【保存版】ガラス繊維強化樹脂(GF樹脂)の分散のコツ！強度低下を防ぐ混錬条件とは？

ガラス繊維強化樹脂は自動車・電機・建材など幅広い

分野で使用されている重要な材料です。

特に、PA、PP、PBT、PCなどへガラス繊維(GF)を配合する事で

剛性、強度、耐熱性を大きく向上させる事が出来ます。

しかし一方で、

・ガラス繊維が均一に分散しない

・繊維長が折れて物性が低下する

・フィード詰まりや偏折が発生する

・成型時に外観不良が出る

といった、問題も多く発生します。

本記事では、ガラス繊維強化樹脂における【分散のコツ】について

二軸押出機での実務視点からわかりやすく解説いたします。

■ガラス繊維強化樹脂とは？

●ガラス繊維(GF)は、樹脂へ配合する事で以下のような

　性能向上が期待できます。

・高剛性化

・強度向上

・耐熱性向上

・寸法安定性向上

・クリープ特性改善

※特に

⇒ PA6＋GF30％

⇒ PP＋GF20％

⇒ PBT＋GF30％

などは、工業用途では非常に一般的な組み合わせです。

ただし、性能を最大限引き出す為には

【ガラス繊維を均一に分散し、適切な繊維長を維持する事】

が重要になります。

■ガラス繊維分散で重要なポイント

①ガラス繊維を【折りすぎない】

●GF配合で最も重要なのは

　【分散】と【繊維長維持】のバランスです。

　強い混錬をかけすぎると、

・ガラス繊維が短くなる

・強度低下

・衝撃性低下

・補強効果低下

に繋がります。

※その為

⇒ニーディングディスクを入れすぎない

⇒過剰せん断を避ける

⇒滞留時間を長くしすぎない

といった設計が非常に重要になります。

②GF投入位置が非常に重要

●ガラス繊維は、通常サイドフィーダーから投入される

　ケースが多くあります。

　理由としては、

・主原料を先に溶融させる

・後からGFを投入する事で繊維破断を抑える

為です。

※特に重要なのは、【樹脂が十分溶融した位置で投入する】

　事です。

　未溶融状態でGFを投入すると、

⇒食い込み不良

⇒分散ムラ

⇒白点

⇒繊維露出

等の原因になります。

③スクリュー構成は【混ぜすぎない】

●GFコンパウンドでは、【しっかり混ぜたい】

　と思われがちですが、実際には【混ぜすぎ】で

　悪化するケースが非常に多いです。

　特に注意したいのが、

・強せん断ニーディング

・逆ねじエレメント

・高充填ゾーン

※おすすめは

⇒搬送主体の構成

⇒緩やかな混錬

⇒分散混合重視

【分散】よりも【均一供給】の考え方が重要になります。

■フィード時の注意点

●ブリッジ対策

　GFは嵩密度が低く、供給不安定になりやすい特徴があります。

　特に、

・長繊維

・チョップドストランド

・高添加率

ではブリッジが発生しやすくなります。

※対策

⇒強制撹拌フィーダー

⇒振動機構

⇒フィーダー形状最適化

等が有効です。

■粉塵対策も重要

●ガラス繊維は粉塵が発生しやすく

・作業環境悪化

・設備汚れ

・フィルター詰まり

に繋がる場合があります。

※対策

⇒集塵

⇒排気設計

⇒投入部シール

等が重要になります。

■温度条件の考え方

●GF自体は溶けませんが、母材樹脂の溶融状態は

　非常に重要です。

　温度が低すぎると、

・分散不良

・トルク上昇

・繊維偏折

が発生しやすくなります。

※逆に高すぎると、

⇒樹脂劣化

⇒ガス発生

⇒焼け

の原因になります。

重要なのは、【必要以上に高温へしない】事です。

適切な粘度帯を維持しながら、低ダメージで分散させる事が

ポイントになります。

■ガラス繊維強化樹脂で発生しやすいトラブル

　トラブル　　　　　　　　主な原因

・強度不足　　　　：　GF破断、分散不良

・外観不良　　　　：　繊維露出、偏折

・白点　　　　　　：　未溶融、分散不良

・フィード不安定　：　ブリッジ、嵩密度問題

・焼け　　　　　　：　過剰せん断、滞留

※実際の現場では、【配合】だけでなく

⇒スクリュー構成

⇒投入位置

⇒回転数

⇒フィード量

⇒温度設定

を総合的に調整する事が非常に重要です。

■まとめ

●ガラス繊維強化樹脂の分散では、

・混ぜすぎない

・繊維を折りすぎない

・適切な投入位置

・安定供給

・適切な温度管理

が非常に重要になります。

GFコンパウンドは、単純に【混ぜればいい】という材料ではなく

【繊維長を守りながら均一にする】という考え方がポイントになります。

条件設定ひとつで、

⇒強度

⇒外観

⇒成形性

⇒安定生産性

が大きく変わる為、二軸押出機でのノウハウが

非常に重要な材料分野です。

当社では、

・ガラス繊維強化樹脂(GF)

・高充填コンパウンド

・リサイクル材配合

・バイオマス樹脂配合

・二軸押出による試作、量産検討

等、材料特性に合わせたコンパウンド条件検討を実施しております。

【分散が安定しない】【物性が出ない】【繊維長を維持したい】

等、お困りごとがございましたらお気軽にご相談ください。

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