الیاف شیشه E6-CR 508A

ويژگی­‌های شيميايی الیاف شیشه E6-CR 508A

الیاف شیشه E6-CR 508A یک ترکیب معدنی بر پایه شیشه بورو-سیلیکات و معروف به E-Glass است. ساختار اين الياف به صورت یک شبکه سه‌بعدی متشکل از دی‌اکسید سیلیسیم (SiO2​) به عنوان اسکلت اصلی، اکسید آلومینیوم (Al2O3​)، اکسیدهای کلسیم و منیزیم (CaO و MgO) و اکسید بور (B2​O3​) است. در منابع ، ترکیب تقریبی E-Glass شامل حدود 54% سیلیس، 14 تا 15% آلومینا، 18 تا 22% اکسیدهای کلسیم و منیزیم، حدود 8 تا 10% اکسید بور و مقدار بسیار کم اکسیدهای سدیم و پتاسیم گزارش شده است. این ساختار اکسیدی باعث ایجاد سختی، مقاومت حرارتی، پایداری شیمیایی، عایق الکتریکی بودن و استحکام مکانیکی مناسب در الیاف شیشه می‌شود.

شکل1 شماتیک ساختارالیاف شیشه را به‌صورت شبکه‌ای از پیوندهای Si–O–Si، Si–O–Al و حضور اکسیدهای اصلاح‌کننده مانند CaO و MgO نمایش می‌دهد.

الیاف شیشه E6-CR 508A به صورت الیاف خرد شده (Chopped Strands)، سفید رنگ، با طول  ۴.۵ میلی‌متر و قطر 13 میکرون است. یکی از ویژگی‌های بارز GF508A، پوشش سطحی اختصاصی (Sizing یا Coupling Agent) آن است که بر پایه ترکیبات ارگانوسیلان طراحی شده تا سازگاری بالایی با رزین‌های قطبی و غیرقطبی ایجاد کند. این ماده در آب و اکثر حلال‌های آلی کاملاً نامحلول است و پایداری حرارتی و شیمیایی فوق‌العاده‌ای در برابر اسیدهای ضعیف و بازها در محدوده دمایی وسیع (تا دمای عملیاتی بیش از ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد) از خود نشان می‌دهد. عملکرد آن در فرمولاسیون وابسته به پخش‌شدن در ماتریس پلیمری، ترشوندگی سطح، کیفیت چسبندگی بین الیاف و رزین و سازگاری سایزینگ با پلیمر است. سایزینگ سیلانی روی سطح الیاف نقش بسیار مهمی در اتصال بین فاز معدنی شیشه و ماتریس آلی PP/PE دارد و باعث بهبود پخش‌پذیری، کاهش پرزدهی، کاهش الکتریسیته ساکن، بهبود جریان‌پذیری و افزایش خواص مکانیکی کامپوزیت می‌شود.

روش توليد الیاف شیشه E6-CR 508A

تولید صنعتی الیاف شیشه GF508A یک فرآیند پیچیده حرارتی و مکانیکی است که نیازمند کنترل دقیق پارامترهای فرآیندی جهت دستیابی به کیفیت یکنواخت است. این فرآیند شامل ذوب معدنی، فیبرسازی، اعمال سایزینگ، خشک‌کردن و خردکردن الیاف است و با آماده‌سازی و فرمولاسیون دقیق مواد اولیه (Feedstocks)  شامل ماسه سیلیسی خالص، کائولن، سنگ آهک و دولومیت آغاز می‌شود. این مواد پس از وارد کوره ذوب در دمای ۱۴۰۰ تا ۱۵۸۰ درجه سانتی‌گراد می‌شوند تا یک مذاب کاملاً همگن و بدون حباب به دست آید. در مرحله بعد، ذوب حاصله با عبور از نازل‌های ریز تحت نیروی گرانش و کشش مکانیکی با سرعت بالا، به صورت فیلامنت‌های بسیار ظریف با قطر میکرونی استخراج می‌گردد. بلافاصله پس از تشکیل فلامنت‌ها، سیستم پوشش‌دهی سطحی (Sizing Application)  مایع حاوی امولسیون‌های سیلانی را روی الیاف اعمال می‌کند. در نهایت، الیاف مرطوب وارد کوره خشک‌کن (دمای ۱۲۰ تا ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد) شده و سپس توسط دستگاه‌های برش اتوماتیک به طول‌های مشخص خرد و بسته‌بندی می‌شوند.

ويژگی­‌های فنی الیاف شیشه E6-CR 508A

الیاف شیشه E6-CR 508A از نظر فنی یک تقویت‌کننده معدنی خرد‌شده برای ترموپلاستیک‌هاست. عملکرد نهایی آن در کامپوزیت به نوع پلیمر، درصد مصرف، سازگارکننده، طراحی پیچ اکسترودر، شدت برش، حفظ طول الیاف و کیفیت پخش بستگی دارد. این الیاف دارای دانسیته در حدود 2.54 تا 2.60 گرم بر سانتی‌متر مکعب است و به عنوان یک ماده معدنی، نقطه نرم‌شدگی حرارتی آن بالای ۸۵۰ درجه سانتی‌گراد است. بنابراین، الیاف شیشه در دماهای رایج فرآیند اکستروژن و تزریق PP/PE ذوب نمی‌شود و به‌عنوان تقویت‌کننده جامد درون ماتریس پلیمری باقی می‌ماند.

از نظر عملکردی، GF508A باعث افزایش سختی، مدول خمشی، استحکام کششی، پایداری ابعادی، مقاومت حرارتی، مقاومت خزشی و کیفیت سطحی قطعه نهایی می‌شود. این موضوع برای قطعاتی که باید در برابر فشار، ضربه، حرارت یا تغییر شکل مقاوم‌ باشند مهم است. از این رو برای تولید قطعات صنعتی سبک‌تر در صنعت خودرو و لوازم خانگی، PP یا PE تقویت‌شده با الیاف شیشه جایگزین بعضی قطعات سنگین‌تر می‌شود و هم‌زمان استحکام و دوام قطعه را افزایش می‌دهد. در زمینه پارامترهای فرآیندی، سازگاری عالی این ماده با PP و PE به دلیل حضور ترکیبات فعال آمینوسیلان بر روی سطح الیاف است که چسبندگی خوبی بین سطح الیاف با ماتریس ایجاد کرده و در عین حال  به دلیل الکتریسیته ساکن پایین و جریان‌پذیری مناسب، اختلاط آسان و توزیع یکنواخت در دستگاه‌های اکسترودر دوپیچه را بدون ایجاد پدیده کلوخه‌شدگی فراهم می‌سازد. این ویژگی‌ها در فرآیند کامپاندینگ، خوراک‌دهی اکسترودر و تزریق پلاستیک اهمیت زیادی دارند. نحوه استفاده از GF508A  بدین صورت است که ابتدا در دوپیچه، با PP یا PE مخلوط می‌شود و به شکل گرانول کامپاند تقویت‌شده درمی‌آید. سپس گرانول تولیدی در تزریق پلاستیک برای تولید قطعه نهایی استفاده می‌شود. شدت برش در اکسترودر باید کنترل شود. برش بسیار بالا باعث کوتاه‌شدن بیش از حد الیاف و افت تقویت‌کنندگی می‌شود، در حالی که برش بسیار کم می‌تواند باعث پخش نامناسب و ایجاد نقاط ضعف در قطعه شود.

الیاف شیشه در شرایط عادی انبارداری و فرایندپذیری بسیار پایدار است و مقاومت بالایی در برابر تخریب در اثر اشعه فرابنفش دارد. بخش معدنی الیاف غیرقابل اشتعال و مقاوم در برابر بسیاری از عوامل محیطی است، اما لایه سایزینگ آلی روی سطح الیاف نسبت به رطوبت، آلودگی، گرمای نامناسب و انبارداری طولانی حساس‌تر است. در دیتاشیت 508A توصیه شده محصول در محیط خشک، خنک نگهداری شود و شرایط پیشنهادی انبار دمای حدود 15 تا 35 سانتی‌گراد و رطوبت نسبی 35 تا 65% است.

زیرا رطوبت می‌تواند باعث کلوخه‌شدن، کاهش جریان‌پذیری و پخش‌پذیری، افزایش پرز و کاهش چسبندگی بین الیاف و پلیمر شود.  

كاربردهای الیاف شیشه E6-CR 508A

صنعت پلاستیک و کامپوزیت

در صنعت پلاستیک و ترموپلاستیک‌ها، کاربرد اصلی الیاف شیشه E6-CR 508A تقویت پلی‌الفین است. این ماده در فرآیند کامپاندینگ برای تولید گرانول‌های پلی الفین های الیاف دار استفاده می‌شود و سپس این گرانول‌ها در تزریق پلاستیک به قطعات مهندسی تبدیل می‌شوند. مزیت اصلی آن افزایش سختی، استحکام، مقاومت حرارتی و پایداری ابعادی قطعه است. GF508A برای تولید قطعاتی مناسب است که پلیمر به‌تنهایی استحکام یا مقاومت حرارتی کافی ندارد، اما استفاده از پلیمرهای مهندسی گران‌قیمت نیز از نظر اقتصادی مطلوب نیست. تفاوت GF508A با پارچه الیاف شیشه یا رووینگ پیوسته این است که این گرید برای لایه‌گذاری دستی، پالتروژن یا فیلامنت وایندینگ طراحی نشده، بلکه برای کامپاندینگ ترموپلاستیک و تولید قطعات تزریقی کاربرد دارد.

صنعت خودرو

در صنعت خودرو،الیاف شیشه E6-CR 508A برای تولید قطعات پلاستیکی تقویت‌شده با پلی الفین استفاده می‌شود. قطعاتی که به سختی، پایداری ابعادی، مقاومت حرارتی و وزن کمتر نسبت به فلزات نیاز دارند. در عمل، این نوع کامپاندها می‌توانند در قطعات داخلی خودرو، براکت‌ها، هوزینگ‌ها، قطعات زیرکاپوت با شرایط مناسب، قطعات نگهدارنده، قاب‌ها و بخش‌هایی که نیاز به بهبود استحکام و کاهش تغییر شکل دارند استفاده شوند.

صنعت لوازم خانگی

در تولید قطعات تزریقی که نسبت به پلیمر خالص به سختی و مقاومت ابعادی بالاتر نیاز دارند از الیافGF508A استفاده می‌شود. این قطعات می‌توانند شامل بدنه داخلی یا خارجی بعضی تجهیزات، پایه‌ها، نگهدارنده‌ها، قاب‌ها، دستگیره‌ها، قطعات فن و قطعات مکانیکی سبک باشند.

صنعت بسته‌بندی

الیاف شیشه E6-CR 508A بیش‌تر در بسته‌بندی‌های سخت و صنعتی مانند جعبه‌های صنعتی، پالت‌های پلاستیکی، ظروف حمل، قطعات لجستیکی و بسته‌بندی‌های قابل استفاده مجدد که به استحکام و پایداری ابعادی نیاز دارند کاربرد دارد. به‌دلیل داشتن تاییدیه FDA، قابلیت استفاده در صنایع غذایی را نیز دارد.

صنعت حمل‌ونقل

در این صنعت، GF508A به تولید قطعات سبک‌تر، مقاوم‌تر و اقتصادی‌تر کمک می‌کند. کامپوزیت‌های PP/PE تقویت‌شده با الیاف شیشه می‌توانند در قطعات حمل‌ونقل، تجهیزات لجستیک، اجزای داخلی وسایل نقلیه، قطعات مقاوم به ضربه متوسط و قطعاتی که کاهش وزن و افزایش سختی برای آن‌ها مهم است استفاده شوند.

صنعت ساختمان

الیاف شیشه به‌طور کلی در کامپوزیت‌های ساختمانی، پنل‌ها، پروفیل‌ها، لوله‌ها، مخازن و قطعات مقاوم استفاده می‌شود. با این حال، باید دقت کرد که GF508A به‌طور خاص برای پلی الفین  طراحی شده و نباید بدون بررسی فنی به‌عنوان الیاف مقاوم قلیایی برای بتن یا ملات معرفی شود. برای کاربردهای سیمانی و بتن تقویت‌شده با الیاف شیشه، معمولاً گریدهای AR-Glass مناسب‌تر هستند.

صنعت برق و الکترونیک

الیاف شیشه نوع E-Glass به دلیل خواص عایق الکتریکی، مقاومت حرارتی و استحکام مناسب، در صنایع برق و الکترونیک اهمیت زیادی دارد. در صورتی که با پلیمر، افزودنی‌ها و استانداردهای کاربرد نهایی سازگار باشد، می‌تواند در قطعات عایق، قاب‌ها، نگهدارنده‌ها، کاورها و قطعات پلاستیکی فنی استفاده شود.