LGF ist vergleichbar mit SGF Composite
Im Bereich der Modifizierung von technischen Hochleistungskunststoffen ist die Glasfaserverstärkung zweifellos der ausgereifteste und am weitesten verbreitete technische Ansatz. Allerdings wird von vielen Ingenieuren und Einkäufern ein scheinbar einfacher Parameter - Faserlänge - oft unterschätzt.
Wenn wir über glasfaserverstärkte Thermoplaste sprechen, weisen Kurzglasfasern (SGF) und Langglasfasern (LGF) trotz ähnlicher Zusammensetzungen sehr unterschiedliche Eigenschaften auf, von der Mikrostruktur bis zur makroskopischen Leistung. Dieser Artikel führt Sie tief in das Innere des Materials ein, um die zugrunde liegende Logik und Anwendungsgrenzen dieser beiden Materialien zu vergleichen.
Ursprung: Genetische Unterschiede
Die Unterschiede zwischen den beiden wurden am Produktionsband vorgegeben.
Kurzglasfaser (SGF) ist der „traditionelle Standard“ in der Branche. Die Herstellung erfolgt üblicherweise in einem Doppelschneckenextruder, in dem Kurzschnittfasern mit dem Harz vermischt und geschmolzen werden. Während dieses Prozesses bricht eine starke mechanische Scherkraft die Glasfasern, was dazu führt, dass die Fasern in den Endpartikeln typischerweise sehr kurz sind (etwa 0,2 mm - 0.4 mm). Dieses Verfahren ist äußerst effizient und kostengünstig, sodass SGF für die meisten modifizierten Kunststoffe zur bevorzugten Wahl geworden ist.
Im Gegensatz dazu hat Langglasfaser (LGF) einen „erhabeneren“ Ursprung. Die Herstellung erfolgt im kabel-beschichteten Pultrusionsverfahren. Die Glasfaserbündel werden in einer speziellen Form vollständig in das geschmolzene Harz eingetaucht und dann wie ein Kabel herausgezogen, anschließend abgekühlt und granuliert. Bei diesem Verfahren ist die Partikellänge gleich der Faserlänge (typischerweise 10 mm - 12 mm oder sogar länger). Dieses spezielle Verfahren soll die Integrität der Fasern maximieren und den Grundstein für spätere Leistungssteigerungen legen.
GF-Material: Interne Struktur
Wenn wir unter dem Mikroskop heranzoomen, sehen wir zwei völlig unterschiedliche Szenen, die den wesentlichen Grund für die Leistungsunterschiede zwischen beiden darstellen.
Bei Kurzglasfaserbauteilen sind die feinen Fasern wie Zahnstocher in der Harzmatrix verteilt. Obwohl sie die Steifigkeit des Materials erhöhen können, arbeiten die Fasern unabhängig voneinander und es fehlen gegenseitige Verbindungen. Unter Belastung übernehmen sie vor allem die Rolle des „Füllers und Verstärkers“.
Im Inneren der Langglasfaserbauteile sieht die Situation jedoch völlig anders aus. Obwohl sich die Faserlänge nach dem Spritzgießen etwas verringert, kann die verbleibende Länge immer noch mehr als 1 mm - 3 mm erreichen (mehr als das Zehnfache der Länge kurzer Glasfasern). Wichtiger ist, dass diese langen Fasern innerhalb des Bauteils gebogen und miteinander verflochten sind und ein dreidimensionales „Skelettnetzwerk“ bilden. Diese Netzwerkstruktur ähnelt den Stahlstangen im Beton und verbindet das gesamte Material fest miteinander.
Leistungsspiel
Gerade durch dieses „Gerüstnetzwerk“ haben die Langglasfasern die Kurzglasfasern hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften nahezu vollständig unterdrückt, insbesondere bei extremen Bedingungen:
1. Die qualitative Änderung der Schlagfestigkeit.Dies ist der wichtigste Vorteil des LGF-Materials. Wenn kurzes Glasfasermaterial äußeren Kräften ausgesetzt wird, können Risse leicht an den kurzen Fasern vorbeigehen und sich schnell ausdehnen, und die Fasern neigen dazu, herausgezogen zu werden, was zu einer spröden Materialleistung führt. Das gewundene Netzwerk im Inneren der langen Glasfasern kann jedoch die Aufprallenergie effektiv absorbieren und verteilen. Damit sich der Riss ausdehnt, muss er das Hindernis der langen Fasern überwinden und sogar die Fasern brechen. Daher ist die Kerbschlagzähigkeit von LGF-Material in der Regel zwei- bis dreimal so hoch wie die von SGF und es bleibt auch in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen zäh.
2. Im Kampfgegen hohe Temperaturen und HaltbarkeitUnter langfristiger Belastung neigen Kunststoffe zum „Kriechen“ (d. h. es kommt mit der Zeit zu einer bleibenden Verformung). Kurzfasern sind zu kurz, um das Gleiten von Polymerketten wirksam zu verhindern. Allerdings kann die Netzwerkstruktur aus langen Glasfasern die Harzmatrix fest „halten“, wodurch das Kriechen deutlich gehemmt wird. Darüber hinaus übertrifft die Ermüdungsfestigkeit von LGF-Materialien bei hohen Temperaturen die von SGF bei weitem. Dies macht LGF zur idealen Wahl für Automobilmotorkomponenten, Strukturteile usw., die wechselnden Belastungsumgebungen standhalten müssen.
3. Der Wettbewerb der DimensionsstabilitätBei Spritzgussteilen tritt häufig das Problem der Verformung auf, die oft durch die Anisotropie verursacht wird, die sich aus der Ausrichtung (Orientierung) der Fasern entlang der Fließrichtung ergibt. Die Ausrichtung von Kurzglasfasern ist extrem stark, wodurch die Formteile anfällig für Biegungen sind. Allerdings sorgen lange Glasfasern, obwohl sie aufgrund ihrer gegenseitigen Wicklung ebenfalls ausgerichtet sind, auch für eine Haltekraft in vertikaler Richtung. Dies führt zu einer gleichmäßigeren Schrumpfungsrate und geringeren Verwerfungen bei LGF-Formteilen, wodurch sie sich hervorragend für die Herstellung großer Komponenten mit strengen Anforderungen an die Maßhaltigkeit eignen.
Warum existieren LGF und SGF nebeneinander?
Da die Leistung langer Glasfasern so überlegen ist, warum haben sie kurze Glasfasern nicht vollständig ersetzt? Der Grund dafür ist, dass es im Bereich der Materialien kein perfektes Material gibt; Es gibt nur die am besten geeigneten Materialien. Kurzglasfasern haben weiterhin Vorteile in folgenden Aspekten:
Da ist zunächst der Aspekt der Verarbeitungsfreundlichkeit und Optik. Die Verarbeitung langer Glasfasern erfordert eine äußerst sorgfältige Prozesskontrolle, um einen Faserbruch zu verhindern, und es besteht die Gefahr „schwebender Fasern“, was zu einer rauen Oberfläche führt. Andererseits haben kurze Glasfasern eine gute Fließfähigkeit und ihre Oberflächen lassen sich leicht glatt und glänzend machen. Bei Produkten mit hohen Anforderungen an das Erscheinungsbild, komplexen Strukturen und moderaten Festigkeitsanforderungen, wie beispielsweise Gehäusen für Unterhaltungselektronik, bleibt SGF führend.
Der nächste Aspekt ist die Kosteneffizienz. Die Rohstoffkosten und Verarbeitungskosten von LGF sind im Allgemeinen höher als die von SGF. In den allgemeinen Bereichen, in denen keine extreme Schlagfestigkeit oder Kriechfestigkeit erforderlich ist, ist die Verwendung von LGF zweifellos ein Fall von Überleistung und Kostenverschwendung.
Daher ist der Wettbewerb zwischen langen Glasfasern und kurzen Glasfasern nicht einfach eine Frage der Überlegenheit oder Unterlegenheit; Vielmehr liegt es in der Aufteilung der Anwendungsszenarien. Wenn Ihr Ziel darin besteht, „Stahl durch Kunststoff zu ersetzen“ und Sie das Material benötigen, um erheblichen Stößen standzuhalten, dauerhaft hohen Belastungen standzuhalten oder Druckgussteile aus Aluminiumlegierung zu ersetzen, um ein geringes Gewicht zu erreichen, dann sind Langglasfasern (LGF) eine unverzichtbare Hochleistungslösung.
Wenn bei Ihrem Produkt mehr Wert auf ein exquisites Erscheinungsbild und eine komplizierte Struktur gelegt wird und es vor allem auf eine grundlegende starre Unterstützung mit geringen Anforderungen an extreme Zähigkeit abzielt, sind kurze Glasfasern (SGF) die beste Wahl, die Leistung und Kosten in Einklang bringt.
