Lange Glasfaserverstärkte Verbundwerkstoffe für die Automobilindustrie: Optimierung der Schraubgeometrie zur Lösung von Faserbruch

In der Automobilindustrie im Streben nach "Leichtbau" und "hoher Festigkeit" sind langfaserverstärkte Thermoplaste (LFT-PP, LFT-PA) zum Mainstream für die Herstellung von Instrumententafelträgern, Frontmodulen und Kofferraumböden geworden. Die Leistung von Langglasfasern (LGF) hängt jedoch stark von ihrer verbleibenden Länge innerhalb der Polymermatrix ab. Während der Verarbeitung in einem Zweiwellenextruder kann eine unsachgemäße Schneckengeometrie zu übermäßiger Faserfragmentierung führen, was die Schlagzähigkeit des Endprodukts erheblich reduziert.

Faserbruch tritt typischerweise in der Schmelz- und Mischzone des Extruders auf.

• Übermäßige Scherung: Traditionelle kompakte Knetblöcke erzeugen extrem hohe radiale Scherung. Bei Glasfasern mit einer Anfangslänge von 10 mm bis 25 mm kann übermäßige Scherung die verbleibende Länge auf weniger als 0,5 mm reduzieren, was den Verstärkungseffekt zunichte macht.

• Unangemessenes Kompressionsverhältnis: Plötzliche Änderungen der Schneckenkanalentiefe führen zu schnellen Schwankungen der Materialflussgeschwindigkeit und erzeugen mechanische Spannungen, die die Fasern brechen.

Um die Faserretention zu verbessern, muss das Design von Schnecke und Zylinder von "hoher Scherung" auf "flexibles Mischen" umgestellt werden.

• Funktion: In den nachgeschalteten Abschnitten nach der Fasereinspritzung bietet die zunehmende Verwendung von Elementen mit großem Steigung mehr Raum innerhalb des Strömungskanals. Dies reduziert den Füllgrad und minimiert Kollisionen zwischen Fasern und Metallwänden.

• Technischer Parameter: Die Steigung wird typischerweise auf das 1,5- bis 2-fache des Schneckendurchmessers eingestellt.

• Breite Knetblöcke: Die Verwendung von Knetblöcken mit breiteren Abmessungen und kleineren Versatzwinkeln (z. B. 30-Grad- oder 45-Grad- Vorwärtsversatz) sorgt für eine eher distributive als dispersive (hochscherende) Mischung.

• Exzentrische Elemente: Exzentrische Schneckenelemente erzeugen ein pulsierendes Strömungsfeld, das eine gleichmäßige Benetzung der Fasern durch die Polymerschmelze erreicht, ohne das Fasergewebe zu zerstören.

• Parameterunterstützung: Der einseitige Spalt zwischen Schnecke und Zylinder sollte zwischen 0,05 mm und 0,10 mm zu erreichen.

• Logik: Ein Spalt, der etwas größer ist als der bei der Standardcompoundierung verwendete, lässt Raum für die Fasern zum Fließen und verhindert den "Schleifeffekt", der LGF in engen Räumen zerquetscht.

Langglasfaser übt eine erhebliche abrasive Kraft auf Metalloberflächen aus.

• Härteanforderung: Schneckenelemente müssen einer Vakuumhärtung unterzogen werden, um eine Härte von 58-64 HRC zu erreichen.

• Materialempfehlung: Hochlegierte Werkzeugstähle mit hohem Vanadiumgehalt oder bimetallische Zylinder mit einer inneren Auskleidungshärte von über 60 HRC werden empfohlen, um der Scheuerwirkung von LGF auf die Strömungskanäle standzuhalten. (Referenz: Materialverschleißvergleichsbericht - Ref: #QC-2024-EXP-08)

Für Hersteller von Automobilteilen führt jede 0,1 mm Zunahme der Faserretention zu einer qualitativen Verbesserung der Materialzähigkeit. Durch die Optimierung der Schneckengeometrie, die Einhaltung von Verarbeitungstemperaturen innerhalb von +/- 2°C und die Auswahl von hochpräzisen Teilen, die mit Coperion oder JSW Standards kompatibel sind, können Hersteller sicherstellen, dass Strukturkomponenten strenge Sicherheitsstandards erfüllen und gleichzeitig einen hohen Durchsatz aufrechterhalten.