Wat bepaalt de lengte en mechanische sterkte van glasvezels?

Vier belangrijke parameters voor de lengtebeheersing van glasvezels: temperatuur, rotatiesnelheid, schroefconfiguratie en proceszones

In de kunststofindustrie wordt kort glasvezelversterkt polypropyleen (SGFPP) op grote schaal gebruikt in nieuwe energievoertuigen, slimme huishoudelijke apparaten,en elektronica dankzij de lichte structuur, uitstekende vermoeidheidsbestendigheid en kosteneffectiviteitsvoordelen.

Voor de ontwerpexperts is het vaak een raadselachtig probleem: wij gebruiken net als onze concurrenten 30% glasvezelbelasting, maar hun treksterkte overschrijdt 100 MPa, terwijl de onze slechts 80 MPa bereikt.De belangrijkste oorzaak ligt ineen lengte van de glasvezelDe lengte van de resterende glasvezels bepaalt rechtstreeks de efficiëntie van de spanningsoverdracht over het materiaal.

In dit artikel worden vier kritieke factoren onderverdeeld: temperatuur, schroefrotatiesnelheid, schroefconfiguratie en extrusiezones, om te analyseren hoe elk van deze factoren de lengte van de glasvezel en de uiteindelijke mechanische sterkte beïnvloedt.

Vermijd een overmatige smeltviscositeit: een glasvezel

Velen denken ten onrechte dat de extrusietemperatuur alleen dient om polypropyleen (PP) te smelten.

De tests werden uitgevoerd met een standaard schroefgeometrie van een kneedblok (KB) en een schroefsnelheid van 500 r/min.de gemiddelde gehandhaafde glasvezellengte in het materiaal steeg gestaag van 496 μm tot 547 μmHet onderliggende fysische principe is eenvoudig: hogere temperaturen verminderen de smeltviscositeit van PP.cementachtige spuit tot dunnerHet gebruik van een glazen draad is een van de belangrijkste kenmerken van een glazen draad, een vloeibare vloeistof, die de scheerspanning die op glasvezels wordt uitgeoefend tijdens de stroom drastisch vermindert.

Dat betekent dat hogere temperaturen altijd betere resultaten opleveren?verlagen van het moleculair gewicht en veroorzaken van vluchtigheid van fracties met een laag moleculair gewichtVoor productietechnici is het mogelijk om een nieuwe machine te bouwen.Het vinden van een optimaal evenwicht tussen het verlagen van de viscositeit om glasvezels te beschermen en het vermijden van thermische afbraak van polymeren is een delicate taak..

Schroefrotatiesnelheid: een tweesnijdend zwaard

Om de doorvoer te verhogen, draaien veel compoundfabrieken hun extruders op maximale schroefsnelheden.

Tests met schroefsnelheden variërend van 300 r/min tot 1000 r/min op identieke schroefgeometrieën onthulden een dramatische, steile daling van de vastgehouden vezellengte naarmate de rotatiesnelheid toenam:de vezellengte daalde van 633 μm bij lage snelheden tot slechts 482 μm bij hoge snelhedenVerhoogde schroefsnelheden creëren een lineaire stijging van de scheer snelheid, waardoor harde, repetitieve scheerkrachten ontstaan die glazen vezels snel breken.

Het is interessant dat de treksterkte van de massa rond 100 MPa stabiel bleef zonder een sterke daling ondanks de aanzienlijke verkorten vezels.Voor SGFPPDe meeste residuele vezels overschrijden zelfs na ernstige breuken nog steeds de kritische drempel van de vezellengte.- een hogeschermmengsel zorgt voor een superieure vezeloriëntatie en een gelijkmatige verspreiding; deze twee voordelen compenseren gedeeltelijk het prestatieverlies van kortere vezels.

Dat gezegd hebbende, een catastrofale ineenstorting van de mechanische eigenschappen treedt op zodra de snijintensiteit de vezellengte onder de kritieke drempel snijdt.

Compromissen in schroefelementconfiguratie

Schroefgeometrie is het kloppend hart van twee-schroef extruders.Er werden zes verschillende schroevenconfiguraties getest om hun effect op glasvezels in het menggedeelte stroomafwaarts van de vezelvoeding te evalueren..

De ZME1-geometrie produceerde de kortste restglasvezels, die onder de 500 μm vielen.Glasvezels ondergaan vaak abrupte omleidingen en botsingenIn tegenstelling hiertoe leverden SFV- en SME-schroefconfiguraties uitstekende resultaten, waarbij de vezellengtes tot 935 μm – de hoogste lengte die in proeven is gemeten - werden behouden.

Dit benadrukt een kernbeginsel van compoundingprocestechniek: langere vezellengte is niet automatisch gelijk aan superieure mechanische prestaties; uniforme vezeldispersie is even belangrijk.

Terwijl de SFV-geometrie vezelbreuk minimaliseert met zachte scheerwerking, veroorzaakt de beperkte mengcapaciteit ernstige glasvezelagglomeratie, slechte natte uitgang en ongelijke dispersies.Deze dichte vezelbundels fungeren als spanningsconcentratiepunten wanneer het materiaal last draagt, wat leidt tot vroegtijdig falen.

De ideale schroefcombinatie brengt een evenwichtig compromis tot stand: voldoende gecontroleerde scheerkracht om volledige vezelscheiding en -dispersie te bereiken, terwijl de aanvaardbare restvezellengte behouden blijft.Geoptimaliseerde kneden blokken (KB) en MKB-elementen zijn toonaangevende ontwerpen die deze sweet spot raken.

Opvolging van glasvezelatrofie langs de axiale extruderzones

Om te bepalen waar de glasvezels het zwaarst beschadigd raken, werden sequentieel monsters verzameld langs de aslengte van de extrudervat van de vezelvoerpoort tot de matrasuitgang.het in kaart brengen van de volledige levenscyclus van vezelveroudering.

Bij het binnengaan van de loop gaan de glasvezels door de eerste reeks vermengende scheerelementen (een afstand van slechts 4 loopdiameters, 4D).Oorspronkelijke vezellengte van 4000 μm stortte neer op 2680 μm·a 33% verlies evenals PP was al volledig gesmoltenNieuwe glasvezels ondergaan brutale eerste compressie en scheer in de primaire mengzone.de tweede en derde banken van scheerelementen verkleinen de vezellengte met respectievelijk 20% en 24%Bij de schroefspits bij de uitlaat van de extruder is de resterende vezellengte tot slechts 561 μm afgenomen, waardoor slechts 14% van de oorspronkelijke ingangsvezellengte is behouden.

Belangrijkste lessen

• Het maximale trekvermogen in SGFPP hangt af van een rationeel schroefontwerp met gekalibreerde scheermengelementen.Vermijd overmatig snijden dat vezels kapot maakt, maar niet de verspreiding opofferen alleen om de vezellengte te behouden.
• Temperatuurregeling in de zone: Temperatuur in de vaten in de mengzones stroomafwaarts van de glasvezelvoerpoort verhoogt met 5 ̊10 °C.Een lagere smeltviscositeit zorgt voor een soepelere stroomomgeving voor glasvezels en vermindert de breuk door botsing met deeltjes.
• Optimaliseer de lay-out van schroefelementen: SME (Screw Mixing Element) -componenten worden sterk aanbevolen.waardoor ze een optimale keuze zijn voor het balanceren van vezelretentie en homogeen mengen.

Wanneer u glasvezel versterkt PP, als u problemen ondervindt, voel je vrij om contact met ons op te nemen voor professionele oplossingen!