Неизвестно, кому впервые пришла в голову идея превратить стеклотекстолит в литьевой материал, однако, на практике это оказалось вполне осуществимо и крайне эффективно. В настоящее время, именно стекловолокно является наиболее востребованным материалом для усиления пластиков. Разумеется, есть также углеволоконные и минеральные наполнители, однако, их применение более нишевое.
Использование армированных (наполненных) пластиков в литье под давлением позволяет, в случае со стеклом, создавать изделия, сопоставимые по прочности с металлом, но с меньшим весом и стоимостью. Тот же станок, который недавно отливал мыльницы, благодаря им способен выдавать прочнейшие детали.
- Радикально повышаются механическая прочность и жесткость – внедрение армирующего волокна резко повышает модуль упругости и предел прочности на растяжение и изгиб. Детали выдерживают гораздо большие нагрузки без деформации, что позволяет заменять ими литые алюминиевые и стальные элементы. Волокна поглощают и рассеивают энергию удара, снижая риск появления трещин.
- Возрастает и устойчивость к температурным воздействиям - армирование значительно повышает температуру изгиба под нагрузкой. Например, для полиамида (PA66) этот показатель может вырасти с ~70°C до 250°C и выше. Особенно полезно для подкапотного пространства автомобилей и промышленных устройств.
- Не очевидно для непосвященного, но хорошо знакомо литейщикам – в то время, как чистые пластики имеют высокую усадку при остывании, что ведет к деформации, стекловолокно работает как каркас, уменьшая усадку в 3–5 раз. Благодаря этому эффекту, детали сохраняют форму при перепадах температур и влажности, что важно для прецизионных механизмов и корпусов электроники.
Есть у наличия литьевом тракте абразивного материала, каковым является стекло, и недостатки, некоторые из которых относятся к литейному процессу, а некоторые – непосредственно к свойствам полученной детали:
- Абразивный износ – самое страшное: шнек и цилиндр неумолимо растачиваются, образуя зазор, стравливающий давление, на самой форме съедаются кромки, литники и выступающие элементы, появляется облой, всплывают странные текстуры.
- Анизотропия – прохождение литникового канала приводит к коллинеаризации волокон внутри расплава, отчего деталь в одной плоскости станет очень жесткой, а в поперечной ей – заметно хрупкой. Неравномерной в таком случае будет и усадка, отчего изделие может согнуть дугой, либо закрутить винтом.
- Нарушение когезии в изделиях сложной формы – в которых происходит обтекание расплавом ее элементов, дает постоянные холодные спаи в месте слияния потоков, поскольку волокна затрудняют перемешивание слоев.
Со всеми явлениями приходится бороться, с соответствующим удорожанием формы:
- Абразивность преодолевается применением износостойких материалов: 40Х13, 4Х5МФС, Х12МФ – это не надписи на батиных ножах, а сложные в обработке инструментальные стали. Форму для стеклоармированных пластиков, конечно, надо калить, желательно до 54-60HRC, но 40Х13 иной раз набирает твердость спонтанно, в процессе мехобработки, а Х12МФ требует плясок с бубном вокруг соблюдения технологии. Популярно также применение покрытий – хромирование, нитрид-алюмонитрид титана, которые, при бережном обращении, значительно увеличивают ресурс формы.
- Анизотропия минимизируется расширением литников, в сочетании с грамотным их расположением.
- Когезия же поднимается, как и в целом качество литья, за счет исключения температурных градиентов, что может потребовать, как внедрения подогрева, так и напротив – охлаждения в форме.
Стеклоармированные пластики – пример того, как тяжел может быть путь к совершенству. Но если Вы дойдете до конца, то заслужите любовь заказчика и собственное уважение.