Когда вы берете в руки телефон, разбираете автомобильную деталь или смотрите на корпус бытовой техники, вы можете не осознавать, что внутри этих, казалось бы, обычных пластиковых изделий скрывается своего рода «невидимая арматура» — стекловолокно (СВ) . Эти армирующие волокна, начиная с ПП + 20% GF и заканчивая ПА + 60% GF, незаметно поддерживают пластиковую матрицу, подобно стальным прутьям внутри бетона.

Сегодня давайте раскроем тайну длинные стеклянные волокна , короткие стеклянные волокна , и плоские стеклянные волокна и посмотрите, как они превращают пластмассы в материалы, которые достигают идеального баланса прочности и гибкости.

Стекловолокно: «Кодекс армирования» пластмасс

Стекловолокно является «золотым партнером» инженерных пластиков благодаря синергии волокна и смолы, которая компенсирует недостатки, присущие чистым пластикам:

1. Механическое армирование: Подобно добавлению скрытого скелета к пластику, прочность на разрыв может быть повышена на 20–100%, а ударная вязкость может даже приблизиться к уровню металлов.

Данные о материалах различаются в зависимости от марки.

Эта диаграмма сравнивает распределение силы из чистый полимер (синяя пунктирная линия) и полимер, армированный стекловолокном (красная линия). Чистый полимер демонстрирует более низкие значения прочности, сосредоточенные вокруг 70–90 МПа , в то время как полимер, армированный стекловолокном, демонстрирует более широкое распределение с гораздо более высокими показателями прочности, простирающимися до около 300 МПа . Это свидетельствует о том, что армирование стекловолокном значительно улучшает механические характеристики материала.

2. Сопротивление деформации: подавляет усадку смолы, делая изделия менее склонными к деформации под воздействием высокой температуры и нагрузки, при этом скорость усадки можно контролировать до такого низкого уровня, как 0,15% .

3. Балансировка затрат: По сравнению с чистыми инженерными пластиками, армированные волокнами материалы могут достичь высокая производительность при меньших затратах . Например, используя длинное стекловолокно ПА к заменить металл в автомобильные детали уменьшает вес к 58% При этом снижая затраты на 30%. Однако разные виды стекловолокна придают пластику совершенно разные «эффекты». Правильный выбор может удвоить эксплуатационные характеристики продукта, в то время как неправильный может привести к таким проблемам, как оголение волокна и хрупкость.

Тип волокна: длинное, короткое или плоское
Наиболее распространенными стекловолокнами являются длинные, короткие и плоские стекловолокна. Они существенно различаются по морфологии, эксплуатационным характеристикам, методам обработки и сферам применения, что также отражается в их структурных характеристиках:

Сравнительная таблица стекловолокна

Длинные стеклянные волокна подобны «непрерывным стальным стержням», образуя непрерывную сеть внутри смолы и эффективно передавая напряжение, поэтому их ударная вязкость выше на 50–100% чем у коротких стекловолокон. Короткие стекловолокна напоминают «стальной шлак»: они равномерно распределены, но имеют ограниченную длину, что делает их пригодными для применений, требующих высокой изотропности. Плоские стекловолокна похожи на «тонкие стальные листы» толщиной 3–10 мкм и шириной 50–200 мкм, что обеспечивает им в 3–5 раз большую площадь контакта со смолой, чем круглые стекловолокна, что напрямую повышает гладкость поверхности на один уровень.

Разборки производительности: кто ваш «идеальный тип»?
При выборе стекловолокна обратите внимание на следующие основные эксплуатационные параметры:

1. Внешний вид
ПК, наполненный чешуйчатым стекловолокном:
Благодаря плоской ленточной структуре площадь контакта со смолой ПК в 3–5 раз больше, чем у круглого стекловолокна того же веса. Это обеспечивает более гладкую поверхность контакта волокна со смолой. В сочетании со специальным процессом вытяжки, снижающим шероховатость поверхности, блеск формованной детали (измеренный под углом 60°) может достигать 80–90, что близко к зеркальному блеску чистого ПК, при этом практически отсутствует видимый наплыв волокон.

Короткий стекловолоконный армированный ПК:
Короткие волокна равномерно распределены, вызывая лишь незначительное рассеивание света. Однако круглое сечение волокна всё же создаёт небольшие отражения на границе раздела волокна и смолы. Поверхностный блеск немного ниже, чем у чешуйчатого стекловолокна, обычно около 70–80. Видимость волокон требует более строгого контроля процесса формования.

ПК с длинным стекловолоконным армированием:
Длинные волокна (6–12 мм) склонны к образованию локальных агломераций в процессе обработки. Из-за «эффекта скелета» на границе волокна и смолы образуются крошечные зазоры, что приводит к диффузному отражению света в этих областях. Степень блеска поверхности составляет всего 50–60, что обеспечивает слегка матовую поверхность. Этот тип больше подходит для функциональных деталей, таких как корпуса машиностроительного оборудования, где эксплуатационные характеристики важнее внешнего вида.

2. Внутренняя сила: исследование механических характеристик
Длинное стекловолокно, несомненно, является «чемпионом по прочности». Данные показывают, что при том же содержании ПА, армированный длинными стекловолокнами, имеет прочность на растяжение выше на 20–30% чем короткие стекловолоконные композиты, и ударная вязкость надреза на 50–60% выше , что делает его особенно подходящим для долговременных несущих нагрузку компонентов, таких как автомобильные бамперы и лопасти ветряных турбин Композитные материалы Verton с длинными стекловолокнами от LFT-G способны сохранять ударную вязкость даже при -40 °C, что является уровнем производительности, труднодостижимым для коротких стекловолокон.

Короткое стекловолокно отличается превосходной сбалансированностью. Несмотря на то, что его прочность немного ниже, оно обеспечивает хорошую изотропность, то есть характеристики детали одинаковы во всех направлениях. Это делает его идеальным материалом для изготовления прецизионных компонентов, таких как шестерни и разъёмы.

Пластинчатое (плоское) стекловолокно немного повышает поперечную прочность. Например, использование плашки стекловолокна для армирования композитов Si-PC для корпусов смартфонов может повысить ударопрочность на 40%, предотвращая при этом такие дефекты, как выпирание волокон.

3. Размерная стабильность: ключ к контролю коробления
Длинное стекловолокно: его «скелетный эффект» прочно удерживает смолу, уменьшая усадку вдоль направления потока до минимума. 0,15% Однако разница в усадке в перпендикулярном направлении может быть значительной, что делает большие плоские панели склонными к деформации.

Короткое стекловолокно: усадка более равномерная, что делает его пригодным для деталей малого и среднего размера.

Чешуйчатое (плоское) стекловолокно: благодаря своей плоской структуре оно обеспечивает более сбалансированный контроль над усадкой в плоскости, что делает его идеальным выбором для панелей салона автомобиля.

4. Сложность обработки
Длинные волокна: они склонны к спутыванию, что требует высокопроизводительного оборудования для литья под давлением. Для форм требуются большие литники и литники (≥3 мм), а для сложных деталей могут потребоваться процессы низкого давления, такие как литье под давлением (ICM), формование структурной пены (SFM) или литье под давлением с использованием газа (GAIM). В противном случае обрыв волокон может существенно снизить производительность.

Короткое стекловолокно и чешуйчатое (плоское) стекловолокно: их легче обрабатывать с помощью отработанных, проверенных методов. Их можно формовать на стандартных литьевых машинах, а высокотекучие сорта могут заполнять даже тонкие стенки толщиной до 0,5 мм. Чешуйчатое стекловолокно, благодаря своему хорошему внешнему виду, позволяет добиться более эстетичного вида, чем короткое стекловолокно, без необходимости использования более высоких температур пресс-формы.

Сценарии применения: правильное размещение стекловолокна в правильном месте
Не существует «лучшего» стекловолокна, есть только наиболее подходящий вариант. Давайте рассмотрим основные области применения различных типов стекловолокна:

Длинное стекловолокно: «Чемпион сверхтяжелых условий» промышленного применения.
Такие компоненты, как кронштейны автомобильных шасси, корпуса инженерной техники и крепления для лыж, которые должны выдерживать длительные удары и нагрузки, лучше всего подходят для использования с длинным стекловолокном. Композитные материалы на основе длинного стекловолокна, используемые в кронштейнах для тросов, могут прослужить до 10 лет под землей без коррозии, полностью решая проблему ржавчины, характерную для металлических кронштейнов. Пластики, армированные длинным стекловолокном, также идеально подходят для автомобильных педалей.