유리섬유 길이: 복합재료 성능의 한계를 결정하는 이유

동일한 PA66 배합과 동일한 일반적인 단섬유 유리 함량에도 불구하고 사출 성형 부품의 인장 강도는 압축 성형 부품의 절반에 불과합니다.

재료공학자는 의아해했다. 원료와 섬유 함량이 완전히 동일하다면 왜 성능에 이렇게 큰 차이가 나는 걸까?

답은 단 두 단어에 있습니다.섬유 길이.

사출 성형 과정에서 스크류 내부의 고속 전단력으로 인해 유리 섬유가 평균 길이 1mm 정도로 파손될 수 있습니다.200–400 μm이와 대조적으로, 보다 부드러운 압축 성형 공정은 유리 섬유가 원래 길이를 유지할 수 있도록 합니다.2~4mm 또는 그보다 더 길 수도 있습니다..

유리섬유의 보강 효과는 근본적으로 다음에 달려 있습니다.섬유 종횡비(길이/직경)섬유의 길이가 길고 종횡비가 높을수록 수지 매트릭스와 섬유 사이에서 응력이 더 효율적으로 전달되어 궁극적으로 복합재료의 강도 한계가 높아집니다.

켈리-타이슨 모델: 섬유 강화의 기본 방정식

1965년 켈리와 타이슨은 단일 섬유 인발 모델을 제안했는데, 이는 이후 섬유 강화 복합 재료의 이론적 기초 중 하나가 되었습니다. 이 모델의 핵심 방정식은 놀라울 정도로 간단합니다.

어디σc복합재료의 강도입니다.σm매트릭스의 강도입니다.Vf는 섬유 부피 분율입니다.σf섬유의 강도입니다.

임계 섬유 길이(Lc)의 물리적 의미

섬유-매트릭스 계면에서의 전단 응력은 매트릭스에서 섬유로 하중을 효과적으로 전달하기 위해 충분히 긴 섬유 길이에 걸쳐 작용해야 합니다.

어디디는 섬유의 직경입니다.τ계면 전단 강도입니다.

• 광섬유 길이 > 740 μm:효과적인 강화
• 광섬유 길이 보강 효율이 급격히 떨어집니다
• 섬유 길이 ≈ 200 μm:임계 길이보다 훨씬 짧아 보강 효율이 크게 감소합니다.

계면 전단 강도 τ: 간과되기 쉬운 핵심 변수

켈리-타이슨 모델에서,τ임계 섬유 길이를 결정합니다Lc계면 전단 강도가 높을수록 임계 섬유 길이가 짧아져 더 짧은 섬유가 하중을 더욱 효과적으로 지탱할 수 있습니다.

1. 물리적 마찰:거친 섬유 표면과 고분자 매트릭스 사이의 기계적 맞물림.
2. 화학적 상호작용:섬유 표면 처리제 또는 결합제와 고분자 매트릭스 간의 화학적 상호작용.

예를 들어 유리섬유 강화 PP의 경우, 사용PP-g-MAH계면 접착력을 크게 향상시키고 임계 섬유 길이를 줄일 수 있습니다.

화면비 함정

많은 복리후생 전문가들은 주로 다음에 집중합니다.유리섬유 함량(중량%)내려다보면서섬유 길이이는 섬유 강화 플라스틱에 대한 가장 큰 오해 중 하나입니다.

근본적인 차이점은 다음과 같습니다.장섬유 유리(LGF)그리고단섬유 유리섬유(SGF)따라서 중요한 것은 단순히 섬유 함량이 아니라 가공 후에도 충분히 높은 섬유 종횡비를 유지하는 능력입니다.

솔루션 비교: 단섬유 vs. 장섬유 vs. 연속섬유

실용적인 제형 권장 사항

1. 단섬유 유리 시스템사출 성형 부품

• 트윈스크류 압출 과정에서 유리 섬유는 다음 경로를 통해 도입되어야 합니다.측면 공급기스크류 회전 속도를 이하로 유지하십시오.300rpm섬유 파손을 최소화하기 위해.
• 사출 성형 시, 다음을 사용하십시오.더 큰 게이트와 적절하게 제어된 주입 속도2차 섬유 파손을 줄이기 위해.
• 섬유 길이를 평가해야 합니다.처리 후초기 섬유 길이에만 의존하는 것이 아니라.

2. 장섬유 유리 시스템압축 성형 및 LFT

• 초기 유리 섬유 길이:10~25mm특수 함침 공정을 통해 통합됨그리니치 표준시(GMT) 또는 LFT-D.
• 최종 섬유 길이는 대략 다음과 같이 유지될 수 있습니다.2~6mm.
• 인장 강도는 기존의 단섬유 강화 부품보다 훨씬 높을 수 있습니다.
• 재료비가 인상될 수 있습니다.20~30%하지만 구조적 용도에서는 성능 향상이 추가 비용을 훨씬 상회할 수 있습니다.

3. 결합제 선택

일반적인 고장 모드