可为注射级热塑性复合材料带来优势的新型“扁平”玻璃纤维

文/本刊记者 Lillimanolis Sherman

玻璃纤维增强热塑性塑料在用于注射成型时需要面对的挑战是减少翘曲和便于加工。一种独特的玻璃纤维产品系列，其横截面扁平而不是圆形，可以解决这些问题，同时提供新的优势。

热塑性塑料用玻璃纤维增强材料已经从传统的短切纤维发展到长玻璃纤维以及长玻璃纤维和碳纤维的混合物。一个关键的目标是轻量化，同时保持或提高力学性能。主要的挑战是减少翘曲和便于加工。一种独特的玻璃纤维产品系列，其横截面扁平而不是圆形，它们可以解决这些问题，同时提供新的优势。

新型扁平玻璃纤维展示出优异的粘合性和力学性能，减少了翘曲，并且易于加工

新玻纤来自CPIC

这种新玻纤来自于美国纽约阿姆斯特丹的重庆国际复合材料公司（CPIC，以下简称“重庆国际”）北美分公司。重庆国际复合材料公司总部位于中国重庆市大渡口，是云天化集团的子公司，而云天化集团是一家拥有玻璃纤维、矿物、复合材料、纺织品、金融和贸易公司的全球性集团。据报道，按照生产装置的产能计，重庆国际是世界第三大玻璃纤维制造商。自2012年以来，重庆国际从美国加利福尼亚州罗兰岗开始直至全北美地区开展业务。2016年末，该公司收购了玻璃纤维工业公司（FGI）以后，将其北美总部迁移到东海岸。被收购的FGI是一家经营了60年的私营特种玻璃纤维制造商，位于纽约阿姆斯特丹，该公司以其高水平的客户支持和快速交货而闻名，FGI前任总裁、目前担任重庆国际北美分公司总经理的Zizigniew“Ziggy”Ziobro表示新公司将会继续保持这两个优势。

考虑到北美玻璃纤维市场将会有显著的增长，重庆国际北美分公司已经为其团队增加了几位玻璃纤维和复合材料行业的资深人士。Ziobro指出，迁入新总部就把客户服务团队和管理层都放入到和该公司大部分北美客户相同的时区中，这些客户都集中在中西部和东海岸。

“扁平”与圆形相比的优势

据称，这种新型扁平玻璃纤维有助于提高纤维含量和力学性能，包括使注射级热塑性复合材料具有更高的冲击强度，同时还能减少薄壁成型的翘曲。

此外，据报道，扁平玻璃纤维通过提供更好的流动性（增加螺旋流动）、减少摩擦并降低纤维缠结和破裂来改善热塑性塑料的加工。扁平纤维倾向于像片状云母那样流动，而不像常规的圆形玻纤细丝那样滚动和翻滚。反过来说，这被认为有助于提供更具各向同性的分散，并且由于纤维堆积得更紧密，因此可以达到更高的纤维体积分数，这些正如扫描电子显微图像所证实的那样。

而且，据称新型扁平玻璃纤维产品有助于防止复合材料部件脱模后的翘曲（差异性收缩和残余应力松弛）。翘曲往往是随着一个部件的纵向和横向流动方向之间不均匀收缩的变化而变化，这在注射成型等高压工艺中尤其严重。当沿纵向流动方向排列的纤维多于横向流动方向时，这种效应更大，导致横向流动方向上发生较大的收缩和翘曲。

汽车是新型扁平纤维的主要应用之一

3种牌号的扁平玻璃纤维采用了独特的表面处理技术，可用于尼龙、PPA、PBT、PPS和PC树脂

至于薄壁部件，横向流动方向（沿厚度方向）的树脂量趋向于少于纵向流动方向，因此不均匀收缩的效应更显著。在某种程度上，设计和浇口位置的改变可以帮助减少翘曲，因为可以以此改变工艺过程，例如使填充速度和/或保压压力降低。然而，CPIC的扁平玻纤被认为可以仅凭借增强材料填充部件的方式以及与树脂基体的结合大大地减少翘曲，而不需要有其他任何变化。此外，它也有助于降低成型压力，并且使相同的部件可以在小型注塑机上用较少的浇口来成型。

使用这种扁平纤维增强的玻纤填充半结晶树脂已经可以成型出薄至1 mm（0.04 in）而没有翘曲的部件。据称扁平纤维表现出优异的粘合性和力学性能，推荐用于汽车和电子/电气行业中的应用。在所有其他的性能中，扁平纤维在相同的载荷下被认为与相同类型的传统圆形玻璃纤维相当。

在新型扁平玻璃纤维的生产中，首先是制成E玻纤（ECT）形式的原丝，纤维宽度为24 μm，厚度为8 μm，或者宽度为16 μm，厚度为5.3 μm。用于短切原丝的常规圆形玻璃纤维的直径通常为10～13 μm。之后将扁平原丝切成3.0 mm（0.12 in）或4.5 mm（0.18 in）的长度，这分别是欧洲和北美短玻纤注射牌号的最常见长度。

现有的3种扁平玻璃纤维的牌号均以1:3和1:4的长宽比以及研磨形式提供。这些纤维采用独特的表面处理（上浆）技术，可用于尼龙、PPA、PBT、PPS和PC树脂。 每个牌号的产品都提供55 lb（25 kg）的纸袋或2 205 lb（1 000 kg）的超大袋包装。