LGF jämför med SGF Composite
Inom området för modifiering av högpresterande ingenjörsplaster är glasfiberförstärkning utan tvekan den mest mogna och mest använda tekniska metoden. Men för många ingenjörer och köpare är en till synes enkel parameter - fiberlängd - ofta underskattad.
När vi talar om glasfiberförstärkta termoplaster, uppvisar korta glasfibrer (SGF) och långa glasfibrer (LGF), trots att de har liknande sammansättning, väldigt olika egenskaper från mikrostrukturen till den makroskopiska prestandan. Den här artikeln tar dig djupt in i materialets inre för att jämföra den underliggande logiken och tillämpningsgränserna för dessa två material.
Ursprung: Genetiska skillnader
Skillnaderna mellan de två har förutbestämts på produktionslinjen.
Kort glasfiber (SGF) är den "traditionella standarden" i branschen. Dess tillverkning sker vanligtvis i en dubbel-skruvextruder, där korta-klippta fibrer blandas med hartset och smälts. Under denna process bryter en intensiv mekanisk skjuvkraft glasfibrerna, vilket resulterar i att fibrerna i de slutliga partiklarna vanligtvis är mycket korta (cirka 0,2 mm - 0.4 mm). Denna process är mycket effektiv och kostnadseffektiv-så SGF har blivit det föredragna valet för de flesta modifierade plaster.
Däremot har lång glasfiber (LGF) ett mer "exalterat" ursprung. Den tillverkas med hjälp av den kabelbelagda-pultruderingsprocessen. Glasfiberknippena är helt nedsänkta i det smälta hartset i en specifik form och dras sedan ut som en kabel, följt av kylning och granulering. Under denna process är partikellängden densamma som fiberlängden (vanligtvis 10 mm - 12 mm eller ännu längre). Denna speciella process är utformad för att maximera fibrernas integritet och lägga grunden för efterföljande prestandahopp.
GF Material: Inre struktur
Om vi zoomar in under ett mikroskop kommer vi att se två helt olika scener, vilket är den grundläggande orsaken till prestandaskillnaderna mellan de två.
I korta glasfiberkomponenter är de fina fibrerna dispergerade som tandpetare i hartsmatrisen. Även om de kan förbättra materialets styvhet, fungerar fibrerna oberoende av varandra och saknar inbördes kopplingar. Under stress spelar de främst rollen som "fyllande och förstärkande".
Men inuti de långa glasfiberkomponenterna är situationen en helt annan. Efter formsprutning, även om fiberlängden kommer att reduceras något, kan den kvarhållna längden fortfarande nå mer än 1 mm - 3 mm (mer än 10 gånger den för korta glasfibrer). Vad som är viktigare är att dessa långa fibrer är böjda och sammanflätade i komponenten och bildar ett tre-dimensionellt "skelettnätverk". Denna nätverksstruktur är som stålstängerna i betong, som tätt låser ihop hela materialet.
Prestandaspel
Det är just på grund av detta "ramnätverk" som de långa glasfibrerna har utövat en nästan-undertryckning av de korta glasfibrerna när det gäller mekaniska egenskaper, särskilt när de hanterar extrema förhållanden:
1. Den kvalitativa förändringen i slagtålighet.Detta är den största fördelen med LGF-material. När korta glasfibermaterial utsätts för yttre kraftpåverkan kan sprickor lätt kringgå de korta fibrerna och snabbt expandera, och fibrerna är benägna att dras ut, vilket resulterar i en spröd materialprestanda. Men lindningsnätverket inuti de långa glasfibrerna kan effektivt absorbera och sprida stötenergin. För att sprickan ska expandera måste den övervinna hindret av de långa fibrerna och till och med kräva att fibrerna bryts. Därför är slaghållfastheten för LGF-material vanligtvis 2–3 gånger den för SGF, och den förblir seg även i låg-temperaturmiljö.
2. I stridmot hög temperatur och hållbarhetUnder lång-belastning är plast benägna att "krypa" (dvs permanent deformation uppstår över tiden). Korta fibrer är för korta för att effektivt förhindra glidning av polymerkedjor. Nätverksstrukturen hos långa glasfibrer kan dock "hålla" fast hartsmatrisen, vilket avsevärt förhindrar krypning. Dessutom, i miljöer med hög-temperatur överstiger utmattningshållfastheten vid hög-temperatur hos LGF-material vida den för SGF. Detta gör LGF till det idealiska valet för fordonsmotorkomponenter, konstruktionsdelar etc., som måste motstå alternerande stressmiljöer.
3. Konkurrensen om dimensionsstabilitetFormsprutade delar stöter ofta på problemet med vridningsdeformation, som ofta orsakas av anisotropin som resulterar från inriktningen (orienteringen) av fibrer längs flödesriktningen. Orienteringen av korta glasfibrer är extremt stark, vilket gör de gjutna delarna benägna att böjas. Långa glasfibrer, även om de också är orienterade på grund av sin inbördes lindning, tillhandahåller emellertid även kvarhållande kraft i vertikal riktning. Detta resulterar i en mer enhetlig krympningshastighet och mindre skevhet för LGF-formade delar, vilket gör dem mycket lämpliga för tillverkning av stora komponenter med strikta krav på dimensionell noggrannhet.
Varför samexisterar LGF och SGF?
Eftersom prestanda hos långa glasfibrer är så överlägsna, varför har de inte helt ersatt korta glasfibrer? Anledningen är att det på materialområdet inte finns något perfekt material; det finns bara de mest lämpliga materialen. Korta glasfibrer har fortfarande fördelar i följande aspekter:
För det första är det aspekten av bearbetningsbekvämlighet och utseende. Bearbetningen av långa glasfibrer kräver extremt noggrann processkontroll för att förhindra fiberbrott, och det är benäget att "flyta fibrer", vilket resulterar i en grov yta. Å andra sidan har korta glasfibrer god flytbarhet och deras ytor kan lätt göras släta och glänsande. För produkter med höga krav på utseende, komplexa strukturer och måttliga hållfasthetskrav, såsom konsumentelektronikskal, är SGF fortfarande ledande.
Nästa aspekt är kostnadseffektivitet-. Råvarukostnaderna och bearbetningskostnaderna för LGF är i allmänhet högre än för SGF. Inom de allmänna områden som inte kräver extrem slagtålighet eller krypmotstånd är användningen av LGF utan tvekan ett fall av över-prestanda och kostnadsslöseri.
Därför är konkurrensen mellan långa glasfibrer och korta glasfibrer inte en enkel fråga om överlägsenhet eller underlägsenhet; snarare ligger det i uppdelningen av tillämpningsscenarier. Om ditt mål är att "ersätta stål med plast" och du behöver materialet för att klara avsevärda stötar, uthärda långvariga-tunga belastningar eller byta ut gjutna delar av aluminiumlegeringar för att uppnå låg vikt, då är långa glasfibrer (LGF) en oumbärlig hög-lösning.
Om din produkt fokuserar mer på utsökt utseende, intrikata struktur och främst syftar till grundläggande styvt stöd, med ett lågt krav på extrem seghet, så är korta glasfibrer (SGF) det bästa valet som balanserar prestanda och kostnad.
