新型扁纤填料射出 现在可以模拟了

in Top Story on 8 月 07, 2019

纤维强化热塑性复合材料常被汽车产业用于提高产品的机械性质,并降低翘曲变形问题。传统的纤维通常为杆状,且有圆形及不同形状的横切面。近来日本东京的纺织品及玻璃纤维制造商Nitto Boseki (NITTOBO)研发出扁平纤维技术[1],扁纤的横切面较接近长方形,其扁平率(FR)的计算方式为长除以宽(图一)。

图一 一般纤维及扁平纤维

我们将圆形横切面的纤维称之为一般纤维。根据其公开专利和报告[1],扁纤 (宽7 µm,长28 µm,FR = 4) 充填的热塑性材料板,翘曲变形状况显然比添加一般纤维还要轻微[2],其翘曲幅度改善了80%。

然而目前的学术研究中,对于扁纤复材知之甚少,甚至连现有的尖端技术也无法模拟扁纤填料的成型过程,使其成为一个相当具挑战性的难题。因此目前的首要之务是找出可预测扁纤复材强化产品效益的方法。现在Moldex3D最新版本已可模拟先进的扁纤射出成型,以观察其改善翘曲的情形。以下案例将进行分别含有圆纤和扁纤的复合材料来进行观察,其玻纤/PP的浓度比皆为0wt%。其中圆纤的长LF为0.3 mm,纤维直径为15 µm,展弦比为20;扁纤的长LF为0.5 mm,扁平率FR=4,长Lmin = 7µm ,宽 Lmax = 28µm 。

由图二的模拟结果可明显看出,与圆纤相较,扁纤的翘曲变形可获得明显改善。此外图三也显示扁纤沿着X轴流长的Y方向(厚度方向)位移,比圆纤的还要减少了60%。由此可见,Moldex3D软件成功仿真出了扁纤的翘曲变形现象,说明了添加扁纤的热塑性材料在未来可以有更广泛的应用[3]。

 

图二 圆纤(上图)和扁纤(下图)的翘曲模拟结果比较

图三 圆纤和扁纤的Y方向位移比较

Reference Source:

[1] Nitto Boseki (NITTOBO) Co., Ltd. in Japan https://www.nittobo.co.jp/business/glassfiber/frtp/hisff.htm

[2] Flat glass fiber developed for reinforcement of thermoplastic resins https://www.plasticstoday.com/materials/flat-glass-fiber-developed-reinforcement-thermoplastic-resins/96856545057602

[3] Novel ‘Flat’ Fiberglass Enhances Injection Molded TP Composites https://www.ptonline.com/articles/novel-flat-fiberglass-enhances-injection-molded-tp-composites

曾焕锠Iver
曾焕锠 博士
科盛科技(Moldex3D)
研究发展部 项目经理
台湾交通大学应用化学系博士。主要研究领域包含聚合物流变学、高分子复合材料加工及分子模拟。全新纤维排向模式研究成果获得美国授予专利,并荣登国际顶尖高分子流变学期刊Journal of Rheology® 2016 。

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