Einführung des LGF-TPU-Materials im GF-TPU-Bereich
Glasfaserverstärktes thermoplastisches Polyurethan (GF TPU) ist ein hochleistungsfähiges Verbundmaterial, das die hervorragende Elastizität, Verschleißfestigkeit und Flexibilität von thermoplastischem Polyurethan (TPU) mit der hohen Festigkeit, Steifigkeit und Dimensionsstabilität von Glasfasern (GF) kombiniert. Das Aufkommen dieses Materials hat die Anwendungsgrenzen technischer Kunststoffe erheblich erweitert, insbesondere unter anspruchsvollen Bedingungen, bei denen „Steifigkeit und Flexibilität“ erforderlich sind. GF-TPU-Verbundwerkstoffe werden mittlerweile zu einer Schlüssellösung, um herkömmliche Metalle, Gummi und andere technische Kunststoffe zu ersetzen.
Kurzglasfaser (SGF) vs. Langglasfaser (LGF)
Dies ist ein wichtiger Unterscheidungspunkt der Branche:
SGF TPU (Kurzglasfaser):Die Faserlänge beträgt üblicherweise weniger als 1 mm. Es ist leicht zu verarbeiten und weist eine bessere Oberflächengüte auf, die Leistungssteigerung ist jedoch begrenzt. Es verbessert vor allem die Steifigkeit.
LGF TPU (Langglasfaser):Die Faserlänge kann bei 5 mm oder sogar über 25 mm (im Endbauteil) gehalten werden. LGF bildet im Inneren des Bauteils eine dreidimensionale Gerüststruktur, die die Schlagfestigkeit (Impact Strength), die Kriechfestigkeit (Creep Resistance) und die Ermüdungsbeständigkeit (Fatigue Durability) deutlich verbessert. LGF-TPU-Material ist die Hauptkraft für die Erzielung einer „Metallsubstitution“.
Wofür ist GF TPU gut?
Hervorragende Schlagfestigkeit: Wenn das Bauteil einem Schlag ausgesetzt wird, kann dieses dreidimensionale Fasergerüst die Schlagenergie zur Übertragung und Absorption auf ein größeres Volumen verteilen und die Ausbreitung von Mikrorissen wirksam verhindern.
Hervorragende Rostschutzleistung: Unter langfristigen Dauerbelastungen (z. B. Schraubenvorspannung oder Dauerbelastung) kann die Fasermatrix von LGF die gesamte Struktur effektiv „stützen“, wodurch das Fließen der Polymermatrix erheblich gehemmt wird, sodass das Bauteil seine Form und Vorspannkraft über einen langen Zeitraum beibehalten kann.
Hervorragende Ermüdungsbeständigkeit und Haltbarkeit: Wenn das Fasernetzwerk von LGF Millionen von Belastungszyklen (z. B. Vibration, Biegung) ausgesetzt wird, kann es die Entstehung und Ausbreitung von Ermüdungsrissen wirksam verhindern, sodass seine Lebensdauer die von SGF-Verbundwerkstoffen übertrifft. Es eignet sich hervorragend für dynamische Übertragungskomponenten oder Vibrationsumgebungen.
Geringere Verformung und höhere Dimensionsstabilität: Obwohl alle Glasfasern den Wärmeausdehnungskoeffizienten (CLTE) verringern, greifen die langen Fasern von LGF im Formhohlraum eher dreidimensionaler und zufälliger ineinander, was zu ähnlichen Kontraktionsraten in FD- und TD-Richtung führt. Dadurch wird der Bauteilverzug deutlich reduziert, wodurch es sich besonders für die Herstellung großer und präziser Strukturbauteile eignet.
Um für verschiedene Branchen zu glänzen
Automobilindustrie:
NVH und Chassis: Motorhalterungen (Motorhalterungen), Buchsen des Aufhängungssystems, Stoßdämpferabdeckungen, Federschwingungsisolatoren.
Antriebsstrang und Flüssigkeiten: Übertragungskabelanschlüsse, Sensorgehäuse, Kraftstoffsystemklemmen, Hochdruck-Kraftstoffrohrverbindungen.
Struktur und Innen-/Außenbereich: Türverriegelungsaktuatoren, Luftfederungssystemkomponenten, pneumatische Rohrverbindungen für Schwerlast-Lkw.
Industrielle Fertigung und Automatisierung:
Hochleistungskomponenten: Hochleistungsrollen (Industrie/Medizin), Industrierollen, Förderbandabstreifer.
Kraftübertragung: Kupplungen, Industriegetriebe, pneumatische Greifer (Gripper).
Raue Umgebungen: Siebnetze im Bergbau, Komponenten für landwirtschaftliche Maschinen, hydraulische Dichtungen und Verbindungen.
Elektronik und Elektrik:
Elektrowerkzeuge: Die Gehäuse von High-End-Elektrowerkzeugen (insbesondere LGF TPU).
Kabel und Steckverbinder: Die Ummantelungen von Roboter- und Automatisierungsförderkabeln sowie hoch{0}haltbare Steckverbindergehäuse.
Sport & Freizeit:
Skiausrüstung: Schnallen, Sohlenplatten und hintere Stützen von Alpin-Skischuhen.
Unbemannte Flugzeuge und Ausrüstung: Arm des unbemannten Flugzeugrahmens, Fahrwerk, Strukturkomponenten von Sportkameras.
LGF TPU: Herausforderungen und Kontrolle von Verarbeitungstechniken
Absolut wichtig: Trocknen
TPU hat eine starke hygroskopische Eigenschaft. Wenn die Feuchtigkeit vor der Verarbeitung während des Hochtemperatur-Schmelzprozesses nicht ausreichend entfernt wird, hydrolysiert die Feuchtigkeit die TPU-Polymerketten, was zu Folgendem führt:
Hydrolyseabbau: Das Molekulargewicht nimmt ab und die mechanischen Eigenschaften werden stark beeinträchtigt.
Komponentendefekte: Es treten Blasen auf und sogar (bei LGF-TPU) können die Fasern freigelegt werden. Daher ist der Einsatz einer effizienten Entfeuchtungstrocknungsmaschine für eine mehrstündige Vortrocknung ein zwingender Prozessschritt.
Verschleiß und Scherung
Schraubenverschleiß: Glasfaser ist ein stark abrasives Material. Bei der Verarbeitung von GF-TPU-Verbundharz müssen eine gehärtete Schnecke und ein Umkehrventil (z. B. eine Bimetallschnecke) verwendet werden; Andernfalls ist die Lebensdauer der Produktionslinie extrem kurz.
Kontrolle der Scherung: Eine zu hohe Schneckenrotationsgeschwindigkeit und ein zu hoher Gegendruck können eine starke Scherkraft erzeugen, die bei der Verarbeitung von LGF-TPU-Verbundwerkstoffen tödlich ist. - Dadurch werden die langen Fasern übermäßig zerstört, wodurch die Leistungsvorteile von LGF verloren gehen. Daher muss ein Verarbeitungsfenster mit „geringer Scherung und geringem Gegendruck“ gewählt werden.
Formenbau und Spritzguss
Angussdesign: Die Position und Größe des Angusses bestimmen direkt das Schmelzfüllungsmuster, das wiederum die endgültige Ausrichtung der Fasern im Bauteil bestimmt (wie bereits erwähnt, ist dies die Anisotropie). Es muss für eine ordnungsgemäße Entlüftung der Form gesorgt werden, um Verbrennungen oder eine unzureichende Füllung durch eingeschlossene Gase (einschließlich Restfeuchtigkeit im Material) zu verhindern.
Oberflächenerscheinung: GF-TPU-Kunststoffpellets weisen häufig das Phänomen „schwebender Fasern“ auf, was zu einer rauen Oberfläche führt. Dies schränkt die direkte Anwendung auf Komponenten mit A--Aussehen ein und erfordert in der Regel ein nachträgliches Sprühen oder die Verwendung spezieller Modifikationen (z. B. das Hinzufügen von Oberflächenschmiermitteln).
LGF-TPU-Kunststoffpellets sind ein hochentwickeltes Material und weit davon entfernt, ein einfacher „Kunststoff mit zusätzlichen Glasfasern“ zu sein. Sein Wert liegt in der präzisen Ausbalancierung von Steifigkeit, Zähigkeit, Dämpfung und Haltbarkeit. Ein gründliches Verständnis der chemischen Unterschiede zwischen Polyester und Polyether, der Mikrostruktur von LGF/SGF, der durch Anisotropie verursachten Designbeschränkungen und der strengen Verarbeitungsbedingungen ist für Unternehmen von entscheidender Bedeutung, um dieses Hochleistungsmaterial erfolgreich als Alternative zu Metallen zu nutzen, Kosten zu senken und Produktinnovationen zu erzielen.
