عندما تلتقط هاتفك، أو تفكك قطعة من سيارتك، أو تنظر إلى هيكل جهاز منزلي، قد لا تدرك أن داخل هذه المنتجات البلاستيكية العادية على ما يبدو يوجد نوع من "حديد التسليح غير المرئي" - الألياف الزجاجية (GF) من PP + 20% GF إلى PA + 60% GF، تدعم هذه الألياف المقوية المصفوفة البلاستيكية بهدوء، تمامًا مثل قضبان الفولاذ داخل الخرسانة.

اليوم دعونا نكشف لغز ألياف زجاجية طويلة ، ألياف زجاجية قصيرة ، و ألياف زجاجية مسطحة وشاهد كيف يقومون بتحويل البلاستيك إلى مواد تحقق التوازن المثالي بين القوة والمرونة.

الألياف الزجاجية: "قانون التعزيز" للبلاستيك

ما يجعل الألياف الزجاجية "الشريك الذهبي" للبلاستيك الهندسي يكمن في التآزر بين الألياف والراتنج، والذي يعوض عن نقاط الضعف المتأصلة في البلاستيك الخالص:

1. التعزيز الميكانيكي: وكما هو الحال مع إضافة هيكل مخفي إلى البلاستيك، يمكن تحسين قوة الشد بنسبة 20% إلى 100%، في حين أن صلابة التأثير قد تقترب حتى من مستوى المعادن.

تختلف بيانات المواد باختلاف العلامات التجارية.

يقارن هذا الرسم البياني توزيع القوة ل بوليمر أنيق (الخط الأزرق المتقطع) و بوليمر مقوى بألياف زجاجية (الخط الأحمر). يُظهر البوليمر الأنيق قيم قوة أقل تتركز حول 70–90 ميجا باسكال في حين يظهر البوليمر المقوى بألياف الزجاج توزيعًا أوسع مع قوى أعلى بكثير، ويمتد حتى حوالي 300 ميجا باسكال ويشير هذا إلى أن تعزيز الألياف الزجاجية يحسن الأداء الميكانيكي للمادة بشكل كبير.

2. مقاومة التشوه: يعمل على قمع انكماش الراتينج، مما يجعل المنتجات أقل عرضة للتشوه تحت درجات الحرارة العالية والضغط، مع معدل انكماش يمكن التحكم فيه إلى أقل من 0.15% .

3. موازنة التكاليف: بالمقارنة مع البلاستيك الهندسي الخالص، يمكن للمواد المقواة بالألياف تحقيق أداء عالي بتكلفة أقل . على سبيل المثال، باستخدام ألياف زجاجية طويلة PA ل استبدال المعدن في قطع غيار السيارات يقلل الوزن بواسطة 58% مع خفض التكاليف بنسبة 30%. ومع ذلك، تُضفي أنواع مختلفة من الألياف الزجاجية تألقًا مختلفًا على البلاستيك. فالاختيار الصحيح قد يُضاعف أداء المنتج، بينما قد يُؤدي الاختيار الخاطئ إلى مشاكل مثل انكشاف الألياف وهشاشتها.

نوع الألياف: طويلة، قصيرة، أو مسطحة
الألياف الزجاجية الأكثر استخدامًا هي الألياف الزجاجية الطويلة، والألياف الزجاجية القصيرة، والألياف الزجاجية المسطحة. وتختلف هذه الألياف اختلافًا كبيرًا في الشكل والأداء وطرق المعالجة ومجالات الاستخدام، وهو ما ينعكس أيضًا في خصائصها الهيكلية.

جدول مقارنة الألياف الزجاجية

الألياف الزجاجية الطويلة تشبه "قضبان الفولاذ المستمرة"، حيث تشكل شبكة مستمرة داخل الراتينج وتنقل الضغط بكفاءة، وهذا هو السبب في أنها قوة التأثير أعلى بنسبة 50% إلى 100% ألياف الزجاج القصيرة تُشبه خبث الفولاذ المكسور: فهي موزعة بالتساوي لكن طولها محدود، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب خواصًا متجانسة عالية. تشبه ألياف الزجاج المسطحة صفائح الفولاذ الرقيقة، بسُمك يتراوح بين 3 و10 ميكرومتر وعرض يتراوح بين 50 و200 ميكرومتر، مما يمنحها مساحة تلامس مع الراتنج أكبر بثلاث إلى خمس مرات من الألياف الزجاجية المستديرة، مما يُحسّن نعومة السطح بدرجة واحدة.

المواجهة بين الأداء: من هو "نوعك المثالي"؟
عند اختيار الألياف الزجاجية، ركز على أبعاد الأداء الرئيسية التالية:

1. المظهر
رقائق زجاجية مملوءة بألياف الكمبيوتر:
بفضل بنيته المسطحة الشبيهة بالشريط، فإن مساحة التلامس مع راتنج البولي كربونات أكبر بثلاث إلى خمس مرات من مساحة ألياف الزجاج المستديرة المماثلة في الوزن. هذا يُنتج سطحًا أكثر سلاسة بين الألياف والراتنج. وبفضل عملية سحب خاصة تُقلل من خشونة السطح، يمكن أن يصل لمعان سطح القطعة المصبوبة (عند قياسه بزاوية 60 درجة) إلى 80-90 درجة، وهو ما يُقارب مظهر البولي كربونات النقية الشبيه بالمرآة، مع انعدام شبه كامل لألياف العائم.

ألياف زجاجية قصيرة مملوءة بالكمبيوتر:
الألياف القصيرة موزعة بالتساوي، مما يُسبب تشتتًا خفيفًا للضوء. ومع ذلك، يُنتج المقطع العرضي الدائري للألياف انعكاسات طفيفة عند سطح الألياف والراتنج. لمعان السطح أقل قليلًا من لمعان ألياف الزجاج الرقيق، وعادةً ما يكون بين 70 و80. تتطلب رؤية الألياف العائمة تحكمًا أكثر صرامة في عملية التشكيل.

حاسب شخصي مملوء بألياف زجاجية طويلة:
تميل الألياف الطويلة (6-12 مم) إلى تكوين تكتلات موضعية أثناء المعالجة. وبسبب "تأثير الهيكل العظمي"، توجد فجوات صغيرة عند نقطة تلامس الألياف مع الراتنج، مما يُسبب انعكاسًا منتشرًا للضوء في هذه المناطق. يتراوح لمعان السطح بين 50 و60 درجة فقط، مما ينتج عنه لمسة نهائية غير لامعة بعض الشيء. يُعد هذا النوع أكثر ملاءمة للأجزاء الوظيفية، مثل أغلفة الآلات الهندسية، حيث يُعطى الأداء الأولوية على المظهر.

2. القوة الداخلية: دراسة الأداء الميكانيكي
الألياف الزجاجية الطويلة هي بلا شك "بطلة القوة". تُظهر البيانات أنه بنفس المحتوى، تتمتع PA المقواة بألياف زجاجية طويلة قوة شد أعلى بنسبة 20-30% من مركبات الألياف الزجاجية القصيرة، و قوة تأثير الشق أعلى بنسبة 50-60% ، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص للمكونات التي تتحمل الأحمال طويلة الأمد مثل مصدات السيارات وشفرات توربينات الرياح يمكن لمركبات الألياف الزجاجية الطويلة Verton من LFT-G الحفاظ على قوة التأثير حتى عند درجة حرارة -40 درجة مئوية، وهو مستوى أداء يصعب على الألياف الزجاجية القصيرة تحقيقه.

تتميز الألياف الزجاجية القصيرة بتوازنها العالي. ورغم انخفاض قوتها قليلاً، إلا أنها توفر تماثلًا جيدًا، ما يعني أن أداء القطعة يكون موحدًا في جميع الاتجاهات. وهذا يجعلها مثالية للمكونات الدقيقة مثل التروس والموصلات.

تُحسّن ألياف الزجاج المتقشرة (المسطحة) المتانة الجانبية بشكل طفيف. على سبيل المثال، يُمكن استخدام ألياف الزجاج المتقشرة لتقوية خلائط السيليكون والبولي كربونات في هياكل الهواتف الذكية لزيادة مقاومة السقوط بنسبة 40% مع تجنب عيوب مثل بروز الألياف.

3. استقرار الأبعاد: مفتاح التحكم في الانحناء
الألياف الزجاجية الطويلة: يعمل "تأثير الهيكل العظمي" الخاص بها على تقييد الراتينج بقوة، مما يقلل الانكماش على طول اتجاه التدفق إلى أقل قدر ممكن 0.15% ومع ذلك، فإن اختلافات الانكماش في الاتجاه العمودي يمكن أن تكون كبيرة، مما يجعل الألواح المسطحة الكبيرة عرضة للانحناء.

الألياف الزجاجية القصيرة: الانكماش أكثر انتظامًا، مما يجعلها مناسبة للأجزاء الصغيرة والمتوسطة الحجم.

ألياف الزجاج المتقشرة (المسطحة): بفضل بنيتها المسطحة، فإنها توفر تحكمًا أكثر توازناً في الانكماش داخل المستوى، مما يجعلها خيارًا مثاليًا للألواح الداخلية للسيارات.

4. صعوبة المعالجة
الألياف الطويلة: تميل إلى التشابك، مما يتطلب معدات قولبة بالحقن عالية الأداء. تحتاج القوالب إلى مجاري وبوابات كبيرة (≥ 3 مم)، وقد تتطلب الأجزاء المعقدة عمليات ضغط منخفض مثل قولبة الحقن بالضغط (ICM)، أو قولبة الرغوة الهيكلية (SFM)، أو قولبة الحقن بمساعدة الغاز (GAIM). وإلا، فقد يؤدي كسر الألياف إلى انخفاض كبير في الأداء.

ألياف الزجاج القصيرة وألياف الزجاج الرقائقي (المسطحة): تُعدّ هذه الألياف أسهل في المعالجة باستخدام الطرق التقليدية والمعتمدة. ويمكن تشكيلها باستخدام آلات الحقن القياسية، ويمكن للأنواع عالية التدفق ملء جدران رقيقة يصل سمكها إلى 0.5 مم. بفضل مظهرها السطحي الجيد، تتمتع ألياف الزجاج الرقائقي بمظهر جمالي أفضل من الألياف الزجاجية القصيرة دون الحاجة إلى درجات حرارة أعلى للقوالب.

سيناريوهات التطبيق: وضع الألياف الزجاجية المناسبة في المكان المناسب
لا يوجد ألياف زجاجية "أفضل"، بل الخيار الأنسب فقط. لنلقِ نظرة على المجالات الرئيسية لأنواع الألياف الزجاجية المختلفة:

الألياف الزجاجية الطويلة: "البطل القوي" في التطبيقات الصناعية.
تُعدّ الألياف الزجاجية الطويلة الخيار الأمثل لمكونات مثل حوامل هياكل السيارات، وأغطية الآلات الهندسية، وتركيبات تثبيت الزلاجات، التي يجب أن تتحمل الصدمات والأحمال طويلة المدى. وتدوم مركبات الألياف الزجاجية الطويلة المستخدمة في حوامل الكابلات عشر سنوات تحت الأرض دون تآكل، مما يُحلّ تمامًا مشاكل صدأ الحوامل المعدنية. كما تُعدّ المواد البلاستيكية المقواة بألياف الزجاج الطويلة مثالية لدواسات السيارات.