グラス 繊維 の 長さ と 機械 的 強さ は,何 に よっ て 決定 さ れ ます か

ガラス繊維の長さ制御に関する4つの主要パラメータ:温度,回転速度,螺栓の配置,プロセスゾーン

複合塑料産業では,ガラス繊維で強化された短いポリプロピレン (SGFPP) は,新エネルギー車,スマート家電,軽量な構造のおかげで優れた耐疲労性とコスト性能の利点があります

製剤エンジニアはよく不思議な問題に直面します 競争相手と同じく30%のガラス繊維の負荷を使用していますが,それらの張力強さは100MPaを超えますが,私たちの強さは80MPaです.原因は保持されたガラス繊維の長さ余剰ガラス繊維の長さは 材料全体にストレスの移転の効率を直接決定します

この記事では4つの重要な要素を分解します 温度,螺旋回転速度,螺旋配置,挤出ゾーン 各要素がガラス繊維の長さと最終的な機械強さをどのように形作るか分析します

溶融粘度 を 過剰 に 抑える 方法: ガラス 繊維

多くの方 は,挤出 温度 は ポリプロピレン (PP) の 溶融 に しか 役立たない と 間違っ て 考え て い ます.しかし,ガラス 繊維 が 導入 さ れ た とき に は,温度 は 溶融 切断 ストレスの 見え ない 調節 者 の よう に 作用 し ます.

試験は標準のパチブロック (KB) の螺旋幾何学と,螺旋速度が500r/minで実施された.材料内の平均保持されたガラス繊維の長さは 496 μm から 547 μm に徐々に上昇しました耐張強度が4MPa上昇する.その物理原理は単純である.高温によりPP溶融粘度が低下する.溶融は厚い,高温の,高温の,高温の,高温の,高温の,高温の,高温の,高温の,高温の,高温の,高温の,高温の,高温の,高温の,高温の,高温の,高温の,高温の,高温の,高温の,高温の,高温の,高温の,高温の,高温の,高温の,高温の,高温の,低温の,低温の,低温の,低温の,低温の,低温の,低温の,低温の,低温の,低温の,低温の,低温の,低温の,低温の,低温の,低温の,低温の,低温の,低温の,低温の,低温の,低温の.薄くするセメント類のスラム流出中にガラス繊維に施される切断ストレスを劇的に削減する.摩擦磨が少なくなるということは,無傷の繊維がマトリックスに残る時間が長くなります.

高温では常に良い結果が得られるのか? 絶対にそうではありません. 高温ではPPマトリックスが熱分解し,分子重量を低下させ,低分子重量分子の揮発を引き起こす製造技術者にとっては,ガラス繊維の保護のために粘度を下げることと ポリマーの熱分解を回避する間の最適なバランスをとることは 繊細な作業です.

スクリュー の 回転 速さ ― 双刃 の 剣

生産力を高めるため,多くの複合工場は最大回転速度で挤出機を動かします. しかし,より高い出力は,バレルの内部で繊維が重く磨かれる隠れたコストに伴います.

300 r/min から 1000 r/min までのスクリュー速度を同じスクリュー幾何学でテストすると,回転速度が増加するにつれて保持されたファイバー長さの劇的な急落が明らかになりました.低速で633μmから高速でわずか482μmに減少した螺栓の速度が上がると 切断速度が線形的に上昇し 激しく繰り返される切断力が生じ グラスファイバーが急速に断裂します

興味深いことに,繊維の長さが著しく短縮したにもかかわらず,強度が急激に低下せず,質量張力強さは100MPa近くで安定したままです.なぜ繊維の長さが急激に短縮されても強度は安定しているのでしょうか?SGFPPについて繊維の残留繊維は,重度の破裂後でさえ,高切断混合により優れた繊維の方向性と均質な分散がもたらされます.この2つの利点により,より短い繊維の性能損失が部分的に抵消されます..

切断強度が 繊維の長さを 臨界限を下回ると 機械性能が壊滅的に低下します

スクリュー・エレメントの構成におけるトレードオフ

スクロールジオメトリは ツインスクロールエクストルーダーの心臓部です繊維供給の下流のミックスセクション内のガラス繊維への影響を評価するために,6つの異なるスクリュー構成が試験されました.

ZME1の幾何学により,残留ガラス繊維が500μm未満で最も短かった.ZMEの要素は,局所的な極度の切断と結合した激しい分散混合を可能にします.ガラスの繊維は頻繁に急激な転向と衝突を経験しますSFV と SME スクロールの配置は,試験で測定された最大長さである 935 μm までの繊維長さを保持し,優れた結果をもたらしました.

これは複合工事工学の基本原理を強調します 繊維の長さは自動的に優れた機械性能に等しくありません. 繊維の均一な分散も同様に重要です.

SFVの幾何学では,繊維の破裂を軽微な切断作用で最小限に抑えられるが,その限られた混合能力は,ガラス繊維の重度の集積,劣悪な湿出し,不均等な分散を引き起こす.この密集した繊維束は,材料が負荷を負うとき,ストレスの集中点として機能します早期に機能不全を引き起こす.

理想的なスクリュー組み合わせは,十分な制御された切断で 繊維の完全な分離と分散を達成し, 容認可能な残留繊維長さを保持します.このスウィートスポットを打った業界をリードするデザインです.

軸外出機領域に沿ってガラス繊維の衰弱を追跡する

ガラス繊維が最も深刻な損傷を受ける場所を特定するために, 繊維供給口からダイ出口まで, 挤出機桶の軸長に沿って順序的にサンプルを採取しました.繊維消耗の全ライフサイクルをマッピングする.

樽に入ると,ガラス繊維は最初の混合切断要素を通過します (距離はわずか4バレル直径,4D).原始繊維の長さは4000μmで,PPが既に完全に溶けていても,2680μmに落ちました.新しく導入されたガラス繊維は,最初の圧縮と切断を原始混合領域内で耐えます.切断要素の2番目と3番目では,繊維の長さをさらに20%と24%削減します.エクストルーダー出口の螺旋先では,残留繊維の長さがわずか561μmに縮小し,元の入力繊維の長さの14%しか残っていない.

主要 な 教訓

• 長いガラスの繊維は,より強い複合材料を保証するものではありません.SGFPPの拉伸強度を最大化するには,校正された切断混合要素を持つ合理的な螺栓設計が必要です.繊維 を 砕く 過剰 な 切断 を 避ける繊維の長さを保つために 分散を犠牲にしてはいけません
• ゾーン化温度制御: ガラス繊維供給口の下流の混合ゾーンで樽の温度を5~10°C上昇させる.低溶融粘度により,ガラス繊維の流通環境がよりスムーズになり,粒子の衝突による破裂を減らす.
• スクロール要素のレイアウトを最適化:SME (スクロールミックスエレメント) 部品は強く推奨されています.それらは,有利な残留繊維長さを維持しながら,均一な繊維分散を提供します.繊維の保持と均質な混合をバランスさせるのに最適な選択になります.

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