Lentilele termoplastice întărite cu fibre lungi (LFRT) sunt utilizate pentru aplicații de turnare prin injecție cu proprietăți mecanice ridicate. Deși tehnologia LFRT poate oferi o bună rezistență, rigiditate și proprietăți de impact, prelucrarea acestui material joacă un rol important în determinarea modului în care poate fi efectuată partea finală.
Pentru a modela cu succes LFRT, este necesar să înțelegem câteva din caracteristicile lor unice. Înțelegerea diferențelor dintre LFRT și termoplasticele ranforsate convențional a condus la dezvoltarea tehnologiilor de dotare, proiectare și prelucrare pentru a maximiza valoarea și potențialul LFRT.
Diferența dintre LFRT și compozitele tradiționale tocate, din fibre de sticlă scurte, constă în lungimea fibrelor. În LFRT, lungimea fibrei este aceeași ca lungimea peletei. Acest lucru se datorează faptului că cele mai multe LFRT-uri sunt produse de pultrusion, mai degrabă decât compoziția de tip shear.
În fabricarea LFRT, firele continue de fibre de sticlă sunt în prealabil trase într-o matriță pentru acoperirea și impregnarea rășinii. După ieșirea din matriță, benzile continue sunt tăiate sau peletizate, de obicei tăiate la o lungime de 10-12 mm. Dimpotrivă, compozitele tradiționale de fibre de sticlă scurte conțin numai fibre tăiate care au lungimea de 3 până la 4 mm, iar lungimea lor este redusă în continuare la extrudere tipice mai mici de 2 mm.
Lungimea fibrelor în peletele LFRT ajută la îmbunătățirea proprietăților mecanice ale LFRT - rezistență crescută la impact sau duritate, menținând rigiditatea. Atâta timp cât fibrele sunt ținute în lungime în timpul procesului de turnare, ele vor forma un "schelet intern" care să ofere proprietăți mecanice superbe. Cu toate acestea, un proces de turnare proastă poate transforma produsele din fibre lungi în materiale cu fibre scurte. Dacă lungimea fibrei este compromisă în timpul procesului de turnare, nu este posibil să se obțină nivelul necesar de performanță.
Pentru a menține lungimea fibrei în timpul procesului de turnare LFRT, există trei aspecte importante care trebuie luate în considerare: mașina de turnare prin injecție, designul piesei și a mucegaiului și condițiile de procesare.
În primul rând, precauțiile pentru echipamente
O întrebare care este adesea întrebată despre prelucrarea LFRT este dacă putem folosi echipamentele existente de turnare prin injecție pentru a forma aceste materiale. În marea majoritate a cazurilor, echipamentele pentru formarea compozitelor cu fibre discontinue pot fi de asemenea utilizate pentru a forma LFRT-uri. Deși echipamentul tipic de laminare cu fibre scurte este satisfăcător pentru majoritatea pieselor și produselor LFRT, unele modificări ale echipamentului pot contribui mai bine la menținerea lungimii fibrelor.
Un șurub universal cu o secțiune tipică de "măsurare a compresiunii de alimentare" este foarte potrivit pentru acest proces, iar forfecarea distructivă a fibrelor poate fi redusă prin reducerea raportului de comprimare al secțiunii de măsurare. Un raport de compresie al segmentului de 2: 1 este optim pentru produsele LFRT. Utilizarea aliajelor speciale de metal pentru fabricarea de șuruburi, butoaie și alte părți nu este necesară deoarece uzura LFRT nu este la fel de mare ca termoplastele tradiționale armate cu fibre de sticlă tocate.
Un alt dispozitiv care poate beneficia de revizuirea designului este vârful duzei. Unele materiale termoplastice sunt mai ușor de manevrat cu un vârf de duze conice revers, ceea ce creează un grad ridicat de forfecare pe măsură ce materialul este injectat în cavitatea matriței. Totuși, astfel de vârfuri ale duzelor reduc semnificativ lungimea fibrelor compozitelor cu fibre lungi. Prin urmare, se recomandă să se utilizeze un ansamblu tip orificiu de duze cu fantă cu design de 100% "flux liber", care permite fibrelor lungi să treacă ușor prin duza în componentă.
În plus, diametrul duzei și gaura porții ar trebui să aibă o dimensiune liberă de 5,5 mm (0,250 in) sau mai mult și nu există muchia ascuțită. Este important să se înțeleagă modul în care materialul curge prin echipamentul de turnare prin injecție și pentru a determina locul în care forfecarea va rupe fibrele.
În al doilea rând, design de piese și mucegai
Părțile bune și designul mucegaiului sunt, de asemenea, utile în menținerea lungimii fibrelor la LFRT. Eliminarea colțurilor ascuțite în jurul unei porțiuni a margini (inclusiv coaste, șuruburi și alte caracteristici) evită solicitarea inutilă în piesa turnată și reduce uzura fibrei.
Elementele trebuie să aibă un design nominal de perete cu o grosime uniformă a peretelui. Modificările mai mari ale grosimii peretelui pot avea ca rezultat împachetarea inconsistentă și orientarea nedorită a fibrei în piesă. În cazul în care grosimea trebuie să fie mai groasă sau mai subțire, trebuie evitate schimbările bruște ale grosimii peretelui pentru a evita formarea de zone cu forfecare ridicată, care pot deteriora fibrele și pot deveni sursa concentrației de stres. Se încearcă de obicei să se deschidă poarta în peretele gros și să se curgă la partea subțire, menținând capătul de umplere în partea subțire.
Principiul general al designului plastic bun sugerează că menținerea unei grosimi a peretelui mai mică de 4 mm (0.160 in) va favoriza un debit bun și uniform și va reduce posibilitatea chiuvetelor și golurilor. Pentru compușii 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). Când grosimea peretelui este mai mică de 2 mm, probabilitatea ruperii fibrelor după intrarea în matriță crește.
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 ghidează materialul în cavitate, în aceste zone pot să apară o mare cantitate de defecte la fibre dacă nu sunt proiectate corespunzător.
La proiectarea unei matrițe pentru formarea unui compus LFRT, rulmentul cu rază de plină este optim, cu un diametru minim de 5,5 mm (0,250 in). Pe lângă canalul complet rotund, orice altă formă de canal de curgere va avea colțuri ascuțite, ceea ce va crește stresul în timpul procesului de formare și va distruge efectul de armare al fibrei 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, poziționați poarta de-a lungul unei muchii care nu împiedică curgerea materialului în cavitate. Poarta de pe suprafața piesei va trebui să fie rotită la 90 ° pentru a împiedica inițierea ruperii fibrei și degradarea proprietăților mecanice.
În cele din urmă, acordați atenție amplasării liniilor de fuziune și modului în care ele afectează zona în care piesele sunt supuse încărcării (sau stresului) atunci când sunt utilizate. Linia de fuziune ar trebui mutată într-o zonă în care se așteaptă ca nivelul de tensiune să fie mai mic printr-o dispunere rațională a porții.
Analiza umplerii computerelor poate ajuta la determinarea locului în care vor fi amplasate aceste linii de fuziune. Analiza elementelor finite structurale (FEA) poate fi utilizată pentru a compara localizarea stresului ridicat și localizarea liniei de confluență determinată în analiza umplerii.
Trebuie remarcat faptul că aceste părți și modele de mucegai sunt doar recomandări. Există multe exemple de componente care au pereți subțiri, variații ale grosimii peretelui și caracteristici fine sau fine care utilizează compușii LFRT pentru a obține performanțe bune. Cu toate acestea, mai departe de aceste recomandări, cu atât mai mult timp și efort este necesar pentru a se asigura că beneficiile tehnologiei cu fibre lungi sunt pe deplin realizate.
În al treilea rând, condițiile de procesare
Condițiile de procesare sunt cheia succesului LFRT. Atâta timp cât se utilizează condițiile corecte de prelucrare, este posibil să se utilizeze o mașină de turnare cu injecție generală și o matriță proiectată corespunzător pentru a pregăti piesele LFRT. Cu alte cuvinte, chiar și cu echipamentul adecvat și designul mucegaiului, lungimea fibrei poate suferi dacă se utilizează condiții slabe de prelucrare. Acest lucru necesită înțelegerea a ceea ce va întâlni fibra în timpul procesului de turnare și identificarea zonelor care vor cauza forfecarea excesivă a fibrelor.
Mai întâi, monitorizați contrapresiunea. Presiunea ridicată de spate introduce o forță de forfecare mare pe materialul care va reduce lungimea fibrei. Având în vedere pornirea de la zero contra-presiune și numai creșterea acesteia până când șurubul este retras uniform în timpul procesului de alimentare, este de obicei suficientă o contrapresiune de 1,5 până la 2,5 bar (20 până la 50 psi) pentru a obține o alimentare uniformă.
Viteza ridicată a șuruburilor are, de asemenea, un efect advers. Cu cât șurubul se rotește mai repede, cu atât este mai probabil ca materialul solid și neambalat să pătrundă în secțiunea de comprimare a șuruburilor și să provoace deteriorarea fibrei. Similar cu recomandările pentru contrapresiune, trebuie menținut cât mai repede posibil pentru a stabiliza minimul necesar pentru umplerea șurubului. La modelarea compușilor LFRT, vitezele șuruburilor de 30 până la 70 r / min sunt comune.
În procesul de turnare prin injecție, topirea are loc prin doi factori care acționează împreună: forfecare și căldură. Deoarece obiectivul este de a proteja lungimea fibrei în LFRT prin reducerea forfecării, va fi necesară mai multă căldură. Conform sistemului de rășină, temperatura compusului LFRT prelucrat este de obicei cu 10-30 ° C mai mare decât cea a compusului convențional turnat.
Cu toate acestea, înainte de a ridica pur și simplu temperatura camerei tot timpul, acordați atenție inversării distribuției temperaturii cilindrului. În mod normal, temperatura barilului crește deoarece materialul se deplasează de la buncăr la duză, dar pentru LFRT se recomandă ca temperatura să fie mai mare la buncăr. Inversarea distribuției temperaturii permite ca granulele LFRT să se înmoaie și să se topească înainte de a intra în secțiunea de comprimare a șnecului cu forfecare ridicată, facilitând astfel reținerea lungimii fibrei.
