Termoplasty zpevněné dlouhými vlákny (LFRT) se používají pro vysoce výkonné vstřikovací formy. Přestože technologie LFRT poskytuje dobrou pevnost, tuhost a nárazové vlastnosti, zpracování tohoto materiálu hraje důležitou roli při určování toho, jakou výkonnost může konečná část dosáhnout.
Aby bylo možné úspěšně utvářet LFRT, je třeba pochopit některé jejich jedinečné vlastnosti. Pochopení rozdílů mezi LFRT a konvenčními vyztuženými termoplasty vedlo k vývoji zařízení, technologií návrhu a zpracování, aby se maximalizovala hodnota a potenciál LFRT.
Rozdíl mezi LFRT a tradičními nasekané krátké kompozity zesílené skelnými vlákny spočívá v délce vlákna. U LFRT je délka vlákna stejná jako délka peletky. Důvodem je to, že většina LFRT je produkována pultruzí spíše než naprostým složením. Při výrobě LFRT je nejprve natažen nepřetržitý kabel z rouna skelných vláken do matrice, která má být potažena a impregnována pryskyřicí. Po vyjmutí z lisovacího zařízení se spojitý pás z výstužného plastu naseká nebo peletuje, obvykle se řeže na délku 10 ~ 12 mm. Naproti tomu konvenční krátké kompozity ze skleněných vláken obsahují pouze nasekané prameny o délce 3 až 4 mm, které jsou dále zkráceny na méně než 2 mm ve vytlačovacích listech se smykovým strojem.
LFRT se obvykle připravuje procesem pultruze, impregnuje svazky svazků ze skleněných vláken s pryskyřicí a pak je rozřezává na dlouhé pelety. Délka skleněných vláken odpovídá délce pelet.
Délka vláken v peletách LFRT pomáhá zlepšit mechanické vlastnosti LFRT - zvýšená odolnost proti nárazu nebo houževnatost při zachování tuhosti. Dokud vlákna si během formování udržují svou délku, vytvářejí "vnitřní kostru", která poskytuje vynikající mechanické vlastnosti. Špatný tvarovací proces však může prodloužit dlouhé vláknité výrobky na materiály s krátkými vlákny. Pokud je délka vlákna ohrožena během formovacího procesu, není možné dosáhnout požadované úrovně výkonu.
Obrázek před a po tepelném rozkladu vstřikovaných dílů. Světlá barva je vnitřní kostra tvořená dlouhými vlákny po vypálení pryskyřice a kostra zachovává tvar dílu. K udržení délky vlákna během lití LFRT je třeba vzít v úvahu tři důležité aspekty: vstřikovací stroj, konstrukci dílů a forem a podmínky zpracování.
01 Bezpečnostní opatření pro zařízení
Často kladenou otázkou ohledně zpracování LFRT je, zda je možné tyto materiály tvarovat pomocí stávajících vstřikovacích zařízení. V převážné většině případů lze pro tvarování LFRT použít i zařízení pro vytváření kompozitů staplových vláken. Zatímco typické lisovací zařízení se staplovými vlákny je pro většinu součástí a výrobků LFRT uspokojivé, některé úpravy zařízení mohou být lepší, aby pomohly udržet délku vlákna.
Univerzální šroub s typickým úsekem "dávkování-komprese-měření" je pro tento proces ideální a deformační střih může být snížen snížením kompresního poměru odměřovacího úseku. Kompresní poměr dávkovací části asi 2: 1 je nejlepší pro produkty LFRT. Výroba šroubů, sudů a dalších součástí ze speciálních kovových slitin není nutná, protože opotřebení LFRT není tak velké jako konvenční termoplasty vyztužené skleněnými vlákny.
Dalším vybavením, které může mít prospěch z přezkoumání návrhu, je špička trysky. Některé termoplasty jsou jednodušší se špičkou s obrácenou kuželovou tryskou, která vytváří vysoký stupeň střihu, když je materiál vstřikován do dutiny formy. Tento špiček trysky však může výrazně snížit délku vlákna kompozitu s dlouhými vlákny. Doporučuje se proto použít 100% "volný průtok" tryskovou trysku / sestavu ventilu, která umožňuje snadný přístup dlouhých vláken tryskou. Navíc průměr otvoru hubice a hradla by měl být v průměru 5,5 mm (0,250 palce) nebo větší a neměl by mít ostré hrany. Je důležité pochopit, jak materiál protéká zařízením pro vstřikování a kde je zjištěno, že stříhání rozbije vlákno.
02 Díly a konstrukce forem
Dobrá konstrukce dílů a forem také pomáhá udržet délku vlákna LFRT. Odstranění ostrých rohů kolem části okraje, včetně žeber, bosů a dalších prvků, zabraňuje zbytečnému namáhání tvarované části a snižuje opotřebení vláken. Díly by měly mít stejnou šířku stěny. Větší změny v tloušťce stěny způsobují nekonzistentní plnění a nežádoucí orientaci vláken v dílu. Tam, kde je potřeba silnější nebo tenčí, je třeba se vyhnout náhlým změnám v tloušťce stěny, aby se zabránilo tvorbě vysoce střižných ploch, které by mohly poškodit vlákna a stát se zdrojem koncentrace napětí. Obvykle se pokuste otevřít bránu v silnější stěně a přivést k tenké části, plnící konec se udržuje v tenké části. Obecné dobré pokyny pro plastové konstrukce naznačují, že udržování tloušťky stěny menší než 4 mm (0,160 palce) přispěje k dobrému, rovnoměrnému průtoku a sníží možnost vzniku depresí a dutin. Pro komplexy LFRT je optimální tloušťka stěny typicky asi 3 mm (0,120 in) a minimální tloušťka je 2 mm (0,080 palce). Pokud je tloušťka stěny menší než 2 mm, zvyšuje se pravděpodobnost lámání vlákna materiálu po vstupu do formy.
Části jsou jen jedním aspektem konstrukce a je také důležité zvážit, jak vstupuje materiál do formy. Když běžící prvky a vrata přivádějí materiál do dutiny, může se v těchto oblastech vyskytnout značné množství selhání vláken bez správné konstrukce.
Při navrhování formy, která se používá k formování sloučenin LFRT, je nejlepší kruhový běhoun s minimálním průměrem 5,5 mm (0,250in). Kromě plnohodnotného běžce bude mít jakákoli jiná forma běžec ostré rohy, zvýší se stres během procesu tváření, aby se podlomila výztuž ze skelných vláken. Systémy s horkým vtokem s otevřenými běhouny jsou přijatelné. Minimální tloušťka brány by měla být 2 mm (0,080 palce). Pokud je to možné, umístěte bránu podél okraje, který nebrání toku materiálu do dutiny. Sprue na povrchu dílu bude vyžadovat rotaci o 90 °, aby se zabránilo prasknutí vlákna a snížení mechanických vlastností. Nakonec věnujte pozornost umístění svařovacích linek a jak ovlivňují plochu pod zatížením (nebo stresu), když je použita součást. Fúzní linka by měla být přemístěna do oblasti, kde se očekává nižší úroveň napětí při rozumném uspořádání brány.
Analýza plnění počítače vám pomůže určit, kde budou tyto tavné vazby umístěny. Analýza strukturních konečných prvků (FEA) může být použita pro porovnání polohy vysokého namáhání s polohou souhvězdí, jak bylo stanoveno během analýzy plnění. Je třeba poznamenat, že tyto komponenty a formy jsou pouze návrhy. Existuje mnoho příkladů součástí, které mají tenké stěny, různé tloušťky stěn a jemné nebo jemné vlastnosti, které dosahují dobrého výkonu u kompozitů LFRT. Nicméně, čím dál daleko od těchto návrhů, tím více času a úsilí je věnováno zajištění plného přínosu technologie dlouhých vláken.
03 Koncepce zpracování
Podmínky zpracování jsou klíčem k úspěchu LFRT. Dokud jsou použity správné podmínky zpracování, je možné použít běžné vstřikovací stroje a řádně připravené formy pro připravené komponenty LFRT. Jinými slovy, i při správném vybavení a konstrukci formy může délka vlákna trpět, jestliže se používají špatné podmínky zpracování. To vyžaduje pochopení podmínek, se kterými se vlákno setká během procesu tváření a určení oblasti, která způsobí nadměrné stříhání vlákna.
Nejprve monitorujte zpětný tlak. Vysoký protitlak zavádí na materiál podstatné smykové síly, což snižuje délku vlákna. Vzhledem k tomu, že počínaje nulovým protitlakem a jeho zvětšováním pouze za účelem umožnění rovnoměrného zatahování šroubu během podávání je pro dosažení konzistentního posuvu zpravidla dostatečný zpětný tlak 1,5 až 2,5 baru (20 až 50 psi).
Vysoká rychlost šroubu má také nepříznivé účinky. Čím rychleji se šroub otáčí, tím větší je pravděpodobnost, že pevný a nečistý materiál vstoupí do kompresní části šroubu, což způsobí poškození vlákna. Podobně jako doporučení pro zpětný tlak, zkuste udržet rychlost otáčení na nejnižší úrovni potřebné pro stabilní naplnění šroubu. Při vytváření komplexů LFRT jsou běžné rychlosti šroubů 30-70 r / min.
Během vstřikování probíhá tavení dvěma vzájemně působícími faktory: smykem a teplem. Protože cílem je chránit délku vlákna v LFRT snížením střihu, bude zapotřebí více tepla. V závislosti na systému pryskyřice je teplota, při níž je LFRT kompozit zpracovávána, typicky o 10 až 30 ° C vyšší než běžné formovací sloučeniny.
Před úplným zvýšením teploty zásobníku však věnujte pozornost obrácení rozložení teploty bubnu. Typicky teplota válce stoupá, když se materiál pohybuje od násypky k trysce, ale u LFRT se doporučuje mít na násypce vyšší teplotu. Invertované rozložení teploty změkčuje a roztavuje pelety LFRT před vstupem do kompresní části s vysokým střihem, čímž usnadňuje zadržení délky vlákna.
Závěrečná poznámka o zpracování zahrnuje použití záložního materiálu. Broušení tvarované části nebo trysky obvykle vede k nižší délce vláken, takže přidání zálohovaného materiálu může ovlivnit celkovou délku vláken. Aby nedošlo k výraznému snížení mechanických vlastností, doporučuje se vrátit maximální množství materiálu o 5%. Vyšší množství recyklovaného materiálu bude mít nepříznivý vliv na mechanické vlastnosti, jako je rázová houževnatost.
