PP fibra
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PP reforzado Fibra di vidrio
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Fibra de vidrio
Imprimación con silanos
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Proceso de filamento continuo
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Refuerzo de fibra
Dado que se basa en sílice, la fibra de vidrio para refuerzo de polímero podría considerarse un primo de los rellenos minerales. Pero la fibra de vidrio se produce con más cuidado en perfiles controlados, uniformes y simétricos con relaciones de aspecto extremadamente altas, con dimensiones de partículas que (generalmente) son visibles para el ojo humano. El refuerzo de fibra de vidrio es probablemente la forma más rentable y probada de reforzar seriamente los polímeros para aumentar el módulo de tracción y flexión y la resistencia. Pero la fibra de vidrio no es el único material fibroso que se utiliza como refuerzo polimérico. Se han utilizado fibras fabricadas a partir de plantas e incluso otros polímeros para hacer que el sistema de poliolefinas sea ecológico, así como para aligerar los productos, reducir la fragilidad o mejorar las cualidades de desgaste. Varios tipos de refuerzo de fibra, más que cualquier otra forma de aditivo, han permitido que las poliolefinas y otros polímeros penetren en la automoción, la construcción y otras aplicaciones estructurales.
PP reforzado con fibra de vidrio
Las fibras de vidrio se utilizan para conferir mayor resistencia y rigidez. Estas fibras suelen estar recubiertas de silanos, lubricantes, formadores de película y, en ocasiones, antioxidantes y agentes antiestáticos. Estos recubrimientos proporcionan una mejor adhesión fibra-matriz, mejorando consecuentemente las propiedades mecánicas del producto. Estos recubrimientos también están destinados a reducir la rotura de la fibra de vidrio durante la fabricación y el procesamiento. Las mejoras sustanciales en la resistencia a la tracción y el módulo solo se logran después de que tiene lugar una reacción de acoplamiento entre los silanos organofuncionales de la fibra de vidrio y los grupos reactivos introducidos en la molécula de PP. Hay muchos grados comerciales de fibra de vidrio que imparten un rendimiento mejorado en PP. La relación de aspecto más alta de la fibra de vidrio imparte una mayor eficacia de refuerzo que el talco, el carbonato de calcio o la mica. El PP reforzado con fibra de vidrio se ha utilizado con éxito para reemplazar los termoplásticos de ingeniería en diversas aplicaciones. Reemplazó a PC, ABS, poliésteres y PA en herramientas de mano, paneles de refuerzo de apertura de parrillas de automóviles y carcasas de bombas. Los grados reforzados con fibra de vidrio se utilizan para cubiertas de ventiladores de automóviles y camiones, carcasas de luces traseras de automóviles, tanques de expansión de radiación, parrillas, carcasas de faros, marcos de muebles y componentes de lavadoras.
Fibras de vidrio cortas
La fibra de vidrio es el refuerzo de fibra más común para los polímeros, dada la forma consistente en que aumenta las propiedades de resistencia y rigidez de un polímero. La fibra de vidrio también aborda con eficacia otra limitación crítica de las poliolefinas que evita que se consideren "materiales de ingeniería": la resistencia al calor. Por ejemplo, la fibra de vidrio puede aumentar radicalmente la temperatura de deflexión térmica; en el caso del PP con 40% de vidrio, el HDT a 1,82 MPa puede aumentar de 60°C (para PP sin relleno) a 150°C. Aunque la fibra de vidrio se usa ampliamente, los compuestos de fibra de vidrio no son fáciles de procesar. Debido a las altas relaciones de aspecto de las fibras, las propiedades mecánicas en diferentes direcciones pueden verse afectadas radicalmente por la longitud de la fibra y por la orientación de la fibra inducida por el flujo de la resina fundida. Estas diferencias de propiedades dependientes de la fibra se ven magnificadas por longitudes de fibra de vidrio más largas, y los diseñadores deben tenerlas en cuenta, así como la correspondiente contracción o deformación dimensional irregular que puede ocurrir en materiales moldeados rellenos de fibra. Además, el vidrio es relativamente denso, aproximadamente 2,5 veces más denso que las poliolefinas, por lo que las piezas de plástico rellenas de vidrio pueden ser relativamente pesadas (no es una buena característica para los fabricantes de automóviles que buscan piezas más ligeras). Y la abrasividad de las fibras de vidrio puede dañar las superficies de los equipos de procesamiento y herramientas; a la inversa, las propias fibras de vidrio pueden dañarse o acortarse debido a un diseño y procesamiento de tornillos inapropiados. Las fibras de vidrio de hebras cortadas se han utilizado durante décadas para reforzar los polímeros. Los compuestos con fibras cortas (típicamente de 0,2 a 1 mm de largo) se pueden procesar comúnmente en operaciones de moldeo estándar y proporcionan propiedades y rendimiento predecibles. Cuando se unen correctamente a la matriz de resina con un agente de acoplamiento en la fibra, las fibras cortas endurecen el compuesto pero aún permiten que el compuesto se moldee. La mayor parte de la fibra utilizada en los plásticos es "E-glass" (un grado eléctrico de borosilicato de cal), que para un efecto óptimo requiere recubrimientos de titanato o silano y agentes de acoplamiento de anhídrido maleico o ácido acrílico para unir fibra con resina A pesar del uso establecido de fibra de vidrio resinas rellenas, los diversos factores que explican sus efectos fortalecedores aún se están estudiando. Para fortalecer una resina, no se trata simplemente de que “más vidrio es mejor”; más bien, la carga de la fibra, la longitud, la relación de aspecto y la distribución de la orientación, así como otras interacciones de la matriz de la fibra, afectan las propiedades de la pieza resultante. Las fibras no deben ser demasiado cortas; La investigación ha demostrado que los efectos de fortalecimiento de la fibra de vidrio no están optimizados para fibras de menos de 0,5 mm de longitud (y estos efectos de fortalecimiento comienzan a aumentar drásticamente a medida que las fibras se alargan por encima de 1 mm, como ocurre con las fibras de vidrio largas). La investigación reciente también se ha centrado en la creación de modelos complejos que predicen con precisión la orientación de las fibras en la masa y la pieza de plástico. Este conocimiento es útil en programas de simulación de moldes para diseñar mejor las piezas, de modo que las fibras estén alineadas en áreas críticas, proporcionando propiedades mecánicas óptimas. Por ejemplo, los estudios se han centrado en modelar matemáticamente "los dominios de interés" que rodean cada fibra de vidrio, dominios que se combinan para determinar el efecto de refuerzo neto total de las fibras en la parte plástica. La orientación de fibras de 0,5 mm en PP, por ejemplo, los investigadores encontraron que el refuerzo depende de las propiedades de flujo transitorio y de estado estacionario de la masa fundida. Estas fibras cortas pueden modelarse como varillas rígidas, lo que permite predecir su orientación (a diferencia de las fibras de 12 mm de largo, que tienden a actuar como “haces” flexibles).
Fibras de vidrio largas
A medida que los compuestos de vidrio cortos han madurado y ahora ven un uso relativamente rutinario en una variedad de sistemas de polímeros, las fibras de vidrio largas como refuerzos para PP en particular han atraído un interés creciente, con tasas de crecimiento porcentual anual de dos dígitos. Maximizando las contribuciones de propiedades de una fibra de vidrio, la adición de fibras con longitudes iniciales de 25 mm o incluso más largas ha permitido que el PP de fibra larga (LF-PP) se convierta en un material de ingeniería común que se comporta como un verdadero compuesto de fibra en la automoción y otras aplicaciones. Los efectos de las fibras de vidrio largas en la resina son análogos a la carga de resinas con cargas de alta relación de aspecto o nanoarcillas. Las propiedades mecánicas más altas del LF-PP provienen de la adición de fibras relativamente largas en lugar de vidrio picado y de baja relación de aspecto. Por lo tanto, incluso cuando se cargan a niveles de porcentaje en peso similares a los del vidrio corto, las molduras de LF-PP muestran mejoras de resistencia y resistencia al impacto, que aumentan con la longitud de la fibra. Cuando se comparan fibras cortas y largas en un PP relleno de vidrio al 30%, por ejemplo, las pruebas han demostrado que el límite elástico a la tracción aumenta en un factor de 1,5 y la resistencia al impacto Charpy con muescas se duplica. Además, punción del dardo que cae, módulo elástico, módulo de flexión, límite de elasticidad a la tracción, resistencia al impacto Charpy con muescas (temperatura ambiente). El impacto (ISO 6603) aumenta tres o cuatro veces; aunque el vidrio es un material esencialmente quebradizo, se cree que las fibras largas ayudan a un compuesto de PP a absorber esta energía de impacto adicional simplemente debido a la resistencia a la tracción bruta adicional que brindan. Las investigaciones indican que las ganancias de resistencia a la tracción atribuibles a las fibras largas se traducen directamente en ganancias aún mayores en la resistencia al impacto. Estas propiedades han permitido que los compuestos LF-PP reemplacen las resinas de ingeniería más pesadas y costosas e incluso los metales. Las aplicaciones automotrices incluyen módulos portadores frontales, paneles de instrumentos, módulos de puertas, estructuras de parachoques y bandejas de baterías. Estos usos se están expandiendo, dado el interés de la industria en reducir el peso de los vehículos. LF-PP también se ha utilizado para engranajes de lavadoras de ropa y transmisiones de engranajes. Aplicaciones de piezas de moldeo de LF-PP: Los argumentos sobre LF-PP generalmente no se refieren a si sus propiedades son valiosas. Más bien se refieren a qué proceso es el método más eficiente y rentable para incorporar vidrio largo en el polímero y luego moldear el material compuesto en un producto tridimensional. Se pueden utilizar gránulos compuestos o masterbatches o diversas disposiciones de composición / moldeo. En la producción de gránulos LF en bruto para procesos de moldeo y procesamiento de tornillos estándar, las fibras largas y continuas se extraen (pultruyen) en gránulos extruidos y se cortan en longitudes de 10-30 mm. Dependiendo del fabricante, dichos gránulos contienen un núcleo de vidrio continuo longitudinal rodeado por una capa de resina, o tienen las fibras de vidrio impregnadas con resina para facilitar el moldeado. Varios fabricantes de compuestos y grandes proveedores de materiales han desarrollado masterbatches granulados que contienen más del 60% de vidrio, que se puede soltar con resina y moldear en productos contorneados con características detalladas. Se produce alguna rotura de la fibra durante la granulación por extrusión, y el procesamiento posterior de los granulados con tornillo reduce adicionalmente las longitudes de las fibras sustancialmente hasta muy por debajo de 10 mm. Esto no es deseado, ya que normalmente se desea una longitud de fibra de 10 mm o más para optimizar la resistencia, el módulo y las propiedades de impacto del material compuesto. El tamaño de la fibra y su unión a la matriz determinan el potencial de cada fibra para soportar una carga sobre el material compuesto antes de romperse o extraerse de la matriz. La orientación de las fibras también determina el máximo efecto de refuerzo, con fibras en la dirección longitudinal / de flujo que proporcionan el máximo refuerzo. La orientación de las fibras largas juega un papel importante, pero a veces engañoso, en la determinación de las propiedades de LF-PP informadas. Una muestra compuesta puede mostrar una rigidez en la dirección del flujo que es el doble del valor del módulo isotrópico del compuesto y varias veces mayor que su rigidez en la dirección del flujo cruzado (perpendicular), que se asemeja más al módulo de la resina de PP base. Además, el módulo cotizado o calculado teóricamente de un material LF-PP puede ser diferente de la rigidez real de la pieza moldeada final, dependiendo del grado en que el procesamiento y el moldeo del tornillo hayan reducido la longitud y distribución promedio de la fibra . La extrusión directa o la combinación de termoplásticos de fibra larga (D-LFT), también conocida como combinación en línea (ILC), es una alternativa de uso intensivo de equipos al vidrio largo granulado. D-LFT permite un control flexible de la composición del material en un proceso continuo, desde la composición hasta el moldeado. El proceso comienza con la adición de resina, aditivos y mechas de vidrio en una extrusora de doble tornillo, cortando las fibras de vidrio a la longitud deseada y humedeciéndolas con resina, y luego alimentando la masa fundida directamente a una prensa de moldeo por compresión o inyección al final del proceso. Con D-LFT, el porcentaje y la longitud de la fibra de vidrio se pueden ajustar "sobre la marcha". Se dice que con este método se obtienen ahorros generales en los costos de materiales, y se reduce el historial de calor en el PP, ya que se pasa por alto la etapa de gránulos compuestos. Sin embargo, la inversión en equipo es alta y D-LFT requiere una habilidad significativa y un compromiso con la tecnología por parte del mezclador / moldeador. El uso de D-LFT está creciendo, pero los observadores de la industria han comentado si el financiamiento para equipos D-LFT será factible para muchos procesadores a largo plazo. Por tanto, D-LFT también compite con formas peletizadas mejoradas de LF-PP de grandes fabricantes de mezclas.
Esterilla de vidrio
Los termoplásticos de esterilla de vidrio o Glass-mat thermoplastics (GMT), que incorporan PP en una esterilla hecha de hebras de vidrio, fueron históricamente los primeros materiales de PP que contenían vidrio largo (en este caso, continuo). Estos materiales rígidos y livianos rápidamente se volvieron particularmente importantes para aplicaciones automotrices. Si bien no es una “formulación aditiva” del tipo que se cubre en este libro, el material GMT moldeable por compresión es una alternativa para los paneles de carga relativamente resistentes y planos. Los materiales GMT de baja densidad se han vuelto populares para los soportes del techo interior y los protectores de los bajos de los vehículos. Es probable que otras formas de compuestos de LF-PP relacionados crezcan en la industria automotriz para paneles relativamente planos. Estos incluyen construcciones tipo sándwich compuestas de revestimientos exteriores de PP con 60-80% de fibras de vidrio continuas unidireccionales laminadas a un núcleo interior de LF-PP.
MINERAL
FILLED
CONDUCTIVES
H. DENSITY
PP HOMO TD 20
PP HOMO TD 30
PP HOMO TD 40
PP HOMO CA 40
PP COPO TD 30
PP HOMO
BS 25
PP HOMO
CF/20
PP HOMO
STEEL 8
PP HOMO
BS 70
Physical properties
ASTM
Unit
Density
D1183
g/cm3
1,05
1,15
1,22
1,22
1,15
1,13
0,98
1
1,98
Mould shrinkage
D955
%
1-1,3
0,9-1,2
0,8-1,1
0,8-0,9
0,9-1,2
1,1-1,5
0,1-0,3
1,4-1,7
0,5-0,9
MFI melt flow index 230
°C/2.16 kg
D1238
g/10'
10
8
10
10
20
20
8
14
20
Mechanical properties
tensile strenght at yield
D638
MPa
32
26
30
26
22
28
39
20
15
elongation at break
D638
%
25
>50
10
20
45
>50
5
40
40
flexural modulus
D790
MPa
2800
2500
4000
2900
2600
1800
6100
1100
3100
IZOD impact strength,
nothed 23 °C
D256
J/m
30
30
25
30
45
40
40
130
25
IZOD
impact strength, nothed 0 °C
D256
J/m
25
20
20
25
-
20
-
-
-
Thermal
properties
VICAT method B (50 °C/h -
50 N)
D1525
°C
100
95
102
96
75
92
107
59
100
H.D.T. method A (1.82 MPa)
D648
°C
68
60
85
66
65
55
-
-
-
ball pressure test
IEC 335
°C
125
125
125
125
-
125
-
-
-
Flammability properties
limited oxigen index
D2863
%
21
21
21
21
-
21
-
-
-
flame rating 1.6 mm
UL 94
Class
HB
HB
HB
HB
HB
HB
HB
HB
HB
flame rating 3.2 mm
UL 94
Class
HB
HB
HB
HB
HB
HB
HB
HB
HB
GWIT glow wire
flammability index 3 mm
IEC 60695-2-12
°C/mm
650
650
650
650
650
650
-
-
650
comparative tracking index
IEC 112
Volt
> 600
> 600
> 600
> 600
> 600
> 600
-
-
>600
MINERAL FILLED | CONDUCTIVES | H. DENSITY | |||||||||
PP HOMO TD 20 | PP HOMO TD 30 | PP HOMO TD 40 | PP HOMO CA 40 | PP COPO TD 30 | PP HOMO BS 25 |
PP HOMO CF/20 |
PP HOMO STEEL 8 |
PP HOMO BS 70 |
|||
Physical properties | ASTM | Unit | |||||||||
Density | D1183 | g/cm3 | 1,05 | 1,15 | 1,22 | 1,22 | 1,15 | 1,13 | 0,98 | 1 | 1,98 |
Mould shrinkage | D955 | % | 1-1,3 | 0,9-1,2 | 0,8-1,1 | 0,8-0,9 | 0,9-1,2 | 1,1-1,5 | 0,1-0,3 | 1,4-1,7 | 0,5-0,9 |
MFI melt flow index 230 °C/2.16 kg | D1238 | g/10' | 10 | 8 | 10 | 10 | 20 | 20 | 8 | 14 | 20 |
Mechanical properties | |||||||||||
tensile strenght at yield | D638 | MPa | 32 | 26 | 30 | 26 | 22 | 28 | 39 | 20 | 15 |
elongation at break | D638 | % | 25 | >50 | 10 | 20 | 45 | >50 | 5 | 40 | 40 |
flexural modulus | D790 | MPa | 2800 | 2500 | 4000 | 2900 | 2600 | 1800 | 6100 | 1100 | 3100 |
IZOD impact strength, nothed 23 °C | D256 | J/m | 30 | 30 | 25 | 30 | 45 | 40 | 40 | 130 | 25 |
IZOD impact strength, nothed 0 °C | D256 | J/m | 25 | 20 | 20 | 25 | - | 20 | - | - | - |
Thermal properties | |||||||||||
VICAT method B (50 °C/h - 50 N) | D1525 | °C | 100 | 95 | 102 | 96 | 75 | 92 | 107 | 59 | 100 |
H.D.T. method A (1.82 MPa) | D648 | °C | 68 | 60 | 85 | 66 | 65 | 55 | - | - | - |
ball pressure test | IEC 335 | °C | 125 | 125 | 125 | 125 | - | 125 | - | - | - |
Flammability properties | |||||||||||
limited oxigen index | D2863 | % | 21 | 21 | 21 | 21 | - | 21 | - | - | - |
flame rating 1.6 mm | UL 94 | Class | HB | HB | HB | HB | HB | HB | HB | HB | HB |
flame rating 3.2 mm | UL 94 | Class | HB | HB | HB | HB | HB | HB | HB | HB | HB |
GWIT glow wire flammability index 3 mm | IEC 60695-2-12 | °C/mm | 650 | 650 | 650 | 650 | 650 | 650 | - | - | 650 |
comparative tracking index | IEC 112 | Volt | > 600 | > 600 | > 600 | > 600 | > 600 | > 600 | - | - | >600 |
GLASS
FIBER
IMPACT MODIFIED
PP HOMO
GF20
PP HOMO
GF30
PP HOMO
GF40
PP COPO
GF30
PP HOMO
GF50
PP HOMO
GB20
PP HIGH IMPACT (HI)
PP HI
TD 10
PP HI
TD 20
Physical properties
ASTM
Unit
density
D1505
g/cm3
1,05
1,13
1,2
1,12
1,27
1,02
0,9
0,95
1,12
mould shrinkage
D955
%
0,3-0,5
0,2-0,4
0,1-0,3
0,2-0,4
0,1-0,3
0,9-1,2
1,4-1,7
1,3-1,6
1,2-1,5
MFI melt flow index 230
°C/2.16 kg
D1238
g/10'
3
2,5
2
2,5
2
6
2
3
7
Mechanical properties
tensile strenght at yield
D638
MPa
70
85
95
67
94
28
-
23
23
elongation at break
D638
%
3
3
2
3
1,5
>50
-
150
50
flexural modulus
D790
MPa
4000
5500
7000
5000
9000
1700
1000
1200
1900
IZOD impact strength,
nothed 23 °C
D256
J/m
80
100
100
145
80
30
no break
500
120
IZOD
impact strength, nothed 0 °C
D256
J/m
60
90
80
-
-
-
-
-
Thermal
properties
VICAT method B (50 °C/h -
50 N)
D1525
°C
128
135
136
115
140
92
-
65
57
H.D.T. method A (1.82 MPa)
D648
°C
135
150
150
145
150
65
-
52
55
ball pressure test
IEC 335
°C
125
125
125
125
>125
125
-
-
>115
Flammability properties
limited oxigen index
D2863
%
21
21
21
-
-
-
-
21
flame rating 1.6 mm
UL 94
Class
HB
HB
HB
HB
HB
HB
HB
HB
HB
flame rating 3.2 mm
UL 94
Class
HB
HB
HB
HB
HB
HB
HB
HB
HB
GWIT glow wire
flammability index 3 mm
IEC 60695-2-12
°C/mm
650
650
650
650
651
650
650
650
650
comparative tracking index
IEC 112
Volt
> 600
> 600
> 600
> 600
> 601
> 600
> 600
> 600
> 600
GLASS FIBER | IMPACT MODIFIED | ||||||||||
PP HOMO GF20 |
PP HOMO GF30 |
PP HOMO GF40 |
PP COPO GF30 |
PP HOMO GF50 |
PP HOMO GB20 |
PP HIGH IMPACT (HI) | PP HI TD 10 |
PP HI TD 20 |
|||
Physical properties | ASTM | Unit | |||||||||
density | D1505 | g/cm3 | 1,05 | 1,13 | 1,2 | 1,12 | 1,27 | 1,02 | 0,9 | 0,95 | 1,12 |
mould shrinkage | D955 | % | 0,3-0,5 | 0,2-0,4 | 0,1-0,3 | 0,2-0,4 | 0,1-0,3 | 0,9-1,2 | 1,4-1,7 | 1,3-1,6 | 1,2-1,5 |
MFI melt flow index 230 °C/2.16 kg | D1238 | g/10' | 3 | 2,5 | 2 | 2,5 | 2 | 6 | 2 | 3 | 7 |
Mechanical properties | |||||||||||
tensile strenght at yield | D638 | MPa | 70 | 85 | 95 | 67 | 94 | 28 | - | 23 | 23 |
elongation at break | D638 | % | 3 | 3 | 2 | 3 | 1,5 | >50 | - | 150 | 50 |
flexural modulus | D790 | MPa | 4000 | 5500 | 7000 | 5000 | 9000 | 1700 | 1000 | 1200 | 1900 |
IZOD impact strength, nothed 23 °C | D256 | J/m | 80 | 100 | 100 | 145 | 80 | 30 | no break | 500 | 120 |
IZOD impact strength, nothed 0 °C | D256 | J/m | 60 | 90 | 80 | - | - | - | - | - | |
Thermal properties | |||||||||||
VICAT method B (50 °C/h - 50 N) | D1525 | °C | 128 | 135 | 136 | 115 | 140 | 92 | - | 65 | 57 |
H.D.T. method A (1.82 MPa) | D648 | °C | 135 | 150 | 150 | 145 | 150 | 65 | - | 52 | 55 |
ball pressure test | IEC 335 | °C | 125 | 125 | 125 | 125 | >125 | 125 | - | - | >115 |
Flammability properties | |||||||||||
limited oxigen index | D2863 | % | 21 | 21 | 21 | - | - | - | - | 21 | |
flame rating 1.6 mm | UL 94 | Class | HB | HB | HB | HB | HB | HB | HB | HB | HB |
flame rating 3.2 mm | UL 94 | Class | HB | HB | HB | HB | HB | HB | HB | HB | HB |
GWIT glow wire flammability index 3 mm | IEC 60695-2-12 | °C/mm | 650 | 650 | 650 | 650 | 651 | 650 | 650 | 650 | 650 |
comparative tracking index | IEC 112 | Volt | > 600 | > 600 | > 600 | > 600 | > 601 | > 600 | > 600 | > 600 | > 600 |
Tokyo
Tokyo is the capital of Japan.