LGF se compara con el compuesto SGF
En el campo de la modificación de plásticos de ingeniería de alto-rendimiento, el refuerzo de fibra de vidrio es sin duda el enfoque técnico más maduro y ampliamente aplicado. Sin embargo, para muchos ingenieros y compradores, un parámetro aparentemente simple - longitud de la fibra - a menudo se subestima.
Cuando hablamos de termoplásticos reforzados con fibra de vidrio, las fibras de vidrio cortas (SGF) y las fibras de vidrio largas (LGF), a pesar de tener composiciones similares, exhiben características muy diferentes desde la microestructura hasta el rendimiento macroscópico. Este artículo lo llevará profundamente al interior del material para comparar la lógica subyacente y los límites de aplicación de estos dos materiales.
Origen: diferencias genéticas
Las diferencias entre los dos han sido predeterminadas en la línea de producción.
La fibra de vidrio corta (SGF) es el "estándar tradicional" en la industria. Su producción generalmente se lleva a cabo en una extrusora de doble-tornillo, donde las fibras-cortadas se mezclan con la resina y se funden. Durante este proceso, una intensa fuerza de corte mecánico rompe las fibras de vidrio, lo que hace que las fibras de las partículas finales sean típicamente muy cortas (aproximadamente 0,2 mm - 0.4 mm). Este proceso es muy eficiente y rentable-, por lo que el SGF se ha convertido en la opción preferida para la mayoría de los plásticos modificados.
Por el contrario, la fibra de vidrio larga (LGF) tiene un origen más "exaltado". Se produce mediante el proceso de pultrusión recubierto de cable-. Los haces de fibra de vidrio se sumergen completamente en la resina fundida en un molde específico y luego se extraen como un cable, seguido de enfriamiento y granulación. En este proceso, la longitud de las partículas es la misma que la longitud de la fibra (normalmente 10 mm - 12 mm o incluso más). Este proceso especial está diseñado para maximizar la integridad de las fibras, sentando las bases para posteriores avances en el rendimiento.
Material GF: Estructura interna
Si hacemos zoom bajo un microscopio, veremos dos escenas completamente diferentes, que son la razón fundamental de las diferencias de rendimiento entre ambas.
En los componentes cortos de fibra de vidrio, las fibras finas están dispersas como palillos dentro de la matriz de resina. Aunque pueden mejorar la rigidez del material, las fibras funcionan de forma independiente unas de otras y carecen de conexiones mutuas. Bajo tensión, desempeñan principalmente el papel de "relleno y refuerzo".
Sin embargo, dentro de los componentes largos de fibra de vidrio la situación es completamente diferente. Después del moldeo por inyección, aunque la longitud de la fibra se reducirá algo, la longitud retenida aún puede alcanzar más de 1 mm - 3 mm (más de 10 veces la de las fibras de vidrio cortas). Lo que es más importante es que estas fibras largas están dobladas y entrelazadas dentro del componente, formando una "red esquelética" tridimensional. Esta estructura de red es como las barras de acero del hormigón, uniendo firmemente todo el material.
Juego de rendimiento
Precisamente debido a esta "red estructural" las fibras de vidrio largas han ejercido una supresión casi total sobre las fibras de vidrio cortas en términos de propiedades mecánicas, especialmente cuando se enfrentan a condiciones extremas:
1. El cambio cualitativo en la resistencia al impacto.Esta es la ventaja más importante del material LGF. Cuando el material de fibra de vidrio corta se somete a un impacto de fuerza externa, las grietas pueden pasar fácilmente por las fibras cortas y expandirse rápidamente, y las fibras son propensas a arrancarse, lo que resulta en un rendimiento del material quebradizo. Sin embargo, la red sinuosa dentro de las largas fibras de vidrio puede absorber y dispersar eficazmente la energía del impacto. Para que la grieta se expanda, debe superar la obstrucción de las fibras largas, e incluso requerir romper las fibras. Por lo tanto, la resistencia al impacto en entalla del material LGF suele ser de 2 a 3 veces mayor que la del SGF y sigue siendo resistente incluso en entornos de baja-temperatura.
2. En batallacontra altas temperaturas y durabilidadBajo cargas-a largo plazo, los plásticos son propensos a "deslizarse" (es decir, se produce una deformación permanente con el tiempo). Las fibras cortas son demasiado cortas para impedir eficazmente el deslizamiento de las cadenas de polímeros. Sin embargo, la estructura de red de fibras de vidrio largas puede "sujetar" firmemente la matriz de resina, inhibiendo significativamente la fluencia. Además, en entornos de alta-temperatura, la resistencia a la fatiga a alta-temperatura de los materiales LGF supera con creces la del SGF. Esto convierte a LGF en la opción ideal para componentes de motores de automóviles, piezas estructurales, etc., que necesitan soportar entornos de tensión alterna.
3. La competencia de la estabilidad dimensionalLas piezas moldeadas por inyección a menudo encuentran el problema de la deformación por alabeo, que a menudo es causada por la anisotropía resultante de la alineación (orientación) de las fibras a lo largo de la dirección del flujo. La orientación de las fibras de vidrio cortas es extremadamente fuerte, lo que hace que las piezas moldeadas sean propensas a doblarse. Sin embargo, las fibras de vidrio largas, aunque también están orientadas debido a su entrelazado, también proporcionan fuerza de restricción en dirección vertical. Esto da como resultado una tasa de contracción más uniforme y una deformación más pequeña para las piezas moldeadas LGF, lo que las hace muy adecuadas para fabricar componentes grandes con requisitos estrictos de precisión dimensional.
¿Por qué coexisten LGF y SGF?
Dado que el rendimiento de las fibras de vidrio largas es tan superior, ¿por qué no han reemplazado completamente a las fibras de vidrio cortas? La razón es que en el campo de los materiales no existe el material perfecto; Sólo existen los materiales más adecuados. Las fibras de vidrio cortas todavía tienen ventajas en los siguientes aspectos:
En primer lugar, está el aspecto de la comodidad de procesamiento y la apariencia. El procesamiento de fibras de vidrio largas requiere un control del proceso extremadamente cuidadoso para evitar la rotura de las fibras y es propenso a formar "fibras flotantes", lo que da como resultado una superficie rugosa. Por otro lado, las fibras de vidrio cortas tienen buena fluidez y sus superficies pueden volverse lisas y brillantes fácilmente. Para productos con altos requisitos de apariencia, estructuras complejas y demandas de resistencia moderadas, como carcasas de electrónica de consumo, SGF sigue siendo el líder.
El siguiente aspecto es la rentabilidad-efectividad. Los costos de materia prima y de procesamiento del LGF son generalmente más altos que los del SGF. En aquellos campos generales que no requieren una resistencia extrema al impacto o a la fluencia, el uso de LGF es sin duda un caso de rendimiento excesivo y desperdicio de costos.
Por tanto, la competencia entre fibras de vidrio largas y fibras de vidrio cortas no es una simple cuestión de superioridad o inferioridad; más bien, radica en la división de escenarios de aplicación. Si su objetivo es "reemplazar el acero con plástico" y necesita que el material resista impactos significativos, soporte cargas pesadas-a largo plazo o reemplace piezas de aleación de aluminio-fundidas para lograr un peso liviano, entonces las fibras de vidrio largas (LGF) son una solución indispensable de alto-rendimiento.
Si su producto se centra más en una apariencia exquisita, una estructura intrincada y apunta principalmente a un soporte rígido básico, con un bajo requisito de dureza extrema, entonces las fibras de vidrio cortas (SGF) son la mejor opción que equilibra rendimiento y costo.
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