LGF se compare à SGF Composite
Dans le domaine de la modification des plastiques techniques à haute-performance, le renforcement par fibre de verre est sans aucun doute l'approche technique la plus aboutie et la plus largement appliquée. Cependant, pour de nombreux ingénieurs et acheteurs, un paramètre apparemment simple - longueur de fibre - est souvent sous-estimé.
Lorsque nous parlons de thermoplastiques renforcés de fibres de verre, les fibres de verre courtes (SGF) et les fibres de verre longues (LGF), malgré des compositions similaires, présentent des caractéristiques très différentes, de la microstructure aux performances macroscopiques. Cet article vous plongera au cœur du matériau pour comparer la logique sous-jacente et les limites d'application de ces deux matériaux.
Origine : différences génétiques
Les différences entre les deux ont été prédéterminées sur la chaîne de production.
La fibre de verre courte (SGF) est la « norme traditionnelle » dans l'industrie. Sa production est généralement réalisée dans une extrudeuse à double-vis, où les fibres coupées courtes-sont mélangées à la résine et fondues. Au cours de ce processus, une force de cisaillement mécanique intense brise les fibres de verre, ce qui fait que les fibres des particules finales sont généralement très courtes (environ 0,2 mm - 0.4 mm). Ce processus est très efficace et rentable-, le SGF est donc devenu le choix privilégié pour la majorité des plastiques modifiés.
En revanche, la fibre de verre longue (LGF) a une origine plus « exaltée ». Il est produit à l'aide du procédé de pultrusion recouvert de câble-. Les faisceaux de fibres de verre sont entièrement immergés dans la résine fondue dans un moule spécifique puis extraits comme un câble, suivis d'un refroidissement et d'une granulation. Dans le cadre de ce processus, la longueur des particules est la même que la longueur des fibres (généralement 10 mm - 12 mm ou même plus). Ce processus spécial est conçu pour maximiser l’intégrité des fibres, jetant ainsi les bases d’améliorations de performances ultérieures.
Matériau GF : Structure interne
Si nous zoomons au microscope, nous verrons deux scènes complètement différentes, qui sont la raison fondamentale des différences de performances entre les deux.
Dans les composants courts en fibre de verre, les fibres fines sont dispersées comme des cure-dents dans la matrice de résine. Bien qu’elles puissent accroître la rigidité du matériau, les fibres fonctionnent indépendamment les unes des autres et manquent de connexions mutuelles. Sous contrainte, ils jouent principalement le rôle de « remplissage et renforcement ».
Cependant, à l’intérieur des composants longs en fibre de verre, la situation est complètement différente. Après le moulage par injection, même si la longueur des fibres sera quelque peu réduite, la longueur conservée peut encore atteindre plus de 1 mm - 3 mm (plus de 10 fois celle des fibres de verre courtes). Ce qui est plus important, c'est que ces longues fibres sont courbées et entrelacées au sein du composant, formant un « réseau squelettique » tridimensionnel . Cette structure de réseau est comme les barres d'acier dans le béton, bloquant étroitement l'ensemble du matériau.
Jeu de performances
C'est précisément grâce à ce "réseau de charpente" que les fibres de verre longues ont exercé une suppression presque totale-sur les fibres de verre courtes en termes de propriétés mécaniques, en particulier lorsqu'elles sont confrontées à des conditions extrêmes :
1. Le changement qualitatif de la résistance aux chocs.C’est l’avantage le plus important du matériau LGF. Lorsque le matériau en fibres de verre courtes est soumis à un impact de force externe, les fissures peuvent facilement contourner les fibres courtes et se dilater rapidement, et les fibres ont tendance à être arrachées, ce qui entraîne une performance du matériau fragile. Cependant, le réseau d'enroulements à l'intérieur des longues fibres de verre peut absorber et disperser efficacement l'énergie d'impact. Pour que la fissure s'étende, il faut vaincre l'obstruction des fibres longues, voire nécessiter la rupture des fibres. Par conséquent, la résistance aux chocs du matériau LGF est généralement 2 à 3 fois supérieure à celle du SGF, et il reste résistant même dans des environnements à basse -température.
2. Au combatcontre les températures élevées et la durabilitéSous une charge à long-terme, les plastiques ont tendance à « fluer » (c'est-à-dire qu'une déformation permanente se produit au fil du temps). Les fibres courtes sont trop courtes pour empêcher efficacement le glissement des chaînes polymères. Cependant, la structure du réseau de longues fibres de verre peut « retenir » fermement la matrice de résine, inhibant ainsi de manière significative le fluage. De plus, dans des environnements à haute -température, la résistance à la fatigue à haute température-des matériaux LGF dépasse de loin celle du SGF. Cela fait de LGF le choix idéal pour les composants de moteurs automobiles, les pièces structurelles, etc., qui doivent résister à des environnements de contraintes alternées.
3. Le concours de la stabilité dimensionnelleLes pièces moulées par injection rencontrent souvent le problème de la déformation, qui est souvent provoquée par l'anisotropie résultant de l'alignement (orientation) des fibres dans la direction de l'écoulement. L'orientation des fibres de verre courtes est extrêmement forte, ce qui rend les pièces moulées sujettes à la flexion. Cependant, les longues fibres de verre, bien que également orientées en raison de leur enroulement mutuel, fournissent également une force de retenue dans la direction verticale. Cela se traduit par un taux de retrait plus uniforme et une déformation plus faible pour les pièces moulées LGF, ce qui les rend parfaitement adaptées à la fabrication de grands composants avec des exigences strictes en matière de précision dimensionnelle.
Pourquoi LGF et SGF cohabitent-elles ?
Puisque les performances des fibres de verre longues sont si supérieures, pourquoi n’ont-elles pas complètement remplacé les fibres de verre courtes ? La raison en est que dans le domaine des matériaux, il n’existe pas de matériau parfait ; il n'y a que les matériaux les plus adaptés. Les fibres de verre courtes présentent encore des avantages dans les aspects suivants :
Premièrement, il y a l’aspect de la commodité et de l’apparence du traitement. Le traitement des fibres de verre longues nécessite un contrôle de processus extrêmement minutieux pour éviter la rupture des fibres, et il est sujet aux « fibres flottantes », ce qui entraîne une surface rugueuse. En revanche, les fibres de verre courtes ont une bonne fluidité et leurs surfaces peuvent être facilement rendues lisses et brillantes. Pour les produits présentant des exigences d'apparence élevées, des structures complexes et des exigences de résistance modérées, tels que les coques électroniques grand public, SGF reste le leader.
L'aspect suivant est la-rentabilité. Les coûts des matières premières et les coûts de transformation de LGF sont généralement plus élevés que ceux de SGF. Dans les domaines généraux qui ne nécessitent pas une résistance extrême aux chocs ou au fluage, l'utilisation de LGF est sans aucun doute un cas de sur-performance et de gaspillage de coûts.
Par conséquent, la concurrence entre les fibres de verre longues et les fibres de verre courtes n’est pas une simple question de supériorité ou d’infériorité ; cela réside plutôt dans la division des scénarios d’application. Si votre objectif est de « remplacer l'acier par du plastique » et que vous avez besoin que le matériau résiste à des impacts importants, supporte des charges lourdes à long terme-ou remplace les pièces moulées sous pression en alliage d'aluminium-pour obtenir un poids léger, alors les fibres de verre longues (LGF) sont une solution indispensable à hautes-performances.
Si votre produit se concentre davantage sur une apparence exquise, une structure complexe et vise principalement un support rigide de base, avec une faible exigence de ténacité extrême, alors les fibres de verre courtes (SGF) constituent le meilleur choix pour équilibrer performances et coût.
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