LGF is te vergelijken met SGF-composiet
Op het gebied van de modificatie van hoogwaardige technische kunststoffen is glasvezelversterking ongetwijfeld de meest volwassen en breed toegepaste technische aanpak. Voor veel ingenieurs en kopers wordt een ogenschijnlijk eenvoudige parameter - vezellengte - echter vaak onderschat.
Als we het hebben over glasvezelversterkte thermoplasten, vertonen korte glasvezels (SGF) en lange glasvezels (LGF), ondanks dat ze vergelijkbare samenstellingen hebben, enorm verschillende kenmerken, van de microstructuur tot de macroscopische prestaties. Dit artikel neemt je mee diep in het interieur van het materiaal om de onderliggende logica en toepassingsgrenzen van deze twee materialen te vergelijken.
Oorsprong: genetische verschillen
De verschillen tussen de twee zijn vooraf bepaald op de productielijn.
Korte glasvezel (SGF) is de "traditionele standaard" in de industrie. De productie ervan wordt meestal uitgevoerd in een dubbel-schroefextruder, waar kort-vezels met de hars worden gemengd en gesmolten. Tijdens dit proces breekt een intense mechanische afschuifkracht de glasvezels, wat ertoe leidt dat de vezels in de uiteindelijke deeltjes doorgaans erg kort zijn (ongeveer 0,2 mm - 0.4 mm). Dit proces is zeer efficiënt en kosteneffectief, dus SGF is de voorkeurskeuze geworden voor de meeste gemodificeerde kunststoffen.
Daarentegen heeft lange glasvezel (LGF) een meer "verheven" oorsprong. Het wordt geproduceerd met behulp van het kabel-gecoate pultrusieproces. De glasvezelbundels worden in een specifieke mal volledig ondergedompeld in de gesmolten hars en vervolgens als een kabel eruit getrokken, gevolgd door afkoelen en granuleren. Bij dit proces is de deeltjeslengte hetzelfde als de vezellengte (typisch 10 mm - 12 mm of zelfs langer). Dit speciale proces is ontworpen om de integriteit van de vezels te maximaliseren en zo de basis te leggen voor daaropvolgende prestatieverbeteringen.
GF-materiaal: interne structuur
Als we onder een microscoop inzoomen, zien we twee totaal verschillende scènes, wat de fundamentele reden is voor de prestatieverschillen tussen de twee.
Bij korte glasvezelcomponenten zijn de fijne vezels als tandenstokers verspreid in de harsmatrix. Hoewel ze de stijfheid van het materiaal kunnen vergroten, werken de vezels onafhankelijk van elkaar en missen ze onderlinge verbindingen. Onder stress vervullen ze vooral de rol van ‘opvullen en versterken’.
Binnen de lange glasvezelcomponenten is de situatie echter compleet anders. Hoewel de vezellengte na het spuitgieten enigszins zal worden verkleind, kan de vastgehouden lengte nog steeds meer dan 1 mm - 3 mm bereiken (meer dan 10 maal die van korte glasvezels). Wat belangrijker is, is dat deze lange vezels binnen het onderdeel worden gebogen en met elkaar verweven, waardoor een drie-dimensionaal 'skeletnetwerk' ontstaat. Deze netwerkstructuur lijkt op de stalen staven in beton en sluit het hele materiaal stevig aan elkaar.
Prestatiespel
Het is precies vanwege dit 'raamwerknetwerk' dat de lange glasvezels een vrijwel volledige onderdrukking op de korte glasvezels hebben uitgeoefend in termen van mechanische eigenschappen, vooral als het gaat om extreme omstandigheden:
1. De kwalitatieve verandering in slagvastheid.Dit is het grootste voordeel van LGF-materiaal. Wanneer kort glasvezelmateriaal wordt blootgesteld aan externe krachtinslagen, kunnen scheuren gemakkelijk de korte vezels omzeilen en snel uitzetten, en de vezels zijn gevoelig voor uittrekken, wat resulteert in een brosse materiaalprestatie. Het kronkelende netwerk binnen de lange glasvezels kan de impactenergie echter effectief absorberen en verspreiden. Om de scheur te laten uitzetten, moet deze de obstructie van de lange vezels overwinnen en zelfs het breken van de vezels vereisen. Daarom is de kerfslagsterkte van LGF-materiaal doorgaans twee tot drie keer zo groot als die van SGF, en blijft het zelfs in omgevingen met lage- temperaturen sterk.
2. In de strijdtegen hoge temperaturen en duurzaamheidOnder langdurige belasting op de -termijn zijn kunststoffen gevoelig voor "kruipen" (dat wil zeggen dat er na verloop van tijd blijvende vervorming optreedt). Korte vezels zijn te kort om het glijden van polymeerketens effectief te voorkomen. De netwerkstructuur van lange glasvezels kan de harsmatrix echter stevig "vasthouden", waardoor kruip aanzienlijk wordt geremd. Bovendien is in omgevingen met hoge- temperaturen de vermoeiingssterkte bij hoge- temperaturen van LGF-materialen veel groter dan die van SGF. Dit maakt LGF de ideale keuze voor automotoronderdelen, structurele onderdelen, enz., die bestand moeten zijn tegen wisselende stressomstandigheden.
3. De concurrentie van dimensionale stabiliteitSpuitgegoten onderdelen ondervinden vaak het probleem van kromtrekkende vervorming, wat vaak wordt veroorzaakt door de anisotropie die het gevolg is van de uitlijning (oriëntatie) van vezels langs de stromingsrichting. De oriëntatie van korte glasvezels is extreem sterk, waardoor de vormdelen buigzaam zijn. Lange glasvezels verschaffen echter, hoewel ook georiënteerd vanwege hun onderlinge wikkeling, ook een tegenhoudkracht in verticale richting. Dit resulteert in een meer uniforme krimpsnelheid en kleinere kromtrekking voor LGF-vormdelen, waardoor ze zeer geschikt zijn voor het vervaardigen van grote componenten met strenge eisen aan maatnauwkeurigheid.
Waarom bestaan LGF en SGF naast elkaar?
Waarom hebben lange glasvezels, aangezien de prestaties van lange glasvezels zo superieur zijn, de korte glasvezels niet volledig vervangen? De reden is dat er op het gebied van materialen geen perfect materiaal bestaat; er zijn alleen de meest geschikte materialen. Korte glasvezels hebben nog steeds voordelen op de volgende aspecten:
Ten eerste is er het aspect van verwerkingsgemak en uiterlijk. De verwerking van lange glasvezels vereist een uiterst zorgvuldige procescontrole om vezelbreuk te voorkomen, en is gevoelig voor "zwevende vezels", wat resulteert in een ruw oppervlak. Aan de andere kant hebben korte glasvezels een goede vloeibaarheid en kunnen hun oppervlakken gemakkelijk glad en glanzend worden gemaakt. Voor producten met hoge eisen aan het uiterlijk, complexe structuren en gematigde sterkte-eisen, zoals behuizingen voor consumentenelektronica, blijft SGF de leider.
Het volgende aspect is kosteneffectiviteit.- De grondstofkosten en verwerkingskosten van LGF zijn over het algemeen hoger dan die van SGF. Op die algemene gebieden waar geen extreme schok- of kruipweerstand vereist is, is het gebruik van LGF ongetwijfeld een geval van over- prestatie- en kostenverspilling.
Daarom is de concurrentie tussen lange glasvezels en korte glasvezels geen simpele kwestie van superioriteit of inferioriteit; het ligt eerder in de verdeling van toepassingsscenario's. Als het uw doel is om 'staal te vervangen door plastic', en u wilt dat het materiaal aanzienlijke schokken kan weerstaan, langdurige zware belastingen op de lange termijn kan doorstaan, of gegoten onderdelen van aluminiumlegeringen moet vervangen om een laag gewicht te bereiken, dan zijn lange glasvezels (LGF) een onmisbare oplossing met hoge prestaties-.
Als uw product zich meer richt op een prachtig uiterlijk en een ingewikkelde structuur, en vooral op een stevige basisondersteuning, met een lage vereiste voor extreme taaiheid, dan zijn korte glasvezels (SGF) de beste keuze die prestaties en kosten in evenwicht houdt.
Contact met materiaaldeskundige
