塑料增强玻璃纤维在管道应用 (工程塑料加玻璃纤维)

工程塑料增强用途,工程塑料用玻璃纤维

耐磨性是决定塑料应用领域和使用寿命的重要指标。为了减少塑料的摩擦磨损,可以选择添加润滑物质或是增强物质。当然润滑油或润滑脂在减少磨损和噪音也能起到一定的作用,但润滑油或脂也存在一些缺点,时间长了油脂会发生老化,还需要经常添加维护,而且容易聚集灰尘碎屑,污染内部零件等。因此添加耐磨物质来增加塑料的耐磨性和自润滑性成为了一种比较常用的方法。常见的添加剂和增强物质有:聚四氟乙烯、二硫化钼、硅酮、石墨、碳纤维、芳纶纤维等。

那玻璃纤维作为最常见的一种改性各类工程塑料的增强剂,对材料的耐磨性是正面的帮助,还是有负面的作用呢?小维想在介绍了其它一些没有争议的耐磨助剂之后,我们重点讨论一下玻纤与耐磨性的关系。

1、聚四氟乙烯(PTFE,铁氟龙)

聚四氟乙烯(PTFE),俗称铁氟龙,于1938年由杜邦发明。PTFE几乎不与任何物质粘合,同时还具有自润滑性,因此通常被用于防粘涂层。不粘锅涂层就是PTFE的经典应用。

PTFE微粉是专门用作添加剂的品种,是耐摩擦添加剂中摩擦系数比较低的,在磨擦过程中PTFE微粉会在零件表面形成润滑的薄膜。是高负荷应用中最佳的耐磨添加剂。最适当的PTFE添加量为非结晶性塑料含15%PTFE、而结晶性塑料含20%PTFE。

PTFE 微粉可应用于工程塑料、涂料、油墨、油漆、润滑油、薄膜、橡胶等,可增强主体材料的性能,如:

1)耐磨损性、耐摩擦性和耐划擦性

2)易去污特性

3)抗粘连特性

4)润滑性能(用于工程塑料改性)

5)抗摩擦,抗磨损性能

2、二硫化钼

二硫化钼(MoS2)是一种黑色有金属光泽,触之有滑腻感的粉末,二硫化钼是重要的固体润滑剂,特别适用于高温高压下,被誉为“高级固体润滑油王”。在工程塑料领域主要用于尼龙塑料的耐磨添加剂。

尼龙66+MOS2 (灰黑色):尼龙66/二氧化钼与纯树脂相比,其刚性、硬度和尺寸稳定性有所提高,但抗冲击强度有所下降,二硫化钼的晶粒形成效果提高了结晶结构,使材料承载和耐磨性能均有提高。广泛用于齿轮、轴承、密封圈、滑块等。

3、石墨

石墨的化学结构为一个独特的格子状结构。此独特的化学结构使石墨分子在很小磨擦力上很容易地互相滑动。此耐磨特性在有水的环境中尤其重要。此特性使石墨成为一种理想的耐磨性添加剂用于很多置于水中的应用,如水铺外壳、轮叶和关封。

4、聚硅氧烷

聚硅氧烷液体是一种会移行的耐磨添加剂.当加入热塑性塑料中,该助剂会缓慢移行到零件表面,并形成一层持续不断的薄膜。聚硅氧烷有很广泛的粘度范围。聚硅氧烷的粘度逾低,逾成流质状且速地移行到零件表面产提供耐磨特性。若聚硅氧烷的粘度太低,则在较易挥发,并会很快地从零件中移行消失掉。

5、碳纤维

碳纤维是用粘胶丝、聚丙烯腈纤维和沥青丝等为原料,在300~1000℃下碳化而成的。与玻璃纤维的情况一素,碳纤维能大幅改善结构的整体性、耐磨性和耐负荷与耐磨擦速度之能力。和玻璃纤维不同的是碳纤维是一种较软且刮损性较低的纤维。碳纤维不会刮伤与其磨擦的铁钢质或钢质的磨擦表面。

利用碳纤维具有自润滑性的特点,碳纤维增强塑料可以做特殊用途的轴承、齿轮和活塞环。如航空仪表和磁带录音机用的无油润滑轴承,电气传动内燃机车用的无油润滑齿轮(可避免渗漏油引起的事故),压缩机上的无油润滑活塞环等。

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6、芳香族聚酰胺纤维(芳纶)

芳香族聚酰胺纤维俗称芳纶,自20世纪60年代由美国杜邦(DuPont)公司成功研发。是一种新型高科技合成纤维,具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能,其强度是钢丝的 5~6倍。

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芳纶纤维也是耐磨添加剂之一。相比于玻璃纤维和碳纤维,它是最软和最无刮损性的纤维。此特性是芳香族聚酰胺纤维在耐磨应用的主要优点,特别是在配合零件的表面对刮损性的纤维。

7、玻璃纤维

玻璃纤维是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成。其主要成分是二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等。玻璃纤维的抗腐蚀性好,机械强度高,但缺点是性脆。

玻璃纤维的分类

1)以单丝直径分类

粗纤维:单丝直径一般为30um;

初级纤维:单丝直径大于20um;

中级纤维:单丝直径10-20um;

高级纤维:(纺织纤维)其单丝直径3-10um;

超细纤维:单丝直径小于4um。

一般:5-10um的纤维作为纺织制品用;10-14um的纤维一般做无捻粗纱、无纺布、短切纤维毡等较为适宜。

以玻璃原料成分类(一般以不同的碱金属含量来区分)

A.无碱玻璃纤维(E玻璃纤维)

碱金属氧化物含量<0.05%,化学稳定性、电绝缘性、强度好,主要用作电绝缘材料、玻璃钢的增强材料等

B. 中碱玻璃纤维(C玻璃纤维)

碱金属氧化物含量11.5-12.5%,含碱量高,不能用作电绝缘材料,其化学稳定性和强度尚好,一般用作乳胶布、方格布基材、酸性过滤布、窗纱基材等,也可用作酸性过滤布、窗纱基材等(成本较低,用途较广)

C. 高碱玻璃纤维(A玻璃纤维)

碱金属氧化物含量>15%,如采用碎的平板玻璃、碎瓶子玻璃等作原料拉制而成的玻璃纤维均属此类。可用作蓄电瓶的隔离片、管道包扎布和毡片等防水、防潮材料。

D. 特种玻璃纤维

由纯镁铝硅三元组成的高强度玻璃纤维(S-glass),镁铝硅系高强高弹玻璃纤维;硅铝钙镁系耐化学腐蚀玻璃纤维;含铅纤维;高硅氧纤维; 石英纤维等。

玻璃纤维对工程塑料耐磨性的影响

以PA66为例,尼龙在添加玻璃纤维增强改性之后,毫无疑问,会大幅度提高材料的刚性(包括拉伸强度和弹性模量)、会大幅度提高材料的热变形温度、会大幅度提高材料的抗冲击强度(这为不少工程师们认为玻璃纤维有助于提高韧性的有力证据,小维认同,但韧性的评价,抗冲击强度只是其中的一个角度,其实韧性的评价还有一个重要的角度是,材料的断裂伸长率,30%玻纤增强的尼龙比未增强的尼龙66,在断裂伸长率这块是大幅度减少了,这对有些结构的注塑功能件是不利的,比如带卡扣结构的开关和汽车接插件。另外,还有一点很重要,小维在这里多说一句,对半结晶工程塑料(PA66、PA6等等)来说,玻纤能提高材料的抗冲击强度,但对无定形塑料(如ABS、PC等)来说,恰恰是相反的,所以大家在选材的时候,需要留意这一点。

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我们来举个实例来看一下玻纤增强的材料对耐磨的影响吧。就是上面这个件,它的应用名称叫汽油机凸轮。应用的主要要求是:耐磨,经过台架试验后(长期工作温度范围为-40度到120度,短期会达到150度),磨损率要低于要求值,放置两天后,再启动汽油机要求功能完好。

当时一家日本的汽油机专业生产商,分别用PA66(耐热老化改性)、PA66+30%玻璃纤维(耐热老化改性)、PA66+50%玻璃纤维以及苏州维本工程塑料的Wintone Z33,这四组材料同时并行试验。

这四支材料在注塑完成两天后,分别做200小时、400小时和600小时的台架试验。

经过200小时之后,磨损掉最厉害并且失效的PA66+50%玻纤的那支材料,其他三支材料有不同程度的磨损,但没失效,磨损掉第二的是PA66+30%玻纤,磨损最少的是Wintone Z33。

经过400小时之后,磨损掉最厉害并且失效的PA66+30%玻纤的那支材料,磨损掉第二厉害并失效的是未增强PA66;磨损最少的是Wintone Z33,而且没有失效,当两天后重新启动,汽油机仍旧功能完好。

最后,Wintone Z33做600小时的台架测试,仍旧通过测试。

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在各类减速电机传动齿轮的应用上,苏州维本工程塑料Wintone Z33耐磨静音齿轮专用工程塑料可以帮助您解决以下问题:

1.POM和PA66齿轮噪音比较大,耐磨耐疲劳性不够的问题。

2.PA12和TPEE齿轮,太软扭矩太小,耐磨性不够,在60摄氏度以上时,扭力下降比较快。

3.POM和PA66齿轮的耐腐蚀性不够,以及断齿的问题。POM齿轮和注塑件易磨损粉屑化的问题。

4.尼龙46齿轮的降噪性不够,尺寸受水份影响比较大。

Z33材料作为一款强韧耐磨型工程塑料,在齿轮应用上最显著的特点是:耐磨、静音、耐腐蚀、强韧且不受水份影响。Z33材料的典型成功应用为:微小型减速齿轮箱、电动推杆、汽车转向系统EPS齿轮、按摩器齿轮、汽油机凸轮、电助力自行车中置电机齿轮、电动剃须刀等等传动齿轮。

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