Langfaserverstärkte Thermoplaste werden für Spritzgussanwendungen mit hohen mechanischen Eigenschaften verwendet.Obwohl die LFT-Technologie eine gute Festigkeit, Steifigkeit und Schlagzähigkeitseigenschaftenbereitstellen kann, ist die Verarbeitung dieses Materials wichtig, um zu bestimmen, wie das endgültige Teil arbeiten kann Die Wirkung von.
Um die LFRTs erfolgreich zu formen, ist es notwendig, einige ihrer einzigartigen Eigenschaften zu verstehen.Das Verständnis der Unterschiede zwischen LFT und konventionellen verstärkten Thermoplasten hat die Entwicklung von Ausrüstung, Design und Verarbeitungstechnologien angetrieben, um den Wert und das Potenzial von LFT zu maximieren.
Der Unterschied zwischen LFRT und herkömmlichen zerhackten, glasfaserverstärkten Verbundwerkstoffen liegt in der Länge der Fasern: Bei LFT ist die Länge der Fasern die gleiche wie die Länge der Pellets, da die meisten LFRTs Pultrusionsverfahren statt Scheren sind. Mischen zu produzieren.
Bei der LFT-Herstellung werden kontinuierliche Stränge aus Glasfaserrovings zuerst in eine Düse zum Beschichten und Imprägnieren des Harzes gezogen.Nach dem Austritt aus der Düse wird der kontinuierliche Streifen aus verstärktemPlast gewöhnlich gehackt oder pelletiert Auf eine Länge von 10 ~ 12 mm geschnitten.Im Gegensatz dazu enthält der traditionelle Kurzglasfaserkomposit nur geschnitteneFasern von 3 ~ 4 mm Länge, und seine Länge im Scherextruder ist weiter auf wenigerals 2 mm reduziert.
Die Faserlänge in den LFRT-Pellets hilft, die mechanischen Eigenschaften von LFT zu verbessern - erhöhte Schlagzähigkeit oder Zähigkeit bei gleichzeitiger Beibehaltung der Steifigkeit.Wenn die Fasern während des Formprozesses in der Länge bleiben, bilden sie ein "internes Skelett", das superhoch liefert Mechanische Eigenschaften Ein schlechtes Formverfahren kann aus langfaserigen Produkten jedoch zu kurzfaserigen Materialien werden.Wenn die Länge der Faser während des Formprozesses beeinträchtigt wird, wird es nicht möglich sein, das erforderliche Leistungsniveau zu erreichen.
Um die Faserlänge während des LFRT-Formens zu erhalten, müssen drei wichtige Aspekte berücksichtigt werden: Spritzgießmaschine, Teile und Formenkonstruktion und Verarbeitungsbedingungen.
Erstens, Vorkehrungen für die Ausrüstung
Eine der am häufigsten gestellten Fragen zur LFT-Verarbeitung lautet: Ist es uns möglich, vorhandene Spritzgießanlagen zum Formen dieser Materialien zu verwenden, so können Anlagen zur Herstellung von Kurzfaserverbundwerkstoffen in den allermeisten Fällen auch zur Bildung von LFTs verwendet werden. Obwohl eine typische Kurzfaserformausrüstung für die meisten LFRT-Teile und -Produkte zufriedenstellend ist, können einige Modifikationen an der Ausrüstung besser dazu beitragen, die Faserlänge beizubehalten.
Eine Universalschnecke mit einer typischen "Feed-Compression-Metering" -Sektion ist für diesen Prozess sehr geeignet, und eine faserschädigende Scherung kann durch Verringerung des Verdichtungsverhältnisses der Dosierstrecke reduziert werden. Das Verdichtungsverhältnis der Dosierstrecke von etwa 2: 1 beträgt LFRT-Produkte sind die besten.Das Herstellen von Schrauben mit speziellen Metalllegierungen, Fässern und anderen Teilen ist nicht notwendig, da der LFT-Verschleiß nicht so groß ist wie bei herkömmlichen Glasfaserverstärkten Thermoplasten.
Eine weitere Vorrichtung, die von der Designüberprüfung profitieren kann, stellt die Spitze der Düse dar. Einige thermoplastische Materialien lassen sich mit einer umgekehrt konisch zulaufenden Düsenspitze leichter bearbeiten, was einen hohen Grad an Scherung erzeugt, wenn das Material in den Formhohlraum eingespritzt wird Da diese Düsenspitze jedoch die Faserlänge des Langfaserverbundwerkstoffs erheblich reduziert, wird empfohlen, eine 100% 'Free Flow' Design-Düsenspitzen- / Ventilbaugruppe zu verwenden, bei der lange Fasern leicht durch die Düse in das Bauteil gelangen. .
Darüber hinaus sollte der Durchmesser der Düse und des Angusslochs eine lose Größe von 5,5 mm (0,250 Zoll) oder mehr haben, und es gibt keine scharfe Kante.Es ist wichtig zu verstehen, wie das Material durch die Spritzgussausrüstung fließt und dass die Scherwirkung die Faser bricht. Ort.
Bild: Dreiteilige Schneckenspitze und Ringventil mit "100% Free-Flow" -Design zur Minimierung von langen Faserbrüchen
Zweitens, Teile und Formenbau
Ein gutes Bauteil- und Werkzeugdesign ist ebenfalls hilfreich, um die Faserlänge des LFT zu erhalten.Die Eliminierung der Ecken um die Kanten herum (einschließlich Rippen, Naben und anderer Merkmale) vermeidet unnötige Spannungen in dem geformten Teil und verringert den Faserverschleiß .
Die Bauteile sollten eine nominelle Wandkonstruktion mit einer gleichmäßigen Wandstärke haben Größere Änderungen der Wanddicke können zu einer uneinheitlichen Packung und unerwünschten Faserausrichtung im Bauteil führen.Wenn dick oder dünn vermieden werden muss, sollten abrupte Wanddicken vermieden werden Um zu vermeiden, dass Bereiche mit hoher Scherwirkung gebildet werden, die die Faser beschädigen könnten und die Quelle der Spannungskonzentration werden könnten, versuchen Sie normalerweise, den Anguss in einer dickeren Wand zu öffnen und in den dünnen Teil zu fließen, um das Füllende dünn zu halten.
Allgemeine gute Konstruktionsprinzipien für Kunststoffe legen nahe, dass eine Wandstärke von weniger als 4 mm (0,160 Zoll) einen guten gleichmäßigen Fluss fördert und die Möglichkeit von Senken und Hohlräumen verringert.Für LFT-Verbindungen beträgt die optimale Wanddicke üblicherweise 3 mm (0,120 Zoll) ) Links und rechts beträgt die Mindestdicke 2 mm (0,080 Zoll) Wenn die Wanddicke weniger als 2 mm beträgt, erhöht sich die Wahrscheinlichkeit eines Faserbruchs nach dem Eintritt des Materials in die Form.
Das Teil stellt nur einen Aspekt des Designs dar. Es ist auch wichtig zu berücksichtigen, wie das Material in die Form eindringt.Wenn die Angusskanäle und Angüsse das Material in den Hohlraum führen, wird, wenn es nicht richtig entworfen wird, eine große Faserschädigung in diesen Bereichen auftreten.
Wenn eine Form LFT Komplexprojektieren, gerundete ganze Strömungsdurchgang optimal ist, dessen Mindestdurchmesser ist 5,5 mm (0.250in). Zusätzlich zu Voll abgerundeten Strömungskanal, haben eine andere Form der Strömungspfad einen scharfen Winkel, erhöht sie Beanspruchung und Beschädigung während des Formens der Verstärkungseffekt der Glasfasern. akzeptablen ein offenes Angusskanalsystem ist mit.
Die minimale Dicke des Gate sollte 2 mm (0.080in) sein. Wenn möglich, das Material fließt entlang einer Kante der Positionierung nicht behindert den Gate-Hohlraum. Torbauteil Fläche 90 ° gedreht werden muß, um einen Faserbruch zu verhindern reduzierte mechanische Eigenschaften.
Abschließend ist auf die Lage der Fusionslinien zu achten und zu wissen, wie sie sich auf das Gebiet auswirken, in dem das Teil (oder die Spannung) angewendet wird, und die Fusionslinie sollte in das Gebiet verlegt werden, in dem das Spannungsniveau voraussichtlich niedriger ist.
Computer-Filling-Analyse kann helfen, zu bestimmen, wo diese Fusionslinien lokalisiert werden.Funktionelle Finite-Elemente-Analyse (FEA) kann verwendet werden, um den Ort der hohen Belastung und den Ort der Konvergenzlinien zu vergleichen, die während der Füllanalyse bestimmt wurden.
Es ist zu beachten, dass diese Teile- und Werkzeugkonstruktionen nur Empfehlungen sind.Es gibt viele Beispiele für Bauteile, die dünne Wände, Wanddickenvariationenund feine oder feine Merkmale aufweisen, die LFT-Compounds verwenden, um eine guteLeistung zu erzielen, jedoch ist die Abweichung von diesen Vorschlägen mehr Es braucht viel Zeit und Mühe, um die Vorteile der Langfasertechnologie voll ausschöpfen zu können.
Drittens, Verarbeitungsbedingungen
Die Verarbeitungsbedingungen stellen den Schlüssel zum Erfolg von LFT dar. Solange die richtigen Verarbeitungsbedingungen verwendet werden, ist es möglich, eine allgemeine Spritzgießmaschine und eine korrekt gestaltete Form zu verwenden, um gute LFRT-Teile zu erzeugen, mit anderen Worten, sogar mit dem richtigen Ausrüstungs- und Formdesign Schlechte Verarbeitungsbedingungen, Faserlänge kann ebenfalls beschädigt werden.Dies erfordert ein Verständnis der Faser, die in dem Formungsprozess angetroffenwird, und um Bereiche zu bestimmen, die einen übermäßigen Faserschnitt verursachenwerden.
Zuerst wird der Staudruck überwacht.Hoher Staudruck führt zu einer großen Scherkraft auf das Material, wodurch die Faserlänge verringert wird.Beachten Sie, dass Sie von einem Nullgegendruck aus beginnen und ihn nur erhöhen, bis die Schnecke während des Zuführens gleichmäßig zurückgezogen wird Ein Gegendruck von ~ 2,5 bar (20 bis 50 psi) ist normalerweise ausreichend, um eine gleichmäßige Zufuhr zu erreichen.
Eine höhere Schneckendrehzahl hat auch einen nachteiligen Effekt: Je schneller sich die Schnecke dreht, desto wahrscheinlicher tritt das feste und ungeschmolzene Material in den Schneckenkompressionsabschnitt ein und verursacht Faserbeschädigung.Verwenden Sie ähnlich wie beim Gegendruck die Geschwindigkeit, um die Schnecke stabil zu füllen. Beim Formen von LFRT-Verbindungen sind Schneckendrehzahlen von 30 bis 70 U / min üblich.
Im Spritzgussverfahren erfolgt das Schmelzen durch zwei synergistische Faktoren: Scherung und Wärme.Weil das Ziel darin besteht, die Faserlänge durch Verringerung der Scherung in LFT zu schützen, wird mehr Wärme benötigt, je nach Harzsystem, Verarbeitung Die Temperatur von LFRT-Verbindungen ist üblicherweise 10 ~ 30 ° C höher als die von herkömmlichen geformten Verbindungen.
Bevor Sie jedoch die Zylindertemperatur ständig erhöhen, achten Sie auf die Umkehrung der Temperaturverteilung in der Trommel.Wenn sich das Material vom Trichter zur Düse bewegt, steigt normalerweise die Zylindertemperatur an, aber für den LFT wird die Temperatur am Trichter empfohlen. Das umgekehrte Temperaturprofil ermöglicht es den LFT-Pellets, zu erweichen und zu schmelzen, bevor sie in den Hochdruck-Schraubenkompressionsabschnitt gelangen, wodurch die Faserlänge erhalten bleibt.
Die letzte Anmerkung zur Verarbeitung betrifft die Verwendung von recycelten Materialien: Das Schleifen von Formteilen oder Düsen führt in der Regel zu geringeren Faserlängen, daher kann die Zugabe von Regeneraten die Gesamtfaserlänge beeinflussen, um die mechanischen Eigenschaften nicht wesentlich zu verringern Die maximale Menge an Mahlgut beträgt 5%, ein höherer Mahlgutgehalt hat einen negativen Einfluss auf die Schlagzähigkeit und andere mechanische Eigenschaften.