Вот уже лет десять работаю с армированными пластиками, а до сих пор встречаю проектировщиков, уверенных будто стекловолоконное армирование — это просто добавить стеклонитей в гранулят и пропустить через экструдер. На деле же если не учитывать ориентацию волокон в изделии, адгезию к матрице и длину волокна после переработки — получим максимум 15% от реального потенциала материала.
Помню первый заказ на термостойкие корпуса для электрощитов — взяли ПА6 с 30% стекловолокна, потому что в спецификациях была максимальная температура деформации. Не учли, что при литье под давлением в угловых зонах волокна складываются веером, создавая концентраторы напряжений. Результат — трещины при вибрационных испытаниях.
Сейчас для таких случаев используем гибридное армирование: 25% стекловолокна + 5% минерального наполнителя. Это снижает усадочную анизотропию, хоть и добавляет 7-10% к стоимости сырья. Кстати, у ООО Сямынь Бочэн Пластиковые материалы как раз есть серия материалов ПА66-GF25-MD5, где решена проблема расслоения наполнителей.
Важный нюанс — при содержании стекловолокна выше 40% резко растёт износ оборудования. На шнеках с азотированием уже через 800-1000 тонн появляются продольные риски. Лучше использовать биметаллические цилиндры, хоть и дороже на старте.
Скорость впрыска — вот что чаще всего недооценивают. При быстром впрыске стекловолокна ориентируются вдоль потока, давая прочность на разрыв но снижая ударную вязкость. Медленный впрыск даёт хаотичную ориентацию, но может привести к несплавлению фронтов расплава в тонкостенных изделиях.
Для ответственных деталей иногда специально делаем разную скорость по фазам впрыска. Скажем, первые 30% объёма — на высокой скорости чтобы избежать холодных спаев, остальное — на средней для равномерного распределения наполнителя. Это требует тонкой настройки термостатов зон цилиндра, особенно в зоне дозирования.
Температурный режим — отдельная головная боль. Если перегреть расплав выше 300°C для ПА6-GF, связующее на волокнах начинает разлагаться с выделением летучих. Видел как на автоматической выдержке под давлением из литниковой системы шли пузыри газа — потом все эти детали пошли под списание из-за пористости.
Работая с каталогом bochengnylon.ru, обратил внимание что у них в описаниях чётко указан тип связующего для разных матриц. Это важно — для полиамида нужны аминосиланы, для полипропилена совсем другие модификаторы. Как-то пришлось перерабатывать партию ПП с 'универсальным' стекловолокном — адгезия была никакая, образцы ломались по границе раздела фаз.
Кстати про границу раздела — микроскопия показала интересную вещь: при правильном подборе связующего длина волокна после переработки почти не влияет на прочность если сохранена адгезия. Видел образцы где волокна всего 0.2-0.3 мм но держались лучше чем 1-мм с плохой обработкой поверхности.
Сейчас экспериментируем с добавлением малеинизированного ПП в композиции ПА+GF — улучшает межслойную прочность в изделиях сложной формы. Правда пришлось подбирать совместимость с термостабилизаторами, некоторые вступали в реакцию с ангидридными группами.
Самый коварный брак — когда визуально всё идеально, а после месяца эксплуатации появляются микротрещины вокруг мест впрыска. Метод контроля — выборочное травление матрицы в муравьиной кислоте с последующим анализом распределения волокон. Дорого, но позволяет выявить проблемы до отгрузки партии.
Ещё одна головная боль — серебрение на поверхности. Чаще всего возникает при высокой влажности гранул или недостаточной дегазации. Для гидроскопичных полиамидов от ООО Сямынь Бочэн Пластиковые материалы всегда требуем сертификат с остаточной влажностью не выше 0.08% — их система контроля по ISO 9001 реально работает.
Интересный случай был с антипиренами — при содержании бромированных добавок более 15% начиналось разрушение стекловолокон в расплаве. Пришлось переходить на фосфорсодержащие антипирены с специальным пакетом стабилизаторов.
Многие заказчики просят 'максимальное армирование' не считая стоимость. Но при 50% GF себестоимость детали растет непропорционально — идёт перерасход материала плюс увеличение цикла литья из-за необходимости дольше выдерживать под давлением.
Для несимметричных изделий иногда выгоднее делать локальное армирование — вкладыши из стеклоткани в пресс-форме. Дороже оснастка, но экономия материала до 40% и лучше механические характеристики в нужных направлениях.
Сейчас изучаем длинноволоконные гранулы — у того же Бочэн есть интересные разработки по ПА6 с длиной волокна до 10 мм в готовой грануле. Пока сложности с равномерным распределением, но для стержневых конструкций перспективно.
Главное — не существует универсального рецепта стекловолоконного армирования. Что хорошо для кронштейнов в автомобилестроении, неприменимо для тонкостенных корпусов электроники. Каждый раз приходится балансировать между прочностью, ударной вязкостью и технологичностью.
С опытом начинаешь понимать что успех на 60% зависит от правильного выбора сырья, на 30% от настроек оборудования и только 10% — сама пресс-форма. Поэтому сейчас всегда запрашиваем у поставщиков не только ТУ, но и рекомендации по переработке — как делает например китайская компания в описании которой указано про сертификацию ISO 14001.
И да — никогда не верьте лабораторным испытаниям образцов, отлитых в идеальных условиях. Всегда требуйте тестовые отливки в реальной форме, желательно с имитацией условий эксплуатации. Сэкономите на этапе подбора материала — потеряете на рекламациях многократно больше.
