, må den overvinne hindringen av de lange fibrene, og til og med kreve at fibrene brytes. Derfor er hakkslagstyrken til LGF-materiale vanligvis 2–3 ganger høyere enn for SGF, og den forblir tøff selv i miljøer med lav-temperatur.
2. I kampmot høy temperatur og holdbarhetUnder lang-belastning er plast utsatt for å "krype" (dvs. permanent deformasjon oppstår over tid). Korte fibre er for korte til effektivt å forhindre glidning av polymerkjeder. Imidlertid kan nettverksstrukturen til lange glassfibre "holde" fast harpiksmatrisen, og hemme krypning betydelig. I miljøer med høye-temperaturer overgår dessuten utmattelsesstyrken ved høye-temperaturer for LGF-materialer langt den til SGF. Dette gjør LGF til det ideelle valget for bilmotorkomponenter, strukturelle deler, etc., som må tåle vekslende stressmiljøer.
3. Konkurransen om dimensjonsstabilitetSprøytestøpte deler møter ofte problemet med vridningsdeformasjon, som ofte er forårsaket av anisotropien som følge av innrettingen (orienteringen) av fibre langs strømningsretningen. Orienteringen av korte glassfibre er ekstremt sterk, noe som gjør de støpte delene utsatt for å bøye seg. Imidlertid gir lange glassfibre, selv om de også er orientert på grunn av deres innbyrdes vikling, også tilbakeholdende kraft i vertikal retning. Dette resulterer i en jevnere krympehastighet og mindre vridning for LGF-støpte deler, noe som gjør dem svært egnet for produksjon av store komponenter med strenge krav til dimensjonsnøyaktighet.
Hvorfor eksisterer LGF og SGF sammen?
Siden ytelsen til lange glassfibre er så overlegne, hvorfor har de ikke erstattet korte glassfibre fullstendig? Årsaken er at det ikke finnes noe perfekt materiale innen materialer; det er bare de mest passende materialene. Korte glassfibre har fortsatt fordeler i følgende aspekter:
For det første er det aspektet ved behandlingsvennlighet og utseende. Bearbeiding av lange glassfibre krever ekstremt nøye prosesskontroll for å forhindre fiberbrudd, og det er utsatt for "flytende fibre", noe som resulterer i en ru overflate. På den annen side har korte glassfibre god flyt og overflatene kan lett gjøres glatte og skinnende. For produkter med høye krav til utseende, komplekse strukturer og moderate krav til styrke, som for eksempel forbrukerelektronikk, er SGF fortsatt ledende.
Det neste aspektet er kostnads-effektivitet. Råvarekostnadene og prosesseringskostnadene til LGF er generelt høyere enn for SGF. I de generelle feltene som ikke krever ekstrem slagfasthet eller krypmotstand, er bruk av LGF utvilsomt et tilfelle av over-ytelse og kostnadssløsing.
Derfor er konkurransen mellom lange glassfibre og korte glassfibre ikke et enkelt spørsmål om over- eller underlegenhet; snarere ligger det i inndelingen av applikasjonsscenarier. Hvis målet ditt er å "erstatte stål med plast", og du trenger materialet for å tåle betydelige støt, tåle langvarig-tung belastning, eller erstatte støpte deler av aluminiumslegeringer for å oppnå lett vekt, så er lange glassfibre (LGF) en uunnværlig høy-løsning.
Hvis produktet ditt fokuserer mer på utsøkt utseende, intrikat struktur, og hovedsakelig tar sikte på grunnleggende stiv støtte, med et lavt krav til ekstrem seighet, så er korte glassfibre (SGF) det beste valget som balanserer ytelse og kostnad.
