Els termoplàstics reforçats de fibra llarga (LFRT) s'estan utilitzant per a aplicacions d'emmotllament per injecció amb altes propietats mecàniques. Encara que la tecnologia LFRT pot proporcionar una bona resistència, rigidesa i propietats d'impacte, el processament d'aquest material juga un paper important en la determinació de com es pot realitzar la part final.
Per tal de configurar LFRT amb èxit, cal comprendre algunes de les seves característiques úniques. La comprensió de les diferències entre el LFRT i els termoplàstics reforçats convencionals ha impulsat el desenvolupament d'equips, disseny i tecnologies de processament per maximitzar el valor i el potencial de la LFRT.
La diferència entre el LFRT i els composites tradicionals reforçats de fibra de vidre trossejats es troba en la longitud de les fibres. A LFRT, la longitud de la fibra és igual que la longitud del pellet. Això és degut a que la majoria dels LFRT són produïts per pultrusió en comptes de compostos de tipus tallant.
En la fabricació de LFRT, els filaments continus de rovat de fibra de vidre es dibuixen per primera vegada en una mina per al recobriment i la impregnació de la resina. Després de sortir de la matriu, les tires continues es tallen o es pelletitzen, en general es talla a una llargada de 10-12mm. Per contra, els composites tradicionals de fibra de vidre curts només contenen fibres picades de 3 a 4 mm de longitud, i la seva longitud es redueix encara més a menys de 2 mm en extrusores de cisalla.
La longitud de la fibra en els grànuls LFRT ajuda a millorar les propietats mecàniques de la LFRT: major resistència a l'impacte o resistència mentre es manté la rigidesa. Mentre les fibres es mantenen llargues durant el procés d'emmotllament, formaran un "esquelet intern" que proporcionarà propietats mecàniques excel·lents. No obstant això, un procés d'emmotllament dolent pot convertir els productes de fibra llargs en materials de fibra curts. Si la longitud de la fibra està compromesa durant el procés de modelat, no és possible obtenir el nivell de rendiment requerit.
Per mantenir la longitud de la fibra durant el procés de modelat LFRT, hi ha tres aspectes importants a considerar: màquina d'emmotllament per injecció, disseny de motlle i motlle, i condicions de processament.
En primer lloc, les precaucions dels equips
Una pregunta que sovint es fa sobre el processament LFRT és si podem utilitzar equips d'emmotllament per injecció per formar aquests materials. En la gran majoria dels casos, també es poden utilitzar equips per a la formació de composites de fibra bàsica per formar LFRT. Tot i que els equips típics d'emmotllament per fibra curta són satisfactoris per a la majoria de peces i productes LFRT, algunes modificacions dels equips poden ajudar a mantenir la longitud de la fibra.
Un cargol universal amb una típica secció "alimentació-compressió-mesura" és molt adequat per a aquest procés, i es pot reduir el cisallament destructiu mitjançant la reducció de la relació de compressió de la secció de mesura. Una relació de compressió del segment de 2: 1 metres és òptima per als productes LFRT. L'ús d'aliatges metàl·lics especials per a la fabricació de cargols, barrils i altres peces no és necessari perquè el desgast LFRT no és tan gran com el termoplàstic tradicional reforçat amb fibra de vidre picada.
Un altre dispositiu que pot beneficiar-se de la revisió del disseny és la punta del filtre. Alguns materials termoplàstics són més fàcils de mecanitzar amb una punta de boix inversa cònic, que crea un alt grau de cisalla a mesura que el material s'injecta a la cavitat del motlle. Tanmateix, aquests consells de tovera redueixen significativament la longitud de la fibra de composites de fibra llarga. Per tant, es recomana utilitzar un conjunt de vàlvules ranurat / vàlvula amb disseny 100% de "flux lliure" que permeti que les fibres llargues passin fàcilment el filtre cap al component.
A més, el diàmetre del broquet i el forat de la porta han de tenir una grandària suau de 5,5 mm (0,250 in) o més, i no hi ha vora tallant. És important comprendre com flueix el material a través dels equips d'emmotllament per injecció i per determinar on es trencarà el trencament de les fibres.
Segon, peces i motlle de disseny
Les bones peces i el disseny del motlle també són útils per mantenir la longitud de la fibra de LFRT. L'eliminació de les cantonades afilades al voltant d'una part de la vora (incloses les costelles, patrons i altres característiques) evita l'estrès innecessari en la part modelada i redueix el desgast de la fibra.
Les peces han de ser de paret nominal amb un gruix uniforme de paret. Els canvis més grans en el gruix de la paret poden provocar un embalatge inconsistent i una orientació de la fibra no desitjada a la peça. Quan el gruix ha de ser més gruixut o més prim, cal evitar canvis sobtats en el gruix de la paret per evitar la formació de zones de tall elevat que puguin danyar les fibres i convertir-se en la font de concentració d'estrès. En general, es tracta d'obrir la porta a la paret més gruixuda i anar a la part prima, mantenint l'extrem d'ompliment a la part prima.
El principi general del bon disseny de plàstic suggereix que mantenir un gruix de paret inferior a 4 mm (0,160 in) promourà un flux bo i uniforme i reduirà la possibilitat d'embornals i buits. Per als compostos LFRT, el gruix de la paret òptim sol ser d'uns 3 mm (0.120 in) i el gruix mínim és de 2 mm (0.080 in). Quan el gruix de la paret és inferior a 2 mm, augmenta la probabilitat de trencar les fibres després d'entrar al motlle.
Les peces són només un aspecte del disseny, i també és important considerar com el material entra al motlle. Quan els corredors i les portes guien el material a la cavitat, es pot produir una gran quantitat de danys en les fibres en aquestes zones si no es dissenyen correctament.
Al dissenyar un motlle per formar un compost LFRT, el corredor de radi total és òptim amb un diàmetre mínim de 5,5 mm (0,250 in). A més del canal complet, qualsevol altra forma de canal de flux tindrà racons forts, que augmentarà l'estrès durant el procés de conformació i destruirà l'efecte de reforç de la fibra de vidre. Els sistemes de corredors calents amb corredors oberts són acceptables.
El gruix mínim de la porta ha de ser de 2 mm (0.080 in). Si és possible, col·loqueu la porta al llarg d'una vora que no obstrueixi el flux de material a la cavitat. La porta a la superfície de la peça haurà de ser girada 90 ° per evitar l'arrencada de la fibra i degradar les propietats mecàniques.
Finalment, fixeu-vos en la ubicació de les línies de fusió i com afecten l'àrea on les parts estan subjectes a càrrega (o estrès) quan s'utilitzen. La línia de fusió s'ha de traslladar a una àrea on es preveu que el nivell d'estrès sigui inferior per un disseny racional de la porta.
L'anàlisi d'ompliment d'ordinador pot ajudar a determinar on es localitzaran aquestes línies de fusió. L'anàlisi d'elements finits estructurals (FEA) es pot utilitzar per comparar la ubicació de l'estrès elevat i la ubicació de la línia de confluència, tal com es determina en l'anàlisi d'ompliment.
Cal assenyalar que aquestes peces i dissenys de motlles només són recomanacions. Hi ha molts exemples de components que tenen parets primes, variacions de gruix de la paret i característiques fines o fines que utilitzen compostos LFRT per aconseguir un bon rendiment. Tanmateix, a part d'aquestes recomanacions, més temps i esforç es necessiten per garantir que es compleixin els beneficis de la tecnologia de fibra llarga.
Tercer, condicions de processament
Les condicions de procés són la clau de l'èxit de la LFRT. Mentre s'utilitzin les condicions de processament correctes, és possible utilitzar una màquina d'emmotllament per injecció de propòsit general i un motlle adequadament dissenyat per preparar peces LFRT. Dit d'una altra manera, fins i tot amb un equip adequat i el disseny del motlle, la longitud de la fibra pot patir si es fan servir condicions de processament insuficients. Això requereix comprendre què trobarà la fibra durant el procés d'emmotllament i identificar àrees que provoquin un cisallament excessiu de fibres.
Primer, monitorear la pressió posterior. La contrapressió alta introdueix una gran força de tall al material que reduirà la longitud de la fibra. Tenint en compte que, a partir de la pressió zero i només augmentant-la fins que el cargol es retiri uniformement durant el procés d'alimentació, l'ús d'una contrapresió d'entre 1,5 i 2,5 bar (20 a 50 psi) sol ser suficient per obtenir una alimentació uniforme.
La velocitat del cargol alt també té un efecte advers. Com més ràpid gireu el cargol, més probable és que el material sòlid i sense fer entrar a la secció de compressió del cargol i causar danys a la fibra. De la mateixa manera que les recomanacions per a la pressió d'enrere, s'ha de mantenir el més ràpid possible per estabilitzar el mínim requerit per omplir el cargol. Quan es fabriquen compostos LFRT, les velocitats de cargol de 30 a 70 r / min són comuns.
En el procés d'emmotllament per injecció, la fusió es produeix a través de dos factors que actuen junts: cisallament i calor. Atès que l'objectiu és protegir la longitud de la fibra a la LFRT reduint el cisallament, es necessitarà més calor. Segons el sistema de resina, la temperatura del compost LFRT processat sol ser de 10 a 30ºC més que la del compost modelat convencional.
No obstant això, abans de pujar només la temperatura del bóta tot el temps, fixeu-vos en la inversió de la distribució de temperatura del barril. Normalment, la temperatura del barril augmenta a mesura que el material es mou des de la tremuja fins al filtre, però per a la LFRT es recomana que la temperatura sigui més elevada a la tremuja. La inversió de la distribució de temperatura permet que els grànuls LFRT es suavitzin i es fonen abans d'entrar a la secció de compressió de cargol de tall elevat, facilitant així la retenció de la longitud de la fibra.
