Bepaalde technische kunststoffen zijn met glas gevuld, wat betekent dat er glasvezels in het polymeer zijn verwerkt om bepaalde mechanische en maatvastheidseigenschappen te verbeteren. Dit wordt vaak aangeduid als ‘met glas gevuld’, ‘glasvezelversterkt’, ‘glasversterkte kunststof’ of kortweg ‘GF’.
Het toevoegen van glasvezels biedt aanzienlijke voordelen, waaronder een grotere stijfheid, sterkte, maatvastheid en weerstand tegen vervorming. Ingenieurs moeten zich er echter van bewust zijn dat dit invloed kan hebben op het gedrag, de verwerking, de slijtage en de reactie op schokken van de materialen.
Inzicht in deze veranderingen is essentieel om te kunnen bepalen of er voor uw project glasvezelversterkte onderdelen nodig zijn.
Wat is een met glas gevuld onderdeel?
Een met glas gevulde kunststof is een composietmateriaal dat voornamelijk bestaat uit een polymeerhars die met glasvezels is versterkt.
Het polymeer vormt de doorlopende matrix, terwijl de glasvezels als versterking dienen. Samen kunnen ze eigenschappen opleveren die geen van beide materialen afzonderlijk zou bieden.
Ons assortiment met glasvezelversterkte producten:
- Polyetheretherketon GF30 (PEEK GF30)
- RENY (MXD6 GF50)
- Polyamide GF60 (PA66 GF60)
Het getal geeft het gewichtspercentage glasvezel aan. Gangbare kwaliteiten zijn onder meer: 10%, 20%, 30%, 40% of zelfs hoger (zoals wij op voorraad hebben).
Waarom worden glasvezels aan polymeren toegevoegd?
Niet-versterkte technische kunststoffen bieden voordelen zoals een laag gewicht, corrosie- en chemische bestendigheid en elektrische isolatie in vergelijking met traditionele metalen bevestigingsmiddelen. Hun stijfheid en vervorming bij langdurige belasting bij hoge temperaturen zijn echter beperkt in vergelijking met metalen producten. Door glasvezels toe te voegen kunnen deze eigenschappen worden verbeterd.
Het resultaat is een materiaal dat veel voordelen van kunststof behoudt en tegelijkertijd betere structurele eigenschappen biedt.
1. Verhoogde stijfheid
Een van de belangrijkste effecten van glasversterking is een toename van de stijfheid, die doorgaans wordt uitgedrukt in de elasticiteitsmodulus of buigmodulus van het materiaal.
Glasvezels zijn aanzienlijk stijver dan het polymeer dat ze omgeeft. Wanneer ze in het materiaal worden verwerkt, helpen ze om vervorming onder belasting tegen te gaan.
2. Verbeterde sterkte
Glasversterking kan ook de trek- en buigsterkte verhogen, afhankelijk van het polymeer, het vezelgehalte, de verwerkingsomstandigheden en de vezeloriëntatie.
De glasvezels helpen bij het overbrengen van belastingen door de polymeermatrix, waardoor het composietmateriaal grotere spanningen kan weerstaan.
Dit maakt met glas versterkte kunststofsoorten aantrekkelijk voor toepassingen waarbij een onversterkte kunststof onder mechanische belasting zou kunnen vervormen of bezwijken.
Een hogere sterkte betekent echter niet dat het materiaal zich gedraagt als metaal. Bij het ontwerp moet nog steeds rekening worden gehouden met de specifieke mechanische eigenschappen en faalwijzen van het versterkte polymeer.
3. Betere maatvastheid
Kunststoffen kunnen van afmeting veranderen als gevolg van temperatuur, vochtopname en mechanische belasting.
Door glasversterking kunnen sommige van deze maatveranderingen worden beperkt.
In veel materialen zorgt de toevoeging van glasvezels ervoor dat de thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE) lager uitvalt dan bij het ongevulde polymeer. Dit betekent dat het onderdeel bij temperatuurschommelingen minder uitzet en krimpt.
Voor precisieonderdelen kan deze verbeterde maatvastheid van onschatbare waarde zijn.
Nylon is hiervan een bijzonder goed voorbeeld. Omdat nylon vocht kan opnemen, kunnen de afmetingen en mechanische eigenschappen ervan variëren afhankelijk van de omgevingsomstandigheden. Versterking met glasvezel kan de maatvastheid verbeteren, hoewel dit de vochtopname niet volledig voorkomt.
4. Verbeterde kruipweerstand
Kruip is de geleidelijke vervorming van een materiaal dat aan een langdurige belasting wordt blootgesteld.
Dit is een belangrijk aandachtspunt bij kunststofonderdelen, omdat polymeren in de loop van de tijd kunnen blijven vervormen, zelfs wanneer de uitgeoefende belasting onder hun kortetermijnsterktegrens blijft.
Glasvezels helpen deze vervorming tegen te gaan.
5. Betere prestaties bij hoge temperaturen
Naarmate de temperatuur stijgt, worden veel kunststoffen minder stijf en gevoeliger voor vervorming.
Glasversterking kan ervoor zorgen dat het materiaal bij hoge temperaturen zijn stijfheid en maatvastheid behoudt.
Dit betekent niet noodzakelijkerwijs dat het toevoegen van glasvezels alle temperatuurgrenzen van het basispolymeer drastisch verhoogt. In plaats daarvan kan de versterking ervoor zorgen dat het materiaal zijn nuttige mechanische eigenschappen behoudt naarmate de temperatuur stijgt.
Bij toepassingen bij hoge temperaturen moeten ontwerpers nog steeds rekening houden met de continue gebruikstemperatuur van het polymeer, het warmtevervormingsgedrag, de kruipegenskappen en de omgevingsomstandigheden.
Afsluitende gedachten
De versterking kan zorgen voor aanzienlijke verbeteringen op het gebied van stijfheid, sterkte, kruipweerstand, maatvastheid en prestaties bij hoge temperaturen. Deze voordelen maken met glasvezel versterkte kunststoffen zeer geschikt voor veeleisende constructieonderdelen en bevestigingsmiddelen.
Maar versterking brengt ook nadelen met zich mee. Met glasvezel versterkte materialen kunnen schurender zijn, meer anisotroop, zwaarder en soms minder geschikt voor toepassingen waarbij flexibiliteit of specifieke slagvastheidseigenschappen vereist zijn.
Bij het bepalen of uw project onderdelen van standaardpolymeer of van met glas versterkt polymeer vereist, is het van cruciaal belang om de voordelen en nadelen goed te begrijpen.