Длинные термопластичные волокна (LFRT) используются для литьевого формования с высокими механическими свойствами. Хотя технология LFRT может обеспечить хорошую прочность, жесткость и ударные свойства, обработка этого материала играет важную роль в определении того, как может выполняться конечная часть.
Чтобы успешно сформировать LFRT, необходимо понять некоторые из их уникальных особенностей. Понимание различий между LFRT и традиционно усиленными термопластами привело к разработке технологий оборудования, дизайна и обработки, чтобы максимизировать ценность и потенциал LFRT.
Разница между LFRT и традиционными нарезанными, короткими армированными стекловолокном композитами заключается в длине волокон. В LFRT длина волокна такая же, как длина гранулы. Это связано с тем, что большинство LFRT производятся пултрузией, а не компаундированием сдвигового типа.
При изготовлении LFRT непрерывные пряди из стекловолокна сначала втягиваются в матрицу для покрытия и пропитки смолы. После выхода из штампа непрерывные полосы измельчают или гранулируют, обычно вырезают до 10-12 мм. Напротив, традиционные композиты из короткого стекловолокна содержат только измельченные волокна длиной от 3 до 4 мм, а их длина дополнительно уменьшается до типично менее 2 мм в экструдерах поперечного сечения.
Длина волокна в гранулах LFRT помогает улучшить механические свойства LFRT - повышенную ударопрочность или вязкость при сохранении жесткости. Пока волокна сохраняются в длину во время процесса формования, они образуют «внутренний скелет», обеспечивающий превосходные механические свойства. Однако плохой процесс формования может превращать длинные волокна в короткие волокнистые материалы. Если длина волокна нарушается во время процесса формования, невозможно достичь требуемого уровня производительности.
Для поддержания длины волокна во время процесса формования LFRT существуют три важных аспекта: машина для литья под давлением, конструкция деталей и форм, а также условия обработки.
Во-первых, меры предосторожности
Один вопрос, который часто задают о обработке LFRT, заключается в том, можем ли мы использовать существующее оборудование для литья под давлением для формирования этих материалов. В подавляющем большинстве случаев оборудование для формирования композитов штапельного волокна также может быть использовано для образования LFRT. Хотя типичное короткое оборудование для формования волокон удовлетворительно для большинства деталей и изделий LFRT, некоторые модификации оборудования могут лучше помочь поддерживать длину волокна.
Для этого процесса очень подходит универсальный винт с типичной секцией «подача компрессионного сжатия», а разрушение волоконно-разрушающего действия может быть уменьшено за счет снижения степени сжатия дозирующей секции. Степень сжатия сегмента 2: 1 метр оптимальна для продуктов LFRT. Использование специальных металлических сплавов для изготовления винтов, бочек и других деталей не требуется, потому что износ LFRT не такой большой, как традиционные термопластичные термопластичные изделия из нарезанного стекловолокна.
Другим устройством, которое может извлечь пользу из обзора конструкции, является наконечник сопла. Некоторые термопластичные материалы легче обрабатывать с помощью обратного конического наконечника сопла, что создает высокую степень сдвига при введении материала в полость формы. Однако такие наконечники сопел значительно уменьшают длину волокна длинных волоконных композитов. Поэтому рекомендуется использовать узел наконечников / клапанов со шлицем со 100% -ным «свободным потоком», который позволяет длинным волокнам легко проходить через сопло в компонент.
Кроме того, диаметр сопла и отверстия затвора должен иметь свободный размер 5,5 мм (0,250 дюйма) или более, и нет резкого края. Важно понять, как материал течет через оборудование для литья под давлением и определить, где сдвиг будет разрушать волокна.
Во-вторых, детали и конструкция пресс-формы
Хорошие детали и конструкция пресс-формы также полезны для поддержания длины волокна LFRT. Устранение острых углов вокруг части края (включая ребра, боссы и другие особенности) позволяет избежать ненужного напряжения в формованной детали и снижает износ волокна.
Детали должны иметь номинальную конструкцию стены с одинаковой толщиной стенки. Большие изменения толщины стенки могут привести к несовместимой упаковке и нежелательной ориентации волокна в детали. Там, где толщина должна быть толще или тоньше, следует избегать резких изменений толщины стенки, чтобы избежать образования областей с высоким сдвигом, которые могут повредить волокна и стать источником концентрации напряжений. Обычно он пытается открыть ворота в более толстой стенке и течь к тонкой части, сохраняя конец наполнения в тонкой части.
Общий принцип хорошей пластмассовой конструкции предполагает, что поддержание толщины стенки менее 4 мм (0.160 дюймов) будет способствовать хорошему и равномерному течению и уменьшению возможности раковин и пустот. Для соединений LFRT оптимальная толщина стенки обычно составляет около 3 мм (0,120 дюймов), а минимальная толщина составляет 2 мм (0,080 дюйма). Когда толщина стенки меньше 2 мм, вероятность разрушения волокон после входа в пресс-форму увеличивается.
Части - это только один аспект дизайна, и также важно учитывать, как материал входит в форму. Когда направляющие и ворота направляют материал в полость, в этих зонах может возникнуть большое количество повреждений волокна, если они не разработаны должным образом.
При проектировании формы для формирования соединения LFRT бегун с полным радиусом оптимален с минимальным диаметром 5,5 мм (0,250 дюйма). В дополнение к полноканальному каналу любая другая форма канала потока будет иметь острые углы, что увеличит напряжение во время процесса формования и разрушит усиливающий эффект стекловолокна. Приемлемые системы с открытым бегуном являются приемлемыми.
Минимальная толщина ворот должна быть 2 мм (0,080 дюйма). Если возможно, поместите затвор вдоль края, который не препятствует потоку материала в полость. Затвор на поверхности детали необходимо повернуть на 90 °, чтобы предотвратить начало разрушения волокна и ухудшить механические свойства.
Наконец, обратите внимание на расположение линий сварки и то, как они влияют на область, где детали подвергаются нагрузке (или напряжению) при ее использовании. Линия слияния должна быть перемещена в область, где ожидается, что уровень напряжения будет ниже благодаря рациональному расположению ворот.
Анализ заполнения компьютера может помочь определить, где будут расположены эти линии синтеза. Структурный анализ конечных элементов (FEA) можно использовать для сравнения местоположения с высоким напряжением и местоположения линии слияния, как это определено в анализе заполнения.
Следует отметить, что эти детали и конструкции пресс-формы являются только рекомендациями. Существует много примеров компонентов, которые имеют тонкие стенки, изменения толщины стенки и тонкие или мелкие детали, которые используют соединения LFRT для достижения хорошей производительности. Однако, чем дальше от этих рекомендаций, тем больше времени и усилий требуется для обеспечения реализации всех преимуществ технологии длинных волокон.
В-третьих, условия обработки
Условия обработки являются ключом к успеху LFRT. Пока используются правильные условия обработки, можно использовать машину для литья под давлением общего назначения и правильно разработанную форму для подготовки деталей LFRT. Другими словами, даже при правильном оборудовании и конструкции пресс-формы длина волокна может пострадать, если используются плохие условия обработки. Это требует понимания того, что волокно встретит во время процесса формования, и определения областей, которые могут вызвать чрезмерный сдвиг волокна.
Сначала проверьте обратное давление. Высокое противодавление представляет собой большое поперечное усилие на материале, которое уменьшает длину волокна. Учитывая, что начиная с нулевого обратного давления и только увеличивая его до тех пор, пока винт не будет равномерно втянут во время процесса подачи, использование обратного давления от 1,5 до 2,5 бар (от 20 до 50 фунтов на квадратный дюйм) обычно является достаточным для обеспечения последовательной подачи.
Слишком высокая скорость вращения шнека. Чем быстрее вращается винт, тем вероятнее, что твердый и нерасплавленный материал войдет в секцию сжатия винта и вызовет повреждение волокна. Подобно рекомендациям по противодавлению, его следует поддерживать как можно быстрее, чтобы стабилизировать минимум, необходимый для заполнения винта. При формовании соединений LFRT распространены скорости шнека от 30 до 70 об / мин.
В процессе литьевого формования плавление происходит через два фактора, которые действуют вместе: сдвиг и нагрев. Поскольку целью является защита длины волокна в LFRT за счет уменьшения сдвига, потребуется больше тепла. В соответствии с системой смолы температура обработанного соединения LFRT обычно на 10-30 ° С выше, чем температура обычного формованного соединения.
Однако, прежде чем просто поднимать температуру ствола все время, обратите внимание на изменение распределения температуры ствола. Обычно температура цилиндра поднимается, когда материал перемещается из бункера в сопло, но для LFRT рекомендуется, чтобы температура была выше в бункере. Отмена распределения температуры позволяет гранулам LFRT размягчаться и расплавляться перед входом в секцию сжатия с высоким сдвиговым усилием, что облегчает сохранение длины волокна.
