Termoplastele termoizolante cu fibre lungi (LFRT) sunt utilizate pentru aplicații de turnare cu injecție de înaltă performanță. Deși tehnologia LFRT oferă o bună rezistență, rigiditate și proprietăți de impact, prelucrarea acestui material joacă un rol important în determinarea performanțelor pe care le poate obține partea finală.
Pentru a modela cu succes LFRT, este necesar să se înțeleagă unele dintre caracteristicile lor unice. Înțelegerea diferențelor dintre LFRT și termoplasticele armate convenționale a condus la dezvoltarea tehnologiilor de proiectare și procesare a echipamentelor, pentru a maximiza valoarea și potențialul LFRT.
Diferența dintre LFRT și compozitele tradiționale tocate, din fibre de sticlă scurte, constă în lungimea fibrei. În LFRT, lungimea fibrei este aceeași ca lungimea peletei. Acest lucru se datorează faptului că majoritatea LFRT-urilor sunt produse prin pultruziune, mai degrabă decât compoziția pură. În fabricarea LFRT, o remorcă continuă de fibre de sticlă este în primul rând trasă într-o matriță care urmează să fie acoperită și impregnată cu rășină. După ieșirea din matriță, banda continuă de plastic de ranforsare este tăiată sau peletată, de obicei tăiată până la o lungime de 10 ~ 12 mm. Dimpotrivă, compozitele convenționale din fibre de sticlă scurte conțin numai fire de tocat, cu lungimea de 3 până la 4 mm, care sunt reduse în continuare la mai puțin de 2 mm în extruderi de tip shear.
LFRT este de obicei pregătit printr-un proces de pultrusion, impregnând fasciculele de fibre de sticlă continuă cu rășină și apoi tăindu-le în pelete lungi. Lungimea fibrei de sticlă egală cu lungimea peletei.
Lungimea fibrelor în pelete LFRT ajută la îmbunătățirea proprietăților mecanice ale LFRT - rezistență la impact crescută sau duritate în timp ce se menține rigiditatea. Atâta timp cât fibrele își păstrează lungimea în timpul procesului de formare, ele formează un "schelet intern" care oferă proprietăți mecanice superbe. Cu toate acestea, un proces slab de turnare poate transforma produsele din fibre lungi în materiale cu fibre scurte. Dacă lungimea fibrei este compromisă în timpul procesului de formare, nu este posibil să se obțină nivelul de performanță necesar.
Figura înainte și după descompunerea termică a pieselor turnate prin injecție. Culoarea luminii este scheletul intern format de fibrele lungi după răcirea rășinii, iar scheletul păstrează forma piesei. Pentru a menține lungimea fibrei în timpul turnării prin LFRT, există trei aspecte importante care trebuie luate în considerare: mașina de turnare prin injecție, designul pieselor și a mucegaiului și condițiile de procesare.
01 Precauții pentru echipamente
O întrebare frecventă despre prelucrarea LFRT este dacă este posibil să formăm aceste materiale utilizând echipamentele existente de turnare prin injecție. În marea majoritate a cazurilor, echipamentele pentru formarea compozitelor cu fibre discontinue pot fi de asemenea utilizate pentru a forma LFRT-uri. În timp ce echipamentul tipic pentru formarea fibrelor discontinue este satisfăcător pentru majoritatea pieselor și produselor LFRT, unele modificări ale echipamentului ar putea fi mai bine pentru a ajuta la menținerea lungimii fibrelor.
Un șurub universal, cu o secțiune tipică "măsurare a compresiunii de alimentare", este ideal pentru acest proces, iar forfecarea distructivă a fibrelor poate fi redusă prin reducerea raportului de comprimare al secțiunii de măsurare. Raportul de comprimare al secțiunii de măsurare de aproximativ 2: 1 este cel mai bun pentru produsele LFRT. Fabricarea șuruburilor, butoaielor și a altor componente din aliaje speciale de metal nu este necesară deoarece uzura LFRT nu este la fel de mare ca termoplastele convenționale armate cu fibre de sticlă tocate.
O altă piesă de echipament care poate beneficia de revizuirea designului este vârful duzei. Unele termoplastice sunt mai ușor de înclinat cu o duză conică inversată care creează un grad ridicat de forfecare pe măsură ce materialul este injectat în cavitatea matriței. Cu toate acestea, acest vârf al duzei poate reduce semnificativ lungimea fibrei compozitului cu fibre lungi. Se recomandă, prin urmare, să se utilizeze un ansamblu de vârf / supapă cu orificiu de curgere cu debit liber de 100%, care să permită accesul facil al fibrelor lungi prin duza. În plus, diametrul găurilor duzei și ale porților ar trebui să fie de 5,5 mm (0,250in) sau mai mare în dimensiune liberă și fără margini ascuțite. Este important să se înțeleagă modul în care materialul curge prin echipamentul de turnare prin injecție și unde se determină că forfecarea va rupe fibra.
02 Părți și design mucegai
O bună parte și un design al mucegaiului ajută de asemenea la menținerea lungimii fibrei LFRT. Eliminarea colțurilor ascuțite în jurul unei părți a marginii, inclusiv coaste, șefi și alte caracteristici, evită stresul inutil în piesa turnată și reduce uzura fibrei. Părțile ar trebui să aibă o grosime uniformă a grosimii peretelui. Modificările mai mari ale grosimii peretelui determină umplerea incoerentă și orientarea nedorită a fibrei în piesă. În cazul în care este necesar un strat mai gros sau mai subțire, trebuie evitate schimbările abrupte ale grosimii peretelui pentru a evita formarea de zone cu forfecare ridicată care ar putea deteriora fibrele și să devină o sursă de concentrare a tensiunii. De obicei, încercați să deschideți poarta în peretele mai gros și curgeți până la partea subțire, capătul de umplere fiind păstrat în partea subțire. Instrucțiunile de proiectare din plastic obișnuite sugerează că menținerea grosimii peretelui sub 4 mm (0.160 in) va favoriza un debit bun și uniform și va reduce posibilitatea depresiilor și golurilor. Pentru complexele LFRT, grosimea optimă a peretelui este de obicei de aproximativ 3 mm (0,120 in), iar grosimea minimă este de 2 mm (0,080 in). Atunci când grosimea peretelui este mai mică de 2 mm, probabilitatea de rupere a fibrei materialului după intrarea în matriță este mărită.
Elementele sunt doar un aspect al designului și este, de asemenea, important să se ia în considerare modul în care materialul intră în matriță. Atunci când alergătorii și porțile conduc materialul în cavitate, în aceste zone poate să apară o cantitate semnificativă de defecțiuni de fibră, fără o proiectare adecvată.
Când se proiectează o matriță care este utilizată pentru formarea compușilor LFRT, cel mai bun este cel mai bun, cu un diametru minim de 5,5 mm (0,250in). În plus față de runner-ul complet, orice altă formă de alergător va avea colțuri ascuțite, acestea vor spori stresul în timpul procesului de turnare pentru a submina armătura din fibră de sticlă. Sistemele de alergare cu roți deschise sunt acceptabile. Grosimea minimă a porții ar trebui să fie de 2mm (0.080in). Dacă este posibil, localizați poarta de-a lungul unei muchii care nu obstrucționează curgerea materialului în cavitate. Sprue pe suprafața piesei va necesita o rotație de 90 ° pentru a preveni ruperea fibrei și a reduce proprietățile mecanice. În cele din urmă, acordați atenție amplasării liniilor de sudură și modului în care ele afectează zona sub sarcină (sau stres) atunci când piesa este utilizată. Linia de fuziune ar trebui să fie mutată în zona în care nivelul de stres este de așteptat să fie mai mic printr-un aspect rezonabil al porții.
Analiza de completare a calculatorului vă poate ajuta să determinați unde vor fi localizate aceste legături fuzibile. Analiza elementelor finite structurale (FEA) poate fi utilizată pentru a compara poziția stresului ridicat cu localizarea liniei de confluență determinată în timpul analizei de umplere. Trebuie remarcat faptul că aceste componente și modele de mucegai sunt doar sugestii. Există multe exemple de componente care au pereți subțiri, grosimi diferite ale pereților și caracteristici delicate sau fine care realizează performanțe bune cu compozite LFRT. Cu toate acestea, cât mai departe de aceste propuneri, cu atât mai mult timp și efort este dedicat asigurării beneficiilor integrale ale tehnologiei cu fibre lungi.
03 Proiectare de procesare
Condițiile de procesare sunt cheia succesului LFRT. Atâta timp cât se utilizează condițiile de prelucrare corecte, este posibil să se utilizeze mașini de turnare prin injecție convenționale și matrițe pregătite corespunzător pentru componentele LFRT pregătite. Cu alte cuvinte, chiar și cu echipamentul adecvat și designul mucegaiului, lungimea fibrei poate suferi dacă se folosesc condiții slabe de prelucrare. Acest lucru necesită înțelegerea condițiilor pe care fibra le va întâlni în timpul procesului de formare și identificarea zonei care va determina forfecarea excesivă a fibrei.
În primul rând, monitorizați contrapresiunea. Presiunea ridicată de spate introduce forțe semnificative de forfecare pe material, ceea ce reduce lungimea fibrei. Având în vedere că pornind de la contrapresiunea zero și crescând-o doar pentru a permite șurubului să se retragă uniform în timpul alimentării, o presiune de presiune de 1,5-2,5 bari (20-50 psi) este, de obicei, suficientă pentru a obține o alimentare uniformă.
Viteza ridicată a șuruburilor are și efecte adverse. Cu cât șurubul se rotește mai repede, cu atât este mai probabil ca materialul solid și neambalat să pătrundă în secțiunea de comprimare a șurubului, provocând distrugerea fibrei. Similar cu recomandările pentru contrapresiune, încercați să mențineți viteza de rotație la cel mai mic nivel necesar pentru a umple șurubul. În formarea complexelor LFRT, vitezele șuruburilor de 30-70 r / min sunt comune.
În timpul turnării prin injecție, topirea are loc prin doi factori care interacționează: forfecare și căldură. Deoarece obiectivul este de a proteja lungimea fibrei în LFRT prin reducerea forfecării, este nevoie de mai multă căldură. În funcție de sistemul de rășină, temperatura la care este prelucrat compozitul LFRT este de obicei cu 10 până la 30 ° C mai mare decât compușii convenționali de turnare.
Cu toate acestea, înainte de a mări complet temperatura buteliei, acordați atenție inversării distribuției temperaturii cilindrului. În mod obișnuit, temperatura rolei crește pe măsură ce materialul se deplasează de la buncăr la duză, dar pentru LFRT se recomandă o temperatură mai ridicată la buncăr. Debitul inversat de temperatură înmoaie și topeste peleții LFRT înainte de a intra în secțiunea de comprimare a șnecului cu forfecare ridicată, facilitând astfel reținerea lungimii fibrelor.
Notă finală privind prelucrarea implică utilizarea materialului de rezervă. Șlefuirea unei părți sau a unei duze turnate duce, de obicei, la o lungime mai mică a fibrei, astfel încât adăugarea de material de rezervă poate afecta lungimea totală a fibrei. Pentru a nu reduce semnificativ proprietățile mecanice, se recomandă returnarea cantității maxime de material care este de 5%. O cantitate mai mare de material reciclat va avea un impact negativ asupra proprietăților mecanice, cum ar fi rezistența la impact.
