유리로 채워져 있습니까 아니면 강화 유리로 되어 있습니까?

몇 달 전에 나는 아세탈 호모폴리머와 코폴리머의 특성을 비교하는 기사를 썼습니다. 그 기사에서 나는 유리 섬유가 아세탈 공중합체에 "결합"(결합)될 수 있지만 단독 중합체에는 그렇지 않다고 언급했습니다. 결과적으로 유리 섬유를 공중합체에 넣는 이점이 더 커졌습니다. 글쎄, 알고 보니 내가 관심을 기울이지 않고 있는 동안 아세탈 단독 중합체의 주요 공급업체 중 하나가 실제 유리 강화 아세탈 단독 중합체 두 개를 도입했습니다.

채워진 대. 강화 아세탈

표 1은 섬유가 폴리머 매트릭스에 결합된 일반적인 20% 유리 충전 등급 및 10% 및 25% 유리를 포함하는 새로운 등급과 함께 충전되지 않은 아세탈 단독 중합체의 특성 프로파일을 보여줍니다. 강도의 차이는 매우 분명하며 이는 유리 충전 재료와 유리 강화 재료의 차이를 보여주는 훌륭한 예입니다. 이 차이는 일부 다른 폴리머에도 존재하기 때문에 이것은 좀 더 자세히 논의할 가치가 있습니다.

섬유질에서 시작됩니다. 이들은 종횡비라는 것을 가지고 있기 때문에 일반적인 필러보다 더 큰 성능 향상을 제공합니다. 섬유에서 이것은 길이 대 직경의 비율입니다. 종횡비가 클수록 물성이 향상됩니다. 1980년대 장섬유 강화재의 도입은 펠릿의 시작 섬유 길이를 2-3mm에서 11-12mm로 늘림으로써 이 원칙을 활용하도록 설계되었습니다.

섬유 길이가 6mm(1/4인치)에 달하는 장섬유 재료는 현대의 장유리 합성물이 도입되기 전에 실제로 제공되었지만 새로운 합성물은 "습윤성" 또는 표면을 최대화하는 방식으로 만들어졌습니다. 폴리머와 개별 유리 섬유 사이의 접촉. 종횡비를 개선하는 다른 방법은 일반적인 길이지만 더 작은 직경을 가진 섬유를 사용하는 것입니다. 이를 위스커라고 합니다.

폴리머 컴파운딩에 사용되는 유리 섬유의 표면은 일반적으로 유리에 대한 폴리머의 접착력을 향상시키기 위해 처리되거나 크기가 조정됩니다. 서로 다른 크기는 서로 다른 폴리머에 대해 최적입니다. 그러나 어떤 경우에는 좋은 사이징으로도 폴리머와 섬유 사이에 최적의 결합을 생성하기에 충분하지 않습니다. 유리 섬유는 폴리머가 기계적 과부하를 받기 시작할 때 재료에 가해지는 응력을 관리하여 강도를 추가하기 때문에 이 결합이 중요합니다. 섬유는 폴리머 매트릭스보다 강하고 결과적으로 전체 화합물의 강도를 증가시킵니다. 그러나 폴리머와 유리섬유 사이의 결합이 약하면 하중의 전달이 효율적이지 않고 유리의 장점이 제대로 구현되지 않습니다.

유리 섬유가 좋은 결합 없이 폴리머에 단순히 추가되면 재료가 유리로 채워집니다. 상 사이의 결합이 최적인 경우 재료는 유리로 강화됩니다. 표 1과 같이 그 차이가 상당합니다.

유리 충전 아세탈의 강도는 충전되지 않은 재료의 강도보다 낮지만 강화 재료는 항상 더 강합니다. 실제로, 10% 유리 강화 등급은 20% 유리 강화 등급보다 35% 이상 더 강하고 거의 단단하며 동시에 무게를 5% 줄입니다. 이것은 더 나은 최종 결과를 얻기 위해 동일한 성분을 더 효율적으로 사용하는 훌륭한 예입니다.

화학 결합의 진행 상황

폴리프로필렌은 유리 섬유를 추가하는 과정이 발전된 또 다른 중합체입니다. 원래 재료는 유리로 채워져 있었습니다. PP는 비극성 폴리머이며 유리 섬유를 포함하여 많이 달라붙지 않습니다. 그러나 1970년대 후반과 1980년대 초반에 일부 공급업체는 화학적 커플링으로 알려진 프로세스를 사용하기 시작했습니다. 여기에는 극성을 도입하기 위해 폴리프로필렌 백본의 화학적 성질을 약간 조정하는 것이 포함되었습니다. 이 극성은 폴리머와 유리 섬유 사이의 결합을 개선하여 표 2와 같은 유형의 특성 개선을 생성했습니다.

이러한 발전은 일부 엔지니어링 열가소성 수지와 경쟁할 수 있는 재료로서 PP에 대한 새로운 시장을 창출했습니다. 최종 사용자가 이 잠재력을 한계까지 밀어붙였기 때문에 화학적 결합의 개선으로 추가적인 개선이 이루어졌습니다. 이러한 개선 사항은 데이터 시트에서 반드시 명확하게 나타나지는 않았지만 피로 및 크리프와 같은 메커니즘과 관련된 장기 응용 프로그램에서 더 나은 성능을 제공했습니다. 강도와 강성이 10% 증가하면 모든 사람의 관심을 끌지 못할 수도 있지만 단기적인 특성에서 이 정도의 개선은 제품의 피로 수명을 두 배로 늘릴 수 있습니다.

PVC는 유리 충전 재료보다 유리 강화 재료의 성능을 향상시키는 결합 기술과 함께 유사한 일련의 개선을 거쳤습니다.

특정 환경에서 장기적인 성능은 폴리머와 유리 섬유가 결합되는 방식을 변경하여 향상될 수도 있습니다. PPS 화합물은 거의 항상 상당한 양의 유리 섬유와 함께 판매됩니다. PPS의 장점 중 하나는 내화학성이 우수하고 물이 염소 처리되어도 뜨거운 물에 잘 견디는 화학 물질 중 하나라는 것입니다. 아세탈, 나일론 및 열가소성 폴리에스터와 같은 다른 많은 엔지니어링 재료는 덥고 습한 환경에서 가수분해되는 반면 PPS는 잘 견딥니다.

그러나 고온의 수성 환경에서 유리 강화 PPS를 사용하는 초기 몇 년 동안 재료는 당혹스러운 초기 실패를 보였습니다. 고장난 부품에 대한 평가는 폴리머가 뜨거운 물에 의해 손상되지 않은 반면 폴리머와 유리 사이의 결합이 끊어지는 것으로 나타났습니다. 인터페이스가 약해지면 부품이 구조적 무결성을 잃고 실패하게 됩니다. 새로운 커플링 기술이 이 문제를 해결했습니다.

유리 섬유가 있는 폴리머의 성능을 향상시키기 위해 조작할 수 있는 다른 변수가 있습니다. 유리 섬유의 구성은 이러한 변수 중 하나입니다. 고분자 화합물에 사용되는 대부분의 유리 섬유는 E 유리로 알려져 있습니다. 이것은 유리의 특정 화학 물질을 나타내며 특정 속성 세트를 동반합니다. 그러나 폴리머 매트릭스에 다른 특성을 부여할 수 있지만 일반적으로 추가 비용의 가치가 있는 것으로 간주되지 않는 비용으로 다른 유리 화학 물질을 사용할 수 있습니다.

또 다른 흥미로운 변수는 유리 섬유의 기하학적 구조입니다. 대부분의 유리 섬유의 단면 모양은 원형입니다. 1990년대에 이중 또는 삼엽 단면을 가진 유리 섬유를 사용하여 몇 가지 흥미로운 작업이 수행되었습니다. 이것은 유리 섬유와 폴리머 매트릭스 사이의 접촉 표면적을 증가시켰고 기계적 성능에서 몇 가지 흥미로운 개선을 가져왔습니다. 그러나 이는 카펫 산업에서 이러한 구성이 탄력성을 높이고 특정 광학 효과를 생성하는 데 사용되더라도 비용/성능 균형이 매력적이지 않은 것으로 간주되는 속성 개선의 경로이기도 했습니다.

그러나 일반적인 재료 배합의 영역 내에서도 벌크 구성이 중요하지만 재료를 조립하고 서로 연결하는 방식이 성능, 특히 장기 성능에 상당한 영향을 미친다는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 최근 자동차 업계에서는 성능을 유지하면서 무게를 줄이는 데 모든 관심이 집중되고 있는 상황에서 이것은 기억해야 할 중요한 원칙입니다.

저자 정보

Michael Sepe는 애리조나 주 세도나에 기반을 둔 독립 재료 및 가공 컨설턴트로 북미, 유럽 및 아시아 전역에 고객을 보유하고 있습니다. 그는 플라스틱 산업에서 35년 이상의 경험을 갖고 있으며 재료 선택, 제조 가능성을 위한 설계, 프로세스 최적화, 문제 해결 및 실패 분석을 지원합니다. 연락처:(928) 203-0408 • [email protected].