¿Cómo abordar el problema de "fibra flotante" en el nailon reforzado con fibra de vidrio?

Agregar fibra de vidrio y agentes de refuerzo como rellenos al nylon puede aumentar significativamente las propiedades mecánicas del material.

Sin embargo, durante el proceso de moldeo por inyección de nylon reforzado con fibra de vidrio, a menudo ocurre el fenómeno de la “fibra flotante”.

La “fibra flotante”, también conocida como “exposición de fibra”, se refiere a que las fibras de vidrio quedan visibles en la superficie del producto, creando una textura relativamente rugosa.

Debido a la exposición de las fibras de vidrio, se limita la aplicación de dichos productos, principalmente a componentes estructurales de alta resistencia.

En el caso de piezas que requieren un material reforzado con fibra para su apariencia, suelen tener un acabado semibrillante o texturizado (como herramientas eléctricas).

Lograr una apariencia brillante es difícil con materiales reforzados con fibra convencionales.

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Razones de la Formación de Fibras Flotantes

Existen varias razones para la formación de las fibras flotantes, siendo las tres causas principales las siguientes:

1. Mala Compatibilidad entre la Fibra de Vidrio y el Nylon

Debido a las fuerzas de fricción y cizallamiento ejercidas por el tornillo, la boquilla, los canales y las entradas durante el flujo del plástico fundido, pueden surgir disparidades en la viscosidad local. Esto simultáneamente daña la capa interfacial en la superficie de la fibra de vidrio.

Cuanto menor sea la viscosidad del fundido, más severo será el daño en la capa interfacial.

Esto conlleva a una adhesión más débil entre la fibra de vidrio y la resina. Cuando la fuerza adhesiva se debilita hasta cierto punto, la fibra de vidrio se libera de las restricciones de la matriz de resina y gradualmente se acumula en la superficie.

2. Diferencia en la densidad entre la fibra de vidrio y la base

Durante el proceso de flujo de la fusión del plástico, debido a las diferencias en la fluidez entre la fibra de vidrio y la resina, así como sus densidades diferentes, ambas tienden a separarse.

La fibra de vidrio tiende a flotar hacia la superficie, mientras que la resina se hunde hacia el interior, lo que da lugar al fenómeno de la exposición de la fibra de vidrio.

3. Efecto de la fuente

Cuando la fusión de nailon se inyecta en un molde, se produce un efecto de “fuente”.

Es decir, la fibra de vidrio fluye desde el interior hacia la superficie, entrando en contacto con la superficie de la cavidad del molde. Debido a que la temperatura de la superficie del molde es baja, la fibra de vidrio con menor masa se enfría rápidamente y se congela al instante. Si no queda completamente rodeada por la fusión a tiempo, queda expuesta y se produce la “fibra flotante”.

Por lo tanto, la formación del fenómeno de “fibra flotante” no solo está relacionada con la composición y las propiedades de los materiales plásticos, sino también con el proceso de moldeo y procesamiento, lo que lo hace complejo e incierto.

Solución al problema de las "fibras flotantes" en el nailon reforzado con fibra de vidrio

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1. Mejorar la compatibilidad entre la fibra de vidrio y el Nylon

Para abordar el problema de las “fibras flotantes” en el nailon reforzado con fibra de vidrio, se incorporan aditivos como agentes de compatibilidad, dispersantes y lubricantes en el material de moldeo.

Estos aditivos incluyen agentes de acoplamiento de silano, agentes de compatibilidad con anhídrido maleico injertado, lubricantes a base de ácidos grasos, así como agentes para evitar la exposición de las fibras de vidrio.

Mediante la incorporación de estos aditivos, se mejora la compatibilidad entre las fibras de vidrio y la resina. Esto conduce a una dispersión uniforme mejorada, un aumento en la resistencia de unión interfacial, una reducción de la separación entre las fibras de vidrio y la resina, abordando así el problema de la exposición de las fibras de vidrio.

La investigación indica que la adición de agentes de compatibilidad a la matriz mejora significativamente la compatibilidad de las fibras de vidrio dentro de la matriz en comparación con los materiales sin dichas adiciones.

2. Mejorar las condiciones del proceso de moldeo

(1) Aumentar la velocidad de llenado

Al aumentar la velocidad de llenado, aunque las fibras de vidrio y el plástico tienen velocidades de flujo diferentes, en comparación con una inyección a alta velocidad, la proporción de diferencia de velocidad relativa es menor.

(2)  Aumentar la temperatura del molde

Este factor es crucial, ya que aumentar la temperatura del molde tiene como objetivo reducir la resistencia al contacto entre las fibras de vidrio y el molde, de modo que la diferencia de velocidad entre las fibras de vidrio y el plástico sea lo más pequeña posible.

Se busca que la capa de fusión intermedia sea lo más gruesa posible mientras que las capas exteriores sean lo más delgadas posible, de manera similar a cómo una orilla suave de un río no retiene las ramas.

El proceso de moldeo de compuestos reforzados con fibras (RHCM) se basa en este principio para lograr un aspecto sin “fibras flotantes”.

(3) Reduzca la temperatura en la sección de medición del tornillo y disminuye la cantidad de disolvente.

Esto se hace para minimizar al máximo la posibilidad de separación entre el plástico y las fibras de vidrio. En general, tiene un impacto mínimo en la reducción de las fibras flotantes y puede no ser muy efectivo en operaciones prácticas.

Sin embargo, puede resolver eficazmente el problema del quemado.

Esto se debe a que la adición de fibras de vidrio puede obstruir fácilmente las vías de escape, lo que dificulta la ventilación efectiva hacia el final del proceso. Además, en un entorno de alta presión y alto contenido de oxígeno, las fibras de vidrio son propensas a la combustión.

3. En relación al molde

Intencionadamente, cree una superficie semibrillante o texturizada en la apariencia exterior del producto para reducir la manifestación visual de las fibras de vidrio expuestas.

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