Långfiberarmerad termoplast (LFRT) används för formsprutning med höga mekaniska egenskaper. Även om LFRT-tekniken kan ge god styrka, styvhet och slagegenskaper spelar bearbetningen av detta material en viktig roll för att bestämma hur den slutliga delen kan utföra.
För att lyckas forma LFRT är det nödvändigt att förstå några av deras unika egenskaper. Förstå skillnaderna mellan LFRT och konventionellt förstärkta termoplaster 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 förskjutning av skjuvtyp.
Vid LFRT-tillverkning dras kontinuerliga strängar av glasfiberrövningar först in i en form för beläggning och impregnering av hartset. Efter att ha lämnat munstycket, hakar de kontinuerliga remsorna eller pelleteras, vanligen skärs till en längd av 10-12 mm. I motsats härtill innehåller traditionella korta glasfiberkompositer endast hackade fibrer som är 3 till 4 mm långa och deras längd reduceras ytterligare till vanligen mindre än 2 mm i extruder av skjuvtyp.
Fiberlängden i LFRT-pellets bidrar till att förbättra de mekaniska egenskaperna hos LFRT - ökat slagmotstånd eller seghet samtidigt som styvheten upprätthålls. Så länge fibrerna hålls i längd under gjutningsprocessen kommer de att bilda ett "inre skelett" som ger överlägsna mekaniska egenskaper. En dålig gjutningsprocess kan dock göra långa fiberprodukter till korta fibermaterial. Om fiberns längd äventyras under gjutningsprocessen är det inte möjligt att erhålla den önskade prestandanivån.
För att bibehålla fiberlängden under LFRT-gjutningsprocessen finns tre viktiga aspekter att tänka på: formsprutningsmaskin, del- och formkonstruktion och bearbetningsförhållanden.
Första försiktighetsåtgärderna för utrustning
En fråga som ofta ställs om LFRT-bearbetning är om vi kan använda befintlig formsprutningsutrustning för att forma dessa material. I de allra flesta fall kan utrustning för att bilda stapelfiberskompositer också användas för att bilda LFRT. Även om typisk kortfibergjutningsutrustning är tillfredsställande för de flesta LFRT-delar och produkter, kan vissa ändringar av utrustningen bättre bidra till att bibehålla fiberlängden.
En universalskruv med en typisk sektion "matningskompressionsmätning" är mycket lämplig för denna process och fiberförstörande skjuvning kan reduceras genom minskning av kompressionsförhållandet hos mätningssektionen. Ett segmentförhållande på 2: 1 meter är optimalt för LFRT-produkter. Användning av specialmetalllegeringar för tillverkning av skruvar, fat och andra delar är inte nödvändigt eftersom LFRT-slitage inte är lika stor som traditionell hackad glasfiberförstärkt termoplast.
En annan apparat som kan dra nytta av designöversynen är munstyckets spets. Vissa termoplastiska material är lättare att bearbeta med en omvänd avsmalnande munstycksspets, vilket skapar en hög grad av skjuv när materialet injiceras i formhålan. Sådana munstycktips reducerar emellertid signifikant fiberlängden hos långfibrer-kompositer. Det rekommenderas därför att använda en slitsdysspets / ventilaggregat med 100% "fritt flöde" -design som gör att långa fibrer enkelt kan passera genom munstycket i komponenten.
Dessutom bör munstyckets diameter och grindhålet ha en löst storlek på 5,5 mm (0,250 in) eller mer, och det finns ingen skarp kant. Det är viktigt att förstå hur materialet flyter genom formsprutningsutrustningen och för att bestämma var skjuvningen kommer att bryta fibrerna.
För det andra, delar och mögel design
Bra delar och mögeldesign är också till hjälp för att bibehålla fiberlängden på LFRT. Att eliminera de skarpa hörnen runt en del av kanten (inklusive ribbor, bossar och andra egenskaper) undviker onödig stress i den gjutna delen och minskar fiberslitaget.
Delar ska vara av nominell väggkonstruktion med enhetlig väggtjocklek. Större ändringar i väggtjocklek kan resultera i inkonsekvent packning och oönskad fiberorientering i delen. Om tjockleken måste vara tjockare eller tunnare, måste plötsliga ändringar i väggtjockleken undvikas för att undvika bildning av skjuvningsytor som kan skada fibrerna och bli källa till spänningskoncentration. Det försöker vanligtvis att öppna porten i den tjockare väggen och flödar till den tunna delen och håller fyllningsänden i den tunna delen.
Den allmänna principen om bra plastdesign tyder på att en väggtjocklek mindre än 4 mm (0,160 tum) kommer att främja ett gott och jämnt flöde och minska risken för sänkor och hålrum. För LFRT-föreningar är den optimala väggtjockleken vanligen 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 som bryts efter in i formen ökar.
Delar är bara en aspekt av konstruktionen, och det är också viktigt att överväga hur materialet kommer in i formen. När löparna och grindarna leder materialet in i hålrummet, kan en stor fiberskada uppstå i dessa områden om den inte är korrekt utformad.
Vid konstruktion av en form för att bilda en LFRT-förening, är räckhållen med fullradie optimal med en minsta diameter av 5,5 mm (0,250 tum). Förutom den fullständiga kanalen har vilken som helst annan form av flödeskanal skarpa hörn, vilket ökar spänningen under formningsprocessen och förstör förstärkningseffekten av glasfibern. Hotrunnarsystem med öppna löpare är acceptabla.
Grindens minsta tjocklek ska vara 2 mm (0,080in). Placera om möjligt porten längs en kant som inte hindrar materialflödet i hålrummet. Porten på delens yta kommer att behöva roteras 90 ° för att förhindra initiering av fiberbrott och nedbrytning av mekaniska egenskaper.
Slutligen uppmärksamma fusionsledarnas placering och hur de påverkar det område där delarna utsätts för belastning (eller stress) när de används. Fusionslinjen ska flyttas till ett område där spänningsnivån förväntas vara lägre med en rationell layout av porten.
Datorfyllningsanalys kan hjälpa till att avgöra var dessa fusionslinjer kommer att ligga. Strukturell finit elementanalys (FEA) kan användas för att jämföra placeringen av hög spänning och placeringen av sammanflödeslinjen, som bestäms i fyllningsanalysen.
Det bör noteras att dessa delar och mögel är endast rekommendationer. Det finns många exempel på komponenter som har tunna väggar, väggtjockleksvariationer och bra eller fina egenskaper som använder LFRT-föreningar för att uppnå bra prestanda. Men ju längre från dessa rekommendationer, desto mer tid och ansträngning krävs för att säkerställa att de fulla fördelarna med lång fiberteknik realiseras.
För det tredje, bearbetningsförhållanden
Bearbetningsbetingelser är nyckeln till framgången för LFRT. Så länge som de korrekta bearbetningsbetingelserna används, är det möjligt att använda en allmänt använd formsprutningsmaskin och en korrekt utformad form för att förbereda LFRT-delar. Med andra ord, även med korrekt utrustning och mögelkonstruktion, kan fiberlängd lida om dåliga bearbetningsbetingelser används. Detta kräver förståelse vad fibern kommer att stöta på under gjutningsprocessen och identifiera områden som kommer att orsaka överdriven fiberskjuvning.
Kontrollera först det bakre trycket. Högt baktryck inför en stor skjuvkraft på materialet som kommer att minska fiberlängden. Med tanke på att man börjar från nolltrycket och bara ökar det tills skruven är jämnt inåt under matningsprocessen, är det vanligtvis tillräckligt med ett baktryck på 1,5 till 2,5 bar (20 till 50 psi) för att få konsekvent matning.
Hög skruvhastighet har också en negativ effekt. Ju snabbare skruven roterar desto sannolikt kommer det fasta och oförsmälta materialet att komma in i skruvkompressionsdelen och orsaka fiberskador. I likhet med rekommendationerna för baktryck bör det hållas så snabbt som möjligt för att stabilisera det minsta som krävs för att fylla skruven. Vid gjutning av LFRT-föreningar är skruvens hastigheter av 30 till 70 r / min vanliga.
Vid formsprutning sker smältning genom två faktorer som verkar tillsammans: skjuv och värme. Eftersom målet är att skydda fiberns längd i LFRT genom att minska skjuvning, behövs mer värme. Enligt hartssystemet är temperaturen hos den bearbetade LFRT-föreningen vanligtvis 10-30 ° C högre än den hos den konventionella formade föreningen.
Men innan du bara höjer cylindertemperaturen hela tiden, var uppmärksam på att vattentemperaturfördelningen återgår. Normalt stiger cylindertemperaturen när materialet flyttas från behållaren till munstycket, men för LFRT rekommenderas att temperaturen är högre vid behållaren. Omvandlingen av temperaturfördelningen medger att LFRT-pelletsna mjuknar och smälter innan de går in i kompressionssektionen med hög skjuvskruv, vilket underlättar kvarhållandet av fiberlängden.
