Długie, wzmocnione włóknem szklanym termoplasty (LFRT) są używane do wysokowydajnych zastosowań wtryskowych. Chociaż technologia LFRT zapewnia dobrą wytrzymałość, sztywność i właściwości uderzenia, przetwarzanie tego materiału odgrywa ważną rolę w określaniu osiągów, jakie może osiągnąć końcowa część.
Aby skutecznie kształtować LFRT, konieczne jest zrozumienie niektórych z ich unikalnych cech. Zrozumienie różnic między LFRT i konwencjonalnymi termoplastami wzmocnionymi doprowadziło do opracowania urządzeń, technologii projektowania i przetwarzania, aby zmaksymalizować wartość i potencjał LFRT.
Różnica między LFRT a tradycyjnie ciętymi, krótkimi kompozytami wzmocnionymi włóknem szklanym leży w długości włókna. W LFRT długość włókna jest taka sama jak długość peletki. Wynika to z faktu, że większość LFRT produkowana jest przez pultruzję, a nie przez zwykłe mieszanie. Przy wytwarzaniu LFRT ciągły pakuł z włókien rowingowych z włókna szklanego jest najpierw wciągany do matrycy do powlekania i impregnowania żywicą. Po wyjściu z matrycy ciągły pas wzmacniającego plastiku jest cięty lub granulowany, zwykle przycinany do długości 10 ~ 12 mm. W przeciwieństwie do tego, konwencjonalne krótkie kompozyty z włókna szklanego zawierają tylko cięte pasma o długości 3 do 4 mm, które są dalej zmniejszone do mniej niż 2 mm w wytłaczarkach typu shear.
LFRT zwykle wytwarza się w procesie pultruzji, impregnując ciągłe wiązki włókien szklanych żywicą, a następnie dzieląc je na długie granulki. Długość włókna szklanego równa długości peletu.
Długość włókien w peletkach LFRT pomaga poprawić właściwości mechaniczne LFRT - zwiększoną odporność na uderzenia lub wytrzymałość przy zachowaniu sztywności. Dopóki włókna zachowują swoją długość podczas procesu formowania, tworzą "wewnętrzny szkielet", który zapewnia doskonałe właściwości mechaniczne. Jednak zły proces formowania może przekształcić długie włókna w krótkie materiały włókniste. Jeżeli długość włókna jest zagrożona podczas procesu formowania, nie jest możliwe uzyskanie wymaganego poziomu wydajności.
Figura przed i po termicznym rozkładzie części formowanych wtryskowo. Kolor światła jest wewnętrznym szkieletem utworzonym przez długie włókna po wypaleniu żywicy, a szkielet zachowuje kształt części. Aby zachować długość włókien podczas formowania LFRT, należy wziąć pod uwagę trzy ważne aspekty: wtryskarkę, projekt części i formy oraz warunki przetwarzania.
01 Środki ostrożności dotyczące sprzętu
Często zadawanym pytaniem o przetwarzanie LFRT jest to, czy możliwe jest kształtowanie tych materiałów przy użyciu istniejących urządzeń do formowania wtryskowego. W ogromnej większości przypadków sprzęt do formowania kompozytów z włókien ciętych może być również wykorzystywany do kształtowania LFRT. Chociaż typowe wyposażenie do formowania z włókien staplowych jest zadowalające dla większości części i produktów LFRT, niektóre modyfikacje sprzętu mogą być lepsze, aby pomóc w utrzymaniu długości włókien.
Uniwersalna śruba z typową sekcją "pomiar kompresji i podawania" idealnie nadaje się do tego procesu, a ścinanie niszczące włókna można zmniejszyć, zmniejszając stopień sprężania sekcji pomiarowej. Współczynnik kompresji dla sekcji pomiarowej wynoszący około 2: 1 jest najlepszy dla produktów LFRT. Wytwarzanie śrub, beczek i innych elementów ze specjalnych stopów metali nie jest konieczne, ponieważ zużycie LFRT nie jest tak duże, jak konwencjonalne termoplastyczne tworzywa wzmocnione włóknem szklanym.
Innym elementem wyposażenia, który może skorzystać z przeglądu projektu, jest końcówka dyszy. Niektóre termoplasty są łatwiejsze do przechyłu z odwróconą stożkową dyszą, która powoduje wysoki stopień ścinania, gdy materiał wtryskuje się do gniazda formy. Jednak ta końcówka dyszy może znacznie zmniejszyć długość włókna długiego kompozytu włóknistego. Dlatego zaleca się stosowanie zespołu dyszy szczelinowej z końcówką / zaworem w 100% z "swobodnym przepływem", która umożliwia łatwy dostęp długich włókien przez dyszę. Ponadto średnica dyszy i otworów w bramie powinna wynosić 5,5 mm (0,250 cala) lub więcej w luźnym rozmiarze i nie mieć ostrych krawędzi. Ważne jest, aby zrozumieć, w jaki sposób materiał przepływa przez sprzęt do formowania wtryskowego i gdzie ustala się, że ścinanie złamie włókno.
02 Części i konstrukcja formy
Dobra konstrukcja części i formy pomaga również utrzymać długość włókna LFRT. Wyeliminowanie ostrych narożników wokół części krawędzi, w tym żeber, występów i innych cech, pozwala uniknąć niepotrzebnego naprężenia w formowanej części i zmniejsza zużycie włókien. Części powinny być równomierną ścianą o nominalnej grubości ściany. Większe zmiany grubości ściany powodują niespójne wypełnienie i niechcianą orientację włókien w części. Tam, gdzie grubsze lub cieńsze są konieczne, należy unikać gwałtownych zmian grubości ścianki, aby uniknąć tworzenia się obszarów o wysokim ścinaniu, które mogą uszkodzić włókna i stać się źródłem koncentracji naprężeń. Zwykle próbuj otworzyć bramę w grubszej ścianie i przepłyń do cienkiej części, końcówka do napełniania jest utrzymywana w cienkiej części. Wspólne dobre wytyczne dotyczące projektowania plastycznego sugerują, że utrzymywanie grubości ścianki poniżej 4 mm (0,160 cala) będzie promowało dobry, równomierny przepływ i zmniejszy możliwość zagłębień i pustek. W przypadku kompleksów LFRT optymalna grubość ścianki wynosi zwykle około 3 mm (0,120 cala), a minimalna grubość wynosi 2 mm (0,080 cala). Gdy grubość ścianki jest mniejsza niż 2 mm, zwiększa się prawdopodobieństwo zerwania włókna materiału po wejściu do formy.
Części są tylko jednym aspektem projektu i ważne jest również rozważenie, w jaki sposób materiał wchodzi do formy. Gdy prowadnice i bramy prowadzą materiał do wnęki, w tych obszarach może wystąpić znaczna ilość uszkodzeń włókien bez odpowiedniego projektu.
Podczas projektowania formy, która jest wykorzystywana do formowania związków LFRT, najlepsza jest pełna prowadnica filetowa o minimalnej średnicy 5,5 mm (0,250 cala). Oprócz pełno-okrągłej prowadnicy, każda inna forma prowadnicy będzie mieć ostre narożniki, zwiększą naprężenia podczas procesu formowania, aby podważyć wzmocnienie z włókna szklanego. Systemy gorących kanałów z otwartymi kanałami są dopuszczalne. Minimalna grubość bramy powinna wynosić 2 mm (0,080 cala). Jeśli to możliwe, umieść bramę wzdłuż krawędzi, która nie blokuje przepływu materiału do jamy. Wlew na powierzchni części wymaga 90 ° obrotu, aby zapobiec pęknięciu włókna i zmniejszyć właściwości mechaniczne. Na koniec należy zwrócić uwagę na położenie linii spawania i sposób, w jaki wpływają one na obszar pod obciążeniem (lub naprężeniem), gdy używana jest część. Linia fuzji powinna zostać przeniesiona do obszaru, w którym poziom stresu powinien być niższy dzięki rozsądnemu rozmieszczeniu bramy.
Analiza wypełniania komputerowego może pomóc określić, gdzie znajdują się te topliwe połączenia. Analiza strukturalna elementów skończonych (MES) może być wykorzystana do porównania lokalizacji wysokiego naprężenia z lokalizacją linii konfluencji, ustaloną podczas analizy wypełniania. Należy zauważyć, że te komponenty i projekty form są tylko sugestiami. Istnieje wiele przykładów elementów, które mają cienkie ścianki, różne grubości ścianek i delikatne lub drobne elementy, które zapewniają dobrą wydajność dzięki kompozytom LFRT. Jednak im dalej od tych propozycji, tym więcej czasu i wysiłku poświęcamy na zapewnienie pełnych korzyści z długiej technologii światłowodowej.
03 Przetwarzanie projektu
Warunki przetwarzania są kluczem do sukcesu LFRT. Dopóki stosowane są właściwe warunki przetwarzania, możliwe jest stosowanie konwencjonalnych wtryskarek i odpowiednio przygotowanych form dla przygotowanych komponentów LFRT. Innymi słowy, nawet przy odpowiednim wyposażeniu i konstrukcji formy, długość włókna może ucierpieć, jeśli zastosuje się złe warunki przetwarzania. Wymaga to zrozumienia warunków, w których włókno napotka w trakcie procesu formowania i identyfikacji obszaru, który spowoduje nadmierne ścinanie włókna.
Najpierw monitoruj ciśnienie wsteczne. Wysokie przeciwciśnienie powoduje znaczne siły ścinające na materiale, co zmniejsza długość włókna. Biorąc pod uwagę, że począwszy od zerowego przeciwciśnienia i zwiększania go tylko po to, aby umożliwić równomierne wycofanie się śruby podczas podawania, ciśnienie zwrotne 1,5-2,5 bara (20-50 psi) jest zwykle wystarczające do uzyskania zgodnego posuwu.
Wysoka prędkość ślimaka ma również negatywne skutki. Im szybciej śruba obraca się, tym bardziej prawdopodobne jest, że materiał stały i nietopiony wejdzie w sekcję sprężania ślimaka powodując uszkodzenie włókien. Podobnie jak w przypadku przeciwciśnienia, staraj się utrzymywać prędkość obrotową na najniższym poziomie wymaganym do stabilnego wypełnienia śruby. Przy tworzeniu kompleksów LFRT powszechne są prędkości ślimaka 30-70 r / min.
Podczas formowania wtryskowego topienie następuje przez dwa czynniki oddziałujące na siebie: ścinanie i ciepło. Ponieważ celem jest ochrona długości włókna w LFRT poprzez zmniejszenie ścinania, więcej ciepła będzie potrzebne. W zależności od układu żywicznego temperatura, w której przetwarzany jest kompozyt LFRT, jest zwykle o 10 do 30 ° C wyższa niż w przypadku konwencjonalnych mas formierskich.
Jednak przed zwykłym podniesieniem temperatury cylindra należy zwrócić uwagę na odwrócenie rozkładu temperatury cylindra. Zazwyczaj temperatura beczki wzrasta wraz z przesuwaniem się materiału z leja do dyszy, ale w przypadku LFRT zaleca się mieć wyższą temperaturę w zbiorniku. Odwrócony rozkład temperatury zmiękcza i topi granulki LFRT przed wejściem do sekcji ściskania śrub o wysokim ścinaniu, ułatwiając w ten sposób zatrzymywanie długości włókien.
Ostatnia uwaga dotycząca przetwarzania obejmuje użycie materiału zapasowego. Szlifowanie formowanej części lub dyszy zwykle skutkuje mniejszą długością włókna, więc dodanie materiału rezerwowego może wpływać na całkowitą długość włókna. Aby nie zmniejszyć znacząco właściwości mechanicznych, zaleca się, aby maksymalna ilość materiału wynosiła 5%. Większa ilość materiału z recyklingu będzie miała negatywny wpływ na właściwości mechaniczne, takie jak udarność.
