Что определяет длину стекловолокна и его механическую прочность?

Четыре ключевых параметра для контроля длины стекловолокна: температура, скорость вращения, конфигурация винта и зоны процесса

В промышленности комбинированных пластмасс короткий полипропилен, усиленный стекловолокном (SGFPP), широко используется в новых энергетических транспортных средствах, умных бытовых приборах,и электроники благодаря его легкой структуре, отличная устойчивость к усталости и преимущества по стоимости и производительности.

Инженеры-составители часто сталкиваются с загадочной проблемой: “Мы используем 30% стекловолокно загрузки, как и конкуренты, но их прочность на растяжение превышает 100 МПа, в то время как наш только достигает 80 МПа.Главный виновник -длина стеклянного волокнаДлина остаточных стеклянных волокон напрямую определяет эффективность передачи напряжения через материал.

В этой статье рассматриваются четыре важнейших фактора: температура, скорость вращения винта, конфигурация винта и зоны экструзии, чтобы проанализировать, как каждый из них влияет на длину стекловолокна и окончательную механическую прочность.

Избегайте чрезмерной вязкости плавления: стеклянное волокно

Многие ошибочно полагают, что экструзионная температура служит только для плавления полипропилена (ПП).

Испытания были проведены при стандартной геометрии винта блока (KB) и скорости винта 500 р/мин. По мере повышения температуры экструзии с 180°C до 230°Cсредняя длина удерживаемых стеклянных волокон в материале неуклонно увеличивалась с 496 мкм до 547 мкмВ результате высокие температуры уменьшают вязкость раствора ПП. Раствор преобразуется из толстого,цементообразная лужа для тонкой обработкиВ результате уменьшается трение, что означает, что более длительное время нетронутые волокна остаются в матрице.

Это означает, что более высокие температуры всегда дают лучшие результаты?снижает молекулярную массу и вызывает волатилизацию фракций низкой молекулярной массыДля техников производства,достижение оптимального баланса между снижением вязкости для защиты стеклянных волокон и предотвращением термической деградации полимера является деликатным ремеслом.

Скорость вращения винта - обоюдоострый меч

Чтобы увеличить пропускную способность, многие комбинирующие заводы запускают экструдеры с максимальной скоростью винта.

Испытания на винтовых скоростях от 300 р/мин до 1000 р/мин на идентичных винтовых геометриях показали резкое, резкое снижение длины удерживаемого волокна с увеличением скорости вращения:длина волокна упала с 633 мкм при низких скоростях до всего 482 мкм при высоких скоростяхПовышенные скорости винта создают линейный всплеск скорости сдвига, создавая жесткие, повторяющиеся силы сдвига, которые быстро ломают стеклянные волокна.

Интересно, что прочность натяжения оставалась стабильной около 100 МПа без резкого снижения, несмотря на значительное сокращение волокон.Для SGFPP, даже после серьезного разрыва, большинство остаточных волокон по-прежнему превышают критический порог длины волокна.Смешивание с высоким сокращением обеспечивает превосходную ориентацию волокон и равномерную дисперсию. Эти два преимущества частично компенсируют потери производительности от более коротких волокон..

Тем не менее, катастрофический крах механических свойств происходит, когда интенсивность сдвига сокращает длину волокна ниже критического порога.

Компромисс в конфигурации элемента винта

Геометрия винтов - это сердце экструдеров с двойными винтами.Было проведено испытание шести различных конфигураций винтов для оценки их влияния на стеклянные волокна в смесительном участке ниже поток питания волокна.

Геометрия ZME1 дает самые короткие остаточные стеклянные волокна, которые падают ниже 500 мкм.стеклянные волокна подвергаются частым резким перенаправлениям и столкновениямВ отличие от этого, конфигурации SFV и SME-шрубов давали выдающиеся результаты, сохраняя длины волокон до 935 мкм, что является самым высоким показателем, измеренным в испытаниях.

Это подчеркивает основной принцип технологического процесса комбинирования: более длинная длина волокна не автоматически равна превосходным механическим характеристикам; равномерная дисперсия волокна не менее важна.

В то время как геометрия SFV минимизирует разрыв волокон с мягким действием сдвига, его ограниченная смесительная способность вызывает серьезную агломерацию стеклянного волокна, плохое намокание и неравномерную дисперсию.Эти плотные пучки волокон действуют как точки концентрации напряжения, когда материал несет нагрузку, что вызывает преждевременный сбой.

Идеальная комбинация винтов достигает сбалансированного компромисса: достаточное контролируемое стрижение для достижения полного отделения и диспергирования волокон, сохраняя при этом приемлемую остаточную длину волокон.Оптимизированные блоки для измельчения (КБ) и элементы МСП являются ведущими в отрасли конструкциями, которые достигают этой точки..

Отслеживание атрофии стекловолокна вдоль осяных зон экструдера

Чтобы определить, где стеклянные волокна получают наиболее серьезные повреждения, образцы были собраны последовательно вдоль оси ствола экструдера от порта питания волокна до выхода из формата,картографирование полного жизненного цикла износа волокон.

При входе в бочку стеклянные волокна проходили через первый набор смешивающих элементов сдвига (расстояние всего 4 диаметра бочки, 4D).Оригинальная длина волокон 4000 мкм упала до 2680 мкм. 33% потеря, даже несмотря на то, что PP уже полностью растаял.Новые стеклянные волокна переносят жестокое первоначальное сжатие и обрезание в зоне первичного смешивания.Второй и третий банки сдвижных элементов сокращают длину волокна на дополнительные 20% и 24% соответственноК концу винта на выходе экструдера остаточная длина волокна уменьшилась до 561 мкм, сохранив лишь 14% от первоначальной длины входного волокна.

Ключевые выводы

• Увеличение прочности в SGFPP зависит от рационального дизайна винта с калиброванными элементами смешивания сдвига.Избегайте чрезмерной стрижки, которая разрушает волокна, но не жертвуйте дисперсией исключительно для сохранения длины волокна.
• Контроль температуры в зонах: повышение температуры бочек на 5 ̊10 °C в зонах смешивания ниже по течению от порта питания стекловолокна.Более низкая вязкость плавления создает более плавную среду для стекловолокна и уменьшает разрушение от столкновения частиц.
• Оптимизируйте расположение винтовых элементов: компоненты SME (Screw Mixing Element) настоятельно рекомендуются. Они обеспечивают равномерную дисперсию волокон при сохранении благоприятной остаточной длины волокна,что делает их оптимальным выбором для сбалансирования удержания волокон и однородного смешивания.

Когда вы делаете стекловолокно усиленный PP, если вы столкнетесь с какими-либо проблемами, пожалуйста, не стесняйтесь связаться с нами для профессиональных решений!