Manufacture of glass composites reinforced with long and short fibres by extrusion

Abstract

In the case of fibre-reinforced glass composites the glass matrix is the property-determining component, i.e., in the first place the composite possesses the characteristic properties of the glass. The embedded fibres serve for increasing the strength, the work of fracture and thus, the toughness of the glass. In contrast to the manufacture of composites by hot pressing, the extrusion method produces samples with high length-to-diameter ratios. The continuous flowing of the glass melt within the deformation zone and within the die channel leads to a preferential orientation of the fibres parallel to the direction of extrusion. Since the processing temperature is rather low compared with hot pressing, a thermal damage of the fibres can nearly be avoided. The manufacture of the glass composites is shown exemplarily for the embedding of continuous and discontinuous SiC fibres. The desizing, the impregnation of the long fibres and the homogeneous mixing of the short fibres with the glass powder are introduced and explained. This is followed by a schematic description of the extrusion method for both kinds of reinforcement. By means of some composite rods produced in this way the principal suitability of this processing for the unidirectional aligning of the reinforcing component is shown. The improvement of properties achieved by embedding the fibres into the samples is demonstrated by measured impact strength values. Bei faserverstärkten Gläsern ist die Glasmatrix die eigenschaftsbestimmende Komponente, d. h. der Verbund besitzt in erster Linie die charakteristischen Eigenschaften des Glases. Die eingelagerten Fasern dienen lediglich zur Erhöhung der Festigkeit, der Bruchenergie und damit der Zähigkeit des Glases. Im Gegensatz zur Herstellung der Verbünde durch das Heißpreßverfahren entstehen beim Strangpressen Probekörper mit großem Längen-Durchmesser-Verhältnis. Hierbei wird durch den kontinuierlichen Fließvorgang der Glasschmelze in der Umformzone und im Matrizenkanal eine bevorzugte Faserorientierung in Preßrichtung erreicht. Da die Verarbeitungstemperatur gegenüber dem Heißpreßverfahren vergleichsweise niedrig liegt, wird eine thermische Schädigung der Verstärkungsfasern weitgehend vermieden. Die Herstellung der Glasverbundkörper wird beispielhaft an der Einlagerung von kontinuierhchen und diskontinuierhehen SiC-Fasern gezeigt. Das Entschlichten, das Imprägnieren der Langfasern sowie die homogene Vermischung der Kurzfasern mit dem Glaspulver werden vorgestellt und erläutert. Daran schließt sich eine schematische Beschreibung des Strangpreßverfahrens für beide Verstärkungsarten an. An Hand einiger derart hergestellter Verbundstäbe wird die prinzipielle Eignung dieses Verfahrens zur unidirektionalen Ausrichtung der Verstärkungskomponente gezeigt. Die durch die Einlagerung der Fasern erzielten Eigenschaftsverbesserungen der Probekörper werden an Hand ermittelter Schlagzähigkeitswerte dargesteht.