可為注射級熱塑性復(fù)合材料帶來優(yōu)勢的新型“扁平”玻璃纖維

文/本刊記者 Lillimanolis Sherman

玻璃纖維增強熱塑性塑料在用于注射成型時需要面對的挑戰(zhàn)是減少翹曲和便于加工。一種獨特的玻璃纖維產(chǎn)品系列，其橫截面扁平而不是圓形，可以解決這些問題，同時提供新的優(yōu)勢。

熱塑性塑料用玻璃纖維增強材料已經(jīng)從傳統(tǒng)的短切纖維發(fā)展到長玻璃纖維以及長玻璃纖維和碳纖維的混合物。一個關(guān)鍵的目標(biāo)是輕量化，同時保持或提高力學(xué)性能。主要的挑戰(zhàn)是減少翹曲和便于加工。一種獨特的玻璃纖維產(chǎn)品系列，其橫截面扁平而不是圓形，它們可以解決這些問題，同時提供新的優(yōu)勢。

新型扁平玻璃纖維展示出優(yōu)異的粘合性和力學(xué)性能，減少了翹曲，并且易于加工

新玻纖來自CPIC

這種新玻纖來自于美國紐約阿姆斯特丹的重慶國際復(fù)合材料公司（CPIC，以下簡稱“重慶國際”）北美分公司。重慶國際復(fù)合材料公司總部位于中國重慶市大渡口，是云天化集團的子公司，而云天化集團是一家擁有玻璃纖維、礦物、復(fù)合材料、紡織品、金融和貿(mào)易公司的全球性集團。據(jù)報道，按照生產(chǎn)裝置的產(chǎn)能計，重慶國際是世界第三大玻璃纖維制造商。自2012年以來，重慶國際從美國加利福尼亞州羅蘭崗開始直至全北美地區(qū)開展業(yè)務(wù)。2016年末，該公司收購了玻璃纖維工業(yè)公司（FGI）以后，將其北美總部遷移到東海岸。被收購的FGI是一家經(jīng)營了60年的私營特種玻璃纖維制造商，位于紐約阿姆斯特丹，該公司以其高水平的客戶支持和快速交貨而聞名，F(xiàn)GI前任總裁、目前擔(dān)任重慶國際北美分公司總經(jīng)理的Zizigniew“Ziggy”Ziobro表示新公司將會繼續(xù)保持這兩個優(yōu)勢。

考慮到北美玻璃纖維市場將會有顯著的增長，重慶國際北美分公司已經(jīng)為其團隊增加了幾位玻璃纖維和復(fù)合材料行業(yè)的資深人士。Ziobro指出，遷入新總部就把客戶服務(wù)團隊和管理層都放入到和該公司大部分北美客戶相同的時區(qū)中，這些客戶都集中在中西部和東海岸。

“扁平”與圓形相比的優(yōu)勢

據(jù)稱，這種新型扁平玻璃纖維有助于提高纖維含量和力學(xué)性能，包括使注射級熱塑性復(fù)合材料具有更高的沖擊強度，同時還能減少薄壁成型的翹曲。

此外，據(jù)報道，扁平玻璃纖維通過提供更好的流動性（增加螺旋流動）、減少摩擦并降低纖維纏結(jié)和破裂來改善熱塑性塑料的加工。扁平纖維傾向于像片狀云母那樣流動，而不像常規(guī)的圓形玻纖細(xì)絲那樣滾動和翻滾。反過來說，這被認(rèn)為有助于提供更具各向同性的分散，并且由于纖維堆積得更緊密，因此可以達(dá)到更高的纖維體積分?jǐn)?shù)，這些正如掃描電子顯微圖像所證實的那樣。

而且，據(jù)稱新型扁平玻璃纖維產(chǎn)品有助于防止復(fù)合材料部件脫模后的翹曲（差異性收縮和殘余應(yīng)力松弛）。翹曲往往是隨著一個部件的縱向和橫向流動方向之間不均勻收縮的變化而變化，這在注射成型等高壓工藝中尤其嚴(yán)重。當(dāng)沿縱向流動方向排列的纖維多于橫向流動方向時，這種效應(yīng)更大，導(dǎo)致橫向流動方向上發(fā)生較大的收縮和翹曲。

汽車是新型扁平纖維的主要應(yīng)用之一

3種牌號的扁平玻璃纖維采用了獨特的表面處理技術(shù)，可用于尼龍、PPA、PBT、PPS和PC樹脂

至于薄壁部件，橫向流動方向（沿厚度方向）的樹脂量趨向于少于縱向流動方向，因此不均勻收縮的效應(yīng)更顯著。在某種程度上，設(shè)計和澆口位置的改變可以幫助減少翹曲，因為可以以此改變工藝過程，例如使填充速度和/或保壓壓力降低。然而，CPIC的扁平玻纖被認(rèn)為可以僅憑借增強材料填充部件的方式以及與樹脂基體的結(jié)合大大地減少翹曲，而不需要有其他任何變化。此外，它也有助于降低成型壓力，并且使相同的部件可以在小型注塑機上用較少的澆口來成型。

使用這種扁平纖維增強的玻纖填充半結(jié)晶樹脂已經(jīng)可以成型出薄至1 mm（0.04 in）而沒有翹曲的部件。據(jù)稱扁平纖維表現(xiàn)出優(yōu)異的粘合性和力學(xué)性能，推薦用于汽車和電子/電氣行業(yè)中的應(yīng)用。在所有其他的性能中，扁平纖維在相同的載荷下被認(rèn)為與相同類型的傳統(tǒng)圓形玻璃纖維相當(dāng)。

在新型扁平玻璃纖維的生產(chǎn)中，首先是制成E玻纖（ECT）形式的原絲，纖維寬度為24 μm，厚度為8 μm，或者寬度為16 μm，厚度為5.3 μm。用于短切原絲的常規(guī)圓形玻璃纖維的直徑通常為10～13 μm。之后將扁平原絲切成3.0 mm（0.12 in）或4.5 mm（0.18 in）的長度，這分別是歐洲和北美短玻纖注射牌號的最常見長度。

現(xiàn)有的3種扁平玻璃纖維的牌號均以1:3和1:4的長寬比以及研磨形式提供。這些纖維采用獨特的表面處理（上漿）技術(shù)，可用于尼龍、PPA、PBT、PPS和PC樹脂。 每個牌號的產(chǎn)品都提供55 lb（25 kg）的紙袋或2 205 lb（1 000 kg）的超大袋包裝。