Långfiberarmerade termoplaster (LFRT) används för högpresterande formsprutningsapplikationer. Även om LFRT-tekniken ger god styrka, styvhet och slagegenskaper spelar bearbetningen av detta material en viktig roll för att bestämma vilken prestation den slutliga delen kan uppnå.
För att lyckas forma LFRT är det nödvändigt att förstå några av deras unika egenskaper. Förstå skillnaderna mellan LFRT och konventionell förstärkt termoplast har drivit utvecklingen av utrustning, design och bearbetningsteknik för att maximera LFRTs värde och potential.
Skillnaden mellan LFRT och traditionella hackade, korta glasfiberförstärkta kompositer ligger i fiberns längd. I LFRT är fiberns längd densamma som längden på pelleten. Detta beror på att de flesta LFRTs produceras genom pultrusion snarare än ren förening. Vid LFRT-tillverkning dras en kontinuerlig dragning av glasfiberrörelse först till en matris som ska beläggas och impregneras med harts. Efter att ha kommit ut ur munstycket, är den kontinuerliga remsan av förstärkande plast hackad eller pelleterad, vanligtvis Klipp i längden 10 ~ 12 mm. I kontrast innehåller konventionella korta glasfiberkompositer endast hackade strängar med en längd av 3 till 4 mm, vilka ytterligare reduceras i längd till mindre än 2 mm i extruder av skjuvtyp.
LFRT framställs vanligtvis genom en pultrusionsprocess, impregnering av kontinuerliga glasfiberknippen med harts, och därefter skärning av dem i långa pellets. Glasfiberlängd lika med längden på pelleten.
Fiberlängden i LFRT-pellets bidrar till att förbättra de mekaniska egenskaperna hos LFRT - ökat slagmotstånd eller seghet samtidigt som styvheten upprätthålls. Så länge fibrerna behåller sin längd under formningsprocessen bildar de ett "inre skelett" som ger fantastiska mekaniska egenskaper. En dålig gjutningsprocess kan dock göra långa fiberprodukter till korta fibermaterial. Om fiberns längd äventyras under formningsprocessen är det inte möjligt att uppnå den prestationsnivå som krävs.
Figur före och efter termisk sönderdelning av formsprutade delar. Den ljusa färgen är det inre skelettet som bildas av de långa fibrerna efter det att hartset brinner bort och skelettet behåller formen på delen. För att bibehålla fiberlängden under LFRT-gjutning, är det tre viktiga aspekter att överväga: formsprutningsmaskin, del- och formkonstruktion och bearbetningsförhållanden.
01 Utrustningsåtgärder
En vanlig fråga om LFRT-bearbetning är huruvida det är möjligt för oss att forma dessa material med hjälp av befintlig formsprutningsutrustning. I de allra flesta fall kan utrustning för formning av stapelfiberkompositer också användas för att forma LFRT. Medan typisk stapelfibergjutningsutrustning är tillfredsställande för de flesta LFRT-delar och produkter, kan vissa ändringar av utrustningen vara bättre för att bibehålla fiberlängden.
En universalskruv med en typisk "matningskompressionsmätning" -sektion är idealiskt lämpad för denna process och fiberförstörande skjuvning kan reduceras genom minskning av kompressionsförhållandet hos mätningssektionen. Mätningssektions-kompressionsförhållandet på ca 2: 1 är det bästa för LFRT-produkter. Tillverkning av skruvar, fat och andra komponenter från speciella metalllegeringar är inte nödvändigt eftersom LFRT-slitaget inte är lika stort som konventionell hackad glasfiberarmerad termoplast.
En annan utrustning som kan dra nytta av designöversynen är munstyckspetsen. Vissa termoplaster är lättare att tippa med ett inverterat koniskt munstycke som skapar en hög grad av skjuv när materialet injiceras i formhålan. Denna munstyckspets kan emellertid väsentligt minska fiberlängden hos fiberkompositen. Det rekommenderas därför att använda en 100% "free-flow" slitsdysspets / ventilaggregat som möjliggör enkel åtkomst av långa fibrer genom munstycket. Dessutom bör diametern hos munstyckets och grindhålen vara 5,5 mm (0.250in) eller mer i lös storlek och har inga skarpa kanter. Det är viktigt att förstå hur materialet flyter genom formsprutningsutrustningen och där det är bestämt att skjuvning kommer att bryta fibern.
02 Delar och mögeldesign
Bra del och mögeldesign bidrar också till att hålla fiberlängden på LFRT. Att eliminera skarpa hörn runt en del av kanten, inklusive revben, bossar och andra egenskaper, undviker onödig stress i den gjutna delen och minskar fiberslitaget. Delar ska vara enhetliga väggtjocklek nominell väggdesign. Större ändringar i väggtjocklek resulterar i inkonsekvent fyllning och oönskad fiberorientering i delen. Där tjockare eller tunnare är nödvändigt bör abrupta ändringar i väggtjocklek undvikas för att undvika bildning av skjuvningsytor som kan skada fibrerna och bli en källa till spänningskoncentration. Försök oftast att öppna porten i den tjockare väggen och flyta till den tunna delen, och fyllnadsänden hålls i den tunna delen. Gemensamma bra riktlinjer för plastdesign tyder på att hålla väggtjockleken under 4 mm (0.160 in) kommer att främja gott, likformigt flöde och minska risken för fördjupningar och hålrum. För LFRT-komplex är den optimala väggtjockleken typiskt omkring 3 mm (0,120 tum) och minsta tjockleken är 2 mm (0,080 tum). När väggtjockleken är mindre än 2 mm ökar sannolikheten för att fibrerna bryts efter att de har matats in i formen.
Delar är bara en aspekt av designen och det är också viktigt att överväga hur materialet kommer in i formen. När löpare och grindar leder materialet in i håligheten, kan en betydande mängd fiberfel uppträda i dessa områden utan korrekt utformning.
Vid utformning av en form som används för att forma LFRT-föreningar är en fullfilélöpare bäst, med en minsta diameter på 5,5 mm (0,250in). Förutom fullrunda löpare, kommer någon annan form av löpare att ha skarpa hörn, de kommer att öka stressen under formningsprocessen för att undergräva glasfiberförstärkningen. Hotrunnarsystem med öppna löpare är acceptabla. Grindens minsta tjocklek ska vara 2 mm (0,080in). Om möjligt, lokalisera grinden längs en kant som inte hindrar materialflödet i hålrummet. Sprue på delytan kräver 90 ° rotation för att förhindra bristning av fibern och minska mekaniska egenskaper. Slutligen uppmärksamma svetslinjernas placering och hur de påverkar området under belastning (eller stress) när delen används. Fusionslinjen ska flyttas till det område där spänningsnivån förväntas vara lägre med en rimlig layout av porten.
Datorfyllningsanalys kan hjälpa till att avgöra var dessa smältbara länkar kommer att finnas. Strukturell finit elementanalys (FEA) kan användas för att jämföra placeringen av hög stress med platsen för sammanflödeslinjen som bestämd under fyllningsanalysen. Det bör noteras att dessa komponenter och mögel design är bara förslag. Det finns många exempel på komponenter som har tunna väggar, varierande väggtjocklek och känsliga eller fina egenskaper som uppnår bra prestanda med LFRT-kompositer. Ju längre bort från dessa förslag, desto mer tid och ansträngning ägnas åt att säkerställa de fulla fördelarna med lång fiberteknik.
03 Bearbetningsdesign
Bearbetningsbetingelser är nyckeln till LFRT-framgång. Så länge som de korrekta bearbetningsbetingelserna används, är det möjligt att använda konventionella formsprutningsmaskiner och ordentligt beredda formar för de framställda LFRT-komponenterna. Med andra ord kan fiberlängden även med den rätta utrustningen och formkonstruktionen drabbas om dåliga bearbetningsbetingelser används. Detta kräver förståelse av de förhållanden som fibern kommer att stöta på under formningsprocessen och identifiera området som kommer att orsaka överdriven skärning av fibern.
Först, övervaka baktrycket. Högt baktryck introducerar betydande skjuvkrafter på materialet, vilket minskar fiberlängden. Med tanke på att man börjar från nolltrycket och ökar det bara för att skruven ska kunna dra sig jämnt under matningen, är ett baktryck på 1,5-2,5 bar (20-50 psi) vanligtvis tillräckligt för att uppnå en konsekvent matning.
Hög skruvhastighet har också negativa effekter. Ju snabbare skruven roterar desto mer sannolikt är det för det fasta och osmälta materialet att komma in i kompressionsdelen av skruven som orsakar fiberskador. Liknande rekommendationerna för backpressure, försök hålla rotationshastigheten vid den lägsta nivån som krävs för att stabilt fylla skruven. Vid bildning av LFRT-komplex är skruvens hastigheter 30-70 r / min vanliga.
Under formsprutning sker smältning genom två interagerande faktorer: skjuvning och värme. Eftersom målet är att skydda fiberns längd i LFRT genom att minska skjuvning, behövs mer värme. Beroende på hartssystemet är temperaturen vid vilken LFRT-kompositen bearbetas typiskt 10 till 30 ° C högre än konventionella gjutföreningar.
Men innan du helt enkelt ökar cylindertemperaturen, var vänlig uppmärksam på att vattentemperaturfördelningen återgår. Typiskt stiger cylindertemperaturen när materialet rör sig från behållaren till munstycket, men för LFRT rekommenderas att ha högre temperatur vid behållaren. Den inverterade temperaturfördelningen mjukar och smälter LFRT-pellets innan den går in i kompressionssektionen med högskjuvningsskruv, vilket underlättar kvarhållandet av fiberlängd.
Den slutliga noten om bearbetning innebär användning av säkerhetskopieringsmaterial. Slipning av en gjuten del eller munstycke resulterar oftast i en lägre fiberlängd, så tillsatsen av backmaterial kan påverka den totala fiberlängden. För att inte minska de mekaniska egenskaperna avsevärt, rekommenderas att returmaterialet uppgår till maximalt 5%. En högre mängd återvunnet material kommer att ha en negativ inverkan på mekaniska egenskaper såsom slaghållfasthet.
