Was bestimmt die Länge und mechanische Festigkeit von Glasfasern?

Vier wichtige Parameter zur Steuerung der Glasfaserlänge: Temperatur, Drehgeschwindigkeit, Schraubkonfiguration und Prozesszonen

In der Kunststoffindustrie wird kurzfaserverstärktes Polypropylen (SGFPP) in neuen Energiefahrzeugen, intelligenten Haushaltsgeräten,und Elektronik dank seiner leichten Struktur, ausgezeichnete Ermüdungsbeständigkeit und Kosteneffizienzvorteile.

Die Formulierungstechniker stehen häufig vor einem rätselhaften Problem: Wir verwenden 30% Glasfaserbelastung, genau wie unsere Konkurrenten, doch ihre Zugfestigkeit übersteigt 100 MPa, während unsere nur 80 MPa erreicht.Der Hauptverursacher liegt inGlasfaserlänge beibehaltenDie Länge der Restglasfasern bestimmt direkt die Effizienz der Spannungsübertragung über das Material.

In diesem Artikel werden vier kritische Faktoren aufgeschlüsselt: Temperatur, Drehgeschwindigkeit der Schraube, Konfiguration der Schraube und Extrusionszonen, um zu analysieren, wie jeder die Glasfaserlänge und die endgültige mechanische Festigkeit beeinflusst.

Vermeiden Sie eine übermäßige Schmelzviskosität: Eine Glasfaser

Viele glauben fälschlicherweise, daß die Extrusionstemperatur nur dazu dient, Polypropylen (PP) zu schmelzen.

Die Prüfungen wurden unter einer Standard-Schraubgeometrie des Knetblocks (KB) und einer Schraubgeschwindigkeit von 500 R/min durchgeführt.die durchschnittliche gehaltene Glasfaserlänge im Material stieg stetig von 496 μm auf 547 μmDas zugrunde liegende physikalische Prinzip ist einfach: Höhere Temperaturen verringern die Viskosität des PP-Schmelzes.Zementähnliche Schlamm zum VerdünnenDie Schnittbelastung der Glasfasern während des Stroms wird drastisch reduziert.

Das bedeutet, dass höhere Temperaturen immer bessere Ergebnisse liefern?Verringerung des Molekülgewichts und Verflüchtigung von NiedrigmolekülfrationenFür die Produktionstechniker ist esDie optimale Balance zwischen der Verringerung der Viskosität zum Schutz von Glasfasern und der Vermeidung des thermischen Abbaues von Polymeren ist ein heikles Handwerk..

Drehgeschwindigkeit der Schraube: Ein zweischneidiges Schwert

Um den Durchsatz zu steigern, führen viele Verbundwerke ihre Extruder mit maximaler Schraubgeschwindigkeit durch.

Bei Prüfungen mit Schraubgeschwindigkeiten von 300 r/min bis 1000 r/min auf identischen Schraubgeometrien zeigte sich eine dramatische, steile Abnahme der Faserlänge, wenn die Drehgeschwindigkeit erhöht wurde:Faserlänge von 633 μm bei niedrigen Geschwindigkeiten auf nur 482 μm bei hohen GeschwindigkeitenBei höheren Schraubgeschwindigkeiten wird die Schergeschwindigkeit linear erhöht, was zu starken, sich wiederholenden Scherkräften führt, die die Glasfasern schnell zerreißen.

Interessanterweise blieb die Massenziehfestigkeit um 100 MPa stabil, ohne trotz einer erheblichen Faserverkürzung stark abzunehmen.Für SGFPPAuch nach schwerem Bruch überschreiten die meisten Restfasern die kritische Faserlänge.Durch das Mischen mit hohem Scheren wird eine bessere Faserorientierung und gleichmäßige Dispersion erzielt. Diese beiden Vorteile kompensieren teilweise Leistungsverluste bei kürzeren Fasern..

Das heißt, ein katastrophaler Zusammenbruch der mechanischen Eigenschaften tritt auf, wenn die Scherintensität die Faserlänge unter die kritische Schwelle schneidet.

Kompromisse in der Konfiguration von Schraubelementen

Schraubgeometrie ist das Herz der Zwitschraubextrudern.Sechs verschiedene Schraubenkonfigurationen wurden getestet, um ihre Auswirkungen auf die Glasfasern im Mischbereich im nachgelagerten Bereich der Faserzufuhr zu bewerten..

Die ZME1-Geometrie erzeugte die kürzesten Restglasfasern unter 500 μm. ZME-Elemente liefern eine intensive Verteilmischung in Verbindung mit lokalisierter extremer Schere.Glasfasern werden häufig abrupt umgeleitet und kollidierenIm Gegensatz dazu lieferten SFV- und SME-Schraubenkonfigurationen hervorragende Ergebnisse, wobei die Faserlängen von bis zu 935 μm behalten wurden, die in Versuchen am höchsten gemessen wurden.

Dies unterstreicht einen Grundsatz der Verbundprozesstechnik: Eine längere Faserlänge entspricht nicht automatisch einer überlegenen mechanischen Leistung; eine gleichmäßige Faserdispersion ist ebenso wichtig.

Während die SFV-Geometrie die Faserbrechung durch eine sanfte Scherwirkung minimiert, verursacht ihre begrenzte Mischkapazität eine starke Glasfaseragglomeration, ein schlechtes Wet-Out und eine ungleichmäßige Dispersion.Diese dichten Faserbündel dienen als Spannungskonzentrationspunkte, wenn das Material belastet wird, was zu einem vorzeitigen Versagen führt.

Die ideale Schraubkombination schlägt einen ausgewogenen Kompromiss: ausreichend kontrollierte Schere, um eine vollständige Fasertrennung und -dispersion zu erreichen, während die akzeptable Restfaserlänge erhalten bleibt.Optimierte Knetblöcke (KB) und KMU-Elemente sind branchenführende Designs, die diesen Sweet Spot treffen.

Verfolgung der Glasfaserautrophie entlang der axalen Extruderzonen

Um festzustellen, wo Glasfasern am stärksten beschädigt sind, wurden Probeaufnahmen sequentiell entlang der Achsellänge des Extruderfassers vom Faserzufuhranschluss bis zum Druckvorgang durchgeführt.Kartierung des gesamten Lebenszyklus der Faserausnutzung.

Nach dem Eintritt in den Fass gingen Glasfasern durch die erste Reihe von Mischscherelementen (eine Entfernung von nur 4 Fassdurchmesser, 4D).Die ursprüngliche Faserlänge von 4000 μm fiel auf 2680 μm auf 33% Verlust, obwohl PP bereits vollständig geschmolzen warDie neu eingeführten Glasfasern ertragen eine brutale anfängliche Kompression und Schere innerhalb der primären Mischzone.die zweite und dritte Banken von Scherelementen verkürzen die Faserlänge um zusätzliche 20% bzw. 24%.Durch die Schraubenspitze am Auslass des Extruders verkleinerte sich die Restfaserlänge auf nur 561 μm und behielt nur 14% der ursprünglichen Eingangsfaserlänge.

Wichtige Erkenntnisse

• Um die Denkweise zu ändern: Längere Glasfasern garantieren keine stärkeren Verbundwerkstoffe.Vermeiden Sie übermäßige Schere, die Fasern zerbricht, aber nicht die Dispersion ausschließlich zur Erhaltung der Faserlänge opfern.
• Temperaturkontrolle im Bereich: Die Fassentemperaturen in den Mischzonen flussabwärts vom Glasfaser-Versorgungsort um 5 ̊10 °C erhöhen.Eine geringere Schmelzviskosität schafft eine glattere Durchflussumgebung für Glasfasern und verringert die Bruchfähigkeit durch Partikelkollisionen.
• Optimieren Sie das Layout der Schraubelemente: SME-Komponenten (Screw Mixing Element) werden dringend empfohlen.so dass sie eine optimale Wahl für die Balance zwischen Faserretention und homogener Mischung sind.

Wenn Sie Glasfaserverstärkte PP machen, wenn Sie auf Probleme stoßen, können Sie uns für professionelle Lösungen kontaktieren!