Lange vezelversterkte thermoplasten (LFRT) worden gebruikt voor spuitgiettoepassingen met hoge mechanische eigenschappen. Hoewel de LFRT-technologie goede sterkte-, stijfheids- en impacteigenschappen kan bieden, speelt de verwerking van dit materiaal een belangrijke rol bij het bepalen hoe het laatste onderdeel kan presteren.
Om LFRT met succes vorm te geven, is het noodzakelijk enkele van hun unieke kenmerken te begrijpen. Het begrijpen van de verschillen tussen LFRT en conventioneel versterkte thermoplasten heeft de ontwikkeling van apparatuur, ontwerp en verwerkingstechnologieën aangestuurd om de waarde en het potentieel van LFRT te maximaliseren.
Het verschil tussen LFRT en traditionele gehakte, korte glasvezelversterkte composieten ligt in de lengte van de vezels. In LFRT is de lengte van de vezel gelijk aan de lengte van de pellet. Dit komt omdat de meeste LFRT's worden geproduceerd door middel van pultrusie in plaats van het samenpersen van het afschuiftype.
Bij de vervaardiging van LFRT worden continue strengen glasvezeldoekjes eerst in een matrijs getrokken voor het bekleden en impregneren van de hars. Na het verlaten van de matrijs, worden de ononderbroken stroken gehakt of gepelletiseerd, gewoonlijk gesneden tot een lengte van 10-12mm. In tegenstelling hiermee bevatten traditionele korte glasvezelcomposieten alleen gehakte vezels die 3 tot 4 mm lang zijn, en hun lengte wordt verder verminderd tot typisch minder dan 2 mm in extruders van het afschuiftype.
De vezellengte in de LFRT-pellets helpt de mechanische eigenschappen van de LFRT te verbeteren - verhoogde slagvastheid of taaiheid met behoud van stijfheid. Zolang de vezels tijdens het vormproces in lengte worden gehouden, zullen ze een "intern skelet" vormen met uitstekende mechanische eigenschappen. Een slecht gietproces kan echter lange vezelproducten veranderen in korte vezelmaterialen. Als de lengte van de vezel tijdens het vormproces wordt aangetast, is het niet mogelijk om het vereiste prestatieniveau te verkrijgen.
Om de vezellengte tijdens het vormingsproces van LFRT te behouden, zijn er drie belangrijke aspecten te overwegen: spuitgietmachine, deel- en matrijsontwerp en verwerkingsomstandigheden.
Ten eerste apparatuurvoorzorgsmaatregelen
Een vraag die vaak wordt gesteld over LFRT-verwerking is of we bestaande spuitgietapparatuur kunnen gebruiken om deze materialen te vormen. In de overgrote meerderheid van de gevallen kunnen apparatuur voor het vormen van stapelvezelcomposieten ook worden gebruikt om LFRT's te vormen. Hoewel typische vormingsapparatuur voor korte vezels bevredigend is voor de meeste LFRT-onderdelen en -producten, kunnen sommige aanpassingen aan de apparatuur de vezellengte beter helpen behouden.
Een universele schroef met een kenmerkende "toevoer-compressie-afmeet" -sectie is zeer geschikt voor dit proces en vezel-destructieve afschuiving kan worden verminderd door de compressieverhouding van de meetsectie te verminderen. Een compressieratio van 2: 1 meter is optimaal voor LFRT-producten. Het gebruik van speciale metaallegeringen voor de vervaardiging van schroeven, vaten en andere delen is niet nodig omdat LFRT-slijtage niet zo groot is als traditionele gehakte glasvezelversterkte thermoplasten.
Een ander apparaat dat kan profiteren van de ontwerpcontrole is het uiteinde van de nozzle. Sommige thermoplastische materialen zijn gemakkelijker te bewerken met een omgekeerde taps toelopende spuitmondpunt, die een hoge mate van afschuiving veroorzaakt wanneer het materiaal in de matrijsholte wordt geïnjecteerd. Dergelijke spuitmonduiteinden verminderen echter significant de vezellengte van langvezelige composieten. Het wordt daarom aanbevolen om een sleufmondstuk tip / klepassemblage van 100% "free flow" -ontwerp te gebruiken, waardoor lange vezels gemakkelijk door het mondstuk in het onderdeel kunnen gaan.
Bovendien moeten de diameter van het mondstuk en het gat van de poort een losse maat van 5,5 mm (0,250 in) of meer hebben en er is geen scherpe rand. Het is belangrijk om te begrijpen hoe het materiaal door de spuitgietapparatuur stroomt en te bepalen waar de afschuiving de vezels zal breken.
Ten tweede, ontwerp van onderdelen en matrijzen
Een goed ontwerp van onderdelen en matrijzen zijn ook nuttig voor het behoud van de vezellengte van LFRT. Het elimineren van de scherpe hoeken rond een deel van de rand (inclusief ribben, nokken en andere kenmerken) vermijdt onnodige spanning in het gegoten onderdeel en vermindert slijtage van de vezels.
De onderdelen moeten van een nominale wand zijn met een uniforme wanddikte. Grotere veranderingen in wanddikte kunnen resulteren in inconsistente verpakking en ongewenste vezeloriëntatie in het onderdeel. Wanneer de dikte dikker of dunner moet zijn, moeten plotselinge veranderingen in wanddikte worden vermeden om de vorming van gebieden met hoge afschuifkrachten te voorkomen die de vezels kunnen beschadigen en de bron van stressconcentratie kunnen worden. Meestal wordt geprobeerd de poort in de dikkere wand te openen en naar het dunne gedeelte te stromen, waarbij het uiteinde van de vulling in het dunne gedeelte blijft.
Het algemene principe van een goed ontwerp van kunststof suggereert dat het behouden van een wanddikte van minder dan 4 mm (0,160 in) een goede en uniforme doorstroming zal bevorderen en de mogelijkheid van putten en holtes zal verminderen. Voor LFRT-compounds is de optimale wanddikte meestal ongeveer 3 mm (0.120 in) en de minimale dikte is 2 mm (0.080 in). Wanneer de wanddikte minder is dan 2 mm, neemt de waarschijnlijkheid van het breken van de vezels na het binnentreden van de matrijs toe.
Onderdelen zijn slechts één aspect van het ontwerp en het is ook belangrijk om te overwegen hoe het materiaal in de mal terechtkomt. Wanneer de geleiders en poorten het materiaal in de holte geleiden, kan een grote hoeveelheid vezelschade optreden in deze gebieden als ze niet op de juiste manier zijn ontworpen.
Bij het ontwerpen van een vorm voor het vormen van een LFRT-verbinding is de volledige straalgeleider optimaal met een minimale diameter van 5,5 mm (0,250 in). In aanvulling op het volledige kanaal, heeft elke andere vorm van stromingskanaal scherpe hoeken, wat de spanning tijdens het vormingsproces zal verhogen en het versterkende effect van de glasvezel zal vernietigen. Hotrunnersystemen met open uitlopers zijn acceptabel.
De minimale dikte van de poort moet 2 mm (0.080in) zijn. Plaats de poort indien mogelijk langs een rand die de materiaalstroom in de holte niet belemmert. De poort op het oppervlak van het onderdeel moet 90 ° worden geroteerd om te voorkomen dat vezels breken en de mechanische eigenschappen verminderen.
Let ten slotte op de locatie van de fusielijnen en hoe deze het gebied beïnvloeden waar de onderdelen worden blootgesteld aan belasting (of spanning) wanneer ze worden gebruikt. De fusielijn moet worden verplaatst naar een gebied waar het stressniveau naar verwachting lager zal zijn door een rationele lay-out van de poort.
Analyse van computervullingen kan helpen bepalen waar deze fusielijnen zich bevinden. Structurele eindige-elementenanalyse (FEA) kan worden gebruikt om de locatie van hoge spanning en de locatie van de samenvloeiingslijn te vergelijken, zoals bepaald in de vullingsanalyse.
Opgemerkt moet worden dat deze onderdelen en vormontwerpen slechts aanbevelingen zijn. Er zijn veel voorbeelden van componenten met dunne wanden, wanddiktevariaties en fijne of fijne kenmerken die LFRT-verbindingen gebruiken om goede prestaties te bereiken. Hoe verder echter deze aanbevelingen, hoe meer tijd en moeite het kost om ervoor te zorgen dat de voordelen van de technologie voor lange vezels worden gerealiseerd.
Ten derde, verwerkingsvoorwaarden
Verwerkingsomstandigheden zijn de sleutel tot het succes van LFRT. Zolang de juiste verwerkingscondities worden gebruikt, is het mogelijk om een spuitgietmachine voor algemeen gebruik en een goed ontworpen mal voor het vervaardigen van LFRT-onderdelen te gebruiken. Met andere woorden, zelfs met de juiste apparatuur en het ontwerp van de matrijs kan de vezellengte lijden als slechte verwerkingscondities worden gebruikt. Dit vereist inzicht in wat de vezel zal tegenkomen tijdens het vormingsproces en het identificeren van gebieden die overmatige vezelschaar veroorzaken.
Controleer eerst de tegendruk. Hoge tegendruk introduceert een grote schuifkracht op het materiaal die de vezellengte zal verminderen. Overweeg om vanaf nul tegendruk te beginnen en deze alleen maar te verhogen totdat de schroef gelijkmatig is teruggetrokken tijdens het toevoerproces. Gebruik van een tegendruk van 1,5 tot 2,5 bar (20 tot 50 psi) is meestal voldoende om consistente voeding te verkrijgen.
Hoge schroefsnelheid heeft ook een negatief effect. Hoe sneller de schroef roteert, hoe groter de kans dat het vaste en niet-gesmolten materiaal de schroefcompressiesectie binnendringt en vezelschade veroorzaakt. Vergelijkbaar met de aanbevelingen voor tegendruk, moet deze zo snel mogelijk worden bewaard om het minimum te stabiliseren dat nodig is om de schroef te vullen. Bij het vormen van LFRT-verbindingen zijn schroefsnelheden van 30 tot 70 r / min gebruikelijk.
Bij het spuitgietproces vindt het smelten plaats door twee factoren die samen werken: afschuiving en hitte. Omdat het doel is om de lengte van de vezel in de LFRT te beschermen door afschuiving te verminderen, is meer warmte nodig. Volgens het harssysteem is de temperatuur van de bewerkte LFRT-verbinding gewoonlijk 10-30 ° C hoger dan die van de conventionele gevormde verbinding.
Alvorens de vattemperatuur de hele tijd te verhogen, moet u echter letten op de omkering van de vattemperatuurverdeling. Normaal stijgt de vattemperatuur als het materiaal van de trechter naar de spuitmond beweegt, maar voor de LFRT wordt aanbevolen dat de temperatuur hoger is in de vultrechter. De omkering van de temperatuurverdeling maakt het mogelijk dat de LFRT-pellets week worden en smelten voordat zij de hoge-schuifschroefcompressiesectie binnengaan, waardoor het behoud van de vezellengte wordt vergemakkelijkt.
