LGF と SGF コンポジットの比較
高性能エンジニアリング プラスチックの改質の分野では、ガラス繊維強化が間違いなく最も成熟しており、広く適用されている技術的アプローチです。{0}しかし、多くのエンジニアや購入者にとって、一見単純なパラメータ - 繊維長 - は過小評価されることがよくあります。
ガラス繊維強化熱可塑性プラスチックについて話すとき、ガラス短繊維 (SGF) とガラス長繊維 (LGF) は、同様の組成を持っているにもかかわらず、微細構造から巨視的性能に至るまで大きく異なる特性を示します。この記事では、マテリアルの内部を深く掘り下げて、これら 2 つのマテリアルの基礎となるロジックとアプリケーションの境界を比較します。
起源: 遺伝子の違い
両者の違いは生産ラインであらかじめ決められています。
ガラス短繊維 (SGF) は業界の「伝統的な標準」です。その製造は通常、二軸押出機で行われます。-そこで、短くカットされた繊維が樹脂と混合され、溶融されます。-このプロセス中に、強い機械的せん断力によってガラス繊維が破壊され、最終粒子の繊維は通常非常に短くなります (約 0.2 mm - 0.4 mm)。このプロセスは非常に効率的で費用対効果が高いため、SGF は大部分の改質プラスチックにとって好ましい選択肢となっています。-
対照的に、ガラス長繊維 (LGF) は、より「高貴な」起源を持っています。ケーブルでコーティングされた引抜成形プロセスを使用して製造されています-。ガラス繊維束を専用の金型内の溶融樹脂に完全に浸漬し、ケーブル状に引き抜き、冷却して造粒します。このプロセスでは、粒子の長さは繊維の長さと同じになります（通常は 10 mm - 12 mm、またはそれ以上）。この特別なプロセスは、繊維の完全性を最大限に高め、その後のパフォーマンスの飛躍のための基礎を築くように設計されています。
GF 材質: 内部構造
顕微鏡で拡大すると、まったく異なる 2 つのシーンが見えます。これが、2 つのパフォーマンスの違いの根本的な理由です。
短ガラス繊維コンポーネントでは、細い繊維が樹脂マトリックス内に爪楊枝のように分散されています。これらは材料の剛性を高めることができますが、繊維は互いに独立して機能し、相互接続がありません。ストレス下では主に「充填・補強」の役割を果たします。
しかし、ガラス長繊維部品の内部では状況が全く異なります。射出成形後、繊維長は若干短くなりますが、保持長は依然として 1 mm - 3 mm (ガラス短繊維の 10 倍以上) に達することがあります。さらに重要なことは、これらの長い繊維がコンポーネント内で曲がって絡み合い、三次元の「骨格ネットワーク」を形成していることです。-この網目構造はコンクリートの鉄筋のようなもので、材料全体をしっかりと固定します。
パフォーマンスゲーム
まさにこの「フレームワーク ネットワーク」のおかげで、特に極端な条件に対処する場合に、ガラス長繊維が機械的特性の点でガラス短繊維をほぼ全面的に抑制します。{0}
1. 耐衝撃性の質的変化。これがLGF素材の最も核となる利点です。ガラス短繊維材料は、外力衝撃を受けると、短繊維を迂回して亀裂が急速に広がりやすく、繊維が引き抜かれやすいため、材料性能が脆くなります。しかし、長いガラス繊維内部の巻き網が衝撃エネルギーを効果的に吸収、分散します。亀裂が広がるには、長い繊維の障害を克服する必要があり、さらには繊維を破壊する必要があります。したがって、LGF 材料のノッチ衝撃強度は通常 SGF の 2 ～ 3 倍であり、低温環境でも強度を維持します。{6}}
2.戦闘中高温耐性と耐久性長期間の負荷がかかると、プラスチックは「クリープ」（時間の経過とともに永久変形が発生する）が発生しやすくなります。-短繊維は短すぎるため、ポリマー鎖の滑りを効果的に防ぐことができません。しかし、長いガラス繊維の網目構造が樹脂マトリックスをしっかりと「保持」し、クリープを大幅に抑制します。さらに、高温環境では、LGF 材料の高温疲労強度は SGF のそれをはるかに上回ります。-このため、LGF は、交互応力環境に耐える必要がある自動車エンジン部品や構造部品などにとって理想的な選択肢となります。
3. 寸法安定性の競争射出成形部品は、多くの場合、流れ方向に沿った繊維の整列 (配向) に起因する異方性によって引き起こされる反り変形の問題に遭遇します。ガラス短繊維の配向性が非常に強いため、成形品が曲がりやすくなります。ただし、長いガラス繊維は、巻き合いにより配向されていますが、垂直方向にも拘束力を発揮します。これにより、LGF 成形部品の収縮率がより均一になり、反りが小さくなり、寸法精度に対する厳しい要件が求められる大型部品の製造に非常に適したものになります。
なぜLGFとSGFが共存するのでしょうか?
長ガラス繊維の性能は非常に優れているのに、なぜ短ガラス繊維を完全に置き換えることができなかったのでしょうか?その理由は、材料の分野では完璧な材料が存在しないためです。最適な素材しかありません。ガラス短繊維には、次のような利点があります。
まず、加工の利便性と見栄えの面です。長いガラス繊維の加工には、繊維の破損を防ぐために非常に慎重な工程管理が必要であり、「繊維の浮き」が発生しやすく、表面が粗くなります。一方、ガラス短繊維は流動性が良く、表面を滑らかで光沢のあるものにしやすいです。家庭用電子機器のシェルなど、高い外観要件、複雑な構造、適度な強度が要求される製品では、SGF が依然としてリーダーです。
次の側面は費用対効果です。-一般的にLGFはSGFに比べて原材料費や加工費が高くなります。極度の耐衝撃性や耐クリープ性を必要としない一般的な分野では、LGF の使用は間違いなく過剰なパフォーマンスとコストの無駄になります。-
したがって、ガラス長繊維とガラス短繊維との競争は、単純な優劣の問題ではない。むしろ、それはアプリケーション シナリオの分割にあります。 「スチールをプラスチックに置き換える」という目標があり、重大な衝撃に耐えたり、長期間の重荷重に耐えたり、軽量化を達成するためにアルミニウム合金ダイカスト部品を置き換えたりする材料が必要な場合、ガラス長繊維 (LGF) は不可欠な高性能ソリューションです。-
製品が絶妙な外観、複雑な構造に重点を置き、極度の靭性の要件が低く、主に基本的な剛性サポートを目的としている場合は、ガラス短繊維 (SGF) が性能とコストのバランスをとる最良の選択です。
