Компания Xiamen LFT Composite Plastic Co., LTD была основана в 2009 году и является всемирно известным поставщиком термопластичных материалов, армированных длинным волокном, объединяющим исследования и разработки (НИОКР), производство и маркетинг сбыта. Наши продукты LFT прошли системную сертификацию ISO9001 и 16949 и получили множество национальных товарных знаков и патентов, охватывающих области автомобилестроения, военных запчастей и огнестрельного оружия, аэрокосмической промышленности, новой энергетики, медицинского оборудования, энергии ветра, спортивного оборудования и т. д.

Термопласты, армированные длинными волокнами (LFRT), используются для литья под давлением с высокими механическими характеристиками. Хотя технология LFRT обеспечивает хорошую прочность, жесткость и ударопрочность, способ обработки этого материала играет важную роль в определении того, какие свойства могут быть достигнуты в конечной детали.

Чтобы успешно формовать LFRT, важно понимать некоторые из их уникальных характеристик. Понимание различий между LFRT и обычными армированными термопластами привело к разработке оборудования, конструкции и методов обработки, чтобы максимизировать ценность и потенциал LFRT.

Разница между LFRT и обычными короткими композитами, армированными стекловолокном, заключается в длине волокон. В LFRT длина волокон равна длине гранул. Это связано с тем, что большая часть LFRT производится посредством процесса пултрузионного формования, а не смешивания сдвигом.

При производстве LFRT непрерывные жгуты нескрученной ровницы из стекловолокна сначала втягиваются в головку для покрытия и пропитки смолой, а после выхода из головки эта непрерывная полоса армирующего пластика либо обрезается, либо гранулируется, обычно до длины от 10 до 12 мм. Напротив, обычные короткие композиты из стекловолокна содержат только короткорезанные волокна длиной от 3 до 4 мм, длина которых обычно уменьшается до менее 2 мм в экструдере сдвига.

Длина волокна в гранулах LFRT помогает улучшить механические свойства LFRT – повышается ударопрочность или ударная вязкость при сохранении жесткости. Пока волокна сохраняют свою длину в процессе формования, они образуют «внутренний каркас», обеспечивающий превосходные механические свойства. Однако плохой процесс формования может превратить длинноволокнистый продукт в коротковолокнистый материал. Если длина волокон нарушена в процессе формования, невозможно достичь желаемого уровня производительности.

Чтобы сохранить длину волокна в процессе формования LFRT, необходимо учитывать три важных аспекта: машину для литья под давлением, конструкцию детали и пресс-формы и условия обработки.

I. Соображения относительно оборудования

Часто задаваемый вопрос о переработке LFRT заключается в том, можно ли формовать эти материалы с помощью имеющегося у нас оборудования для литья под давлением. В большинстве случаев оборудование, используемое для формования композитов из штапельного волокна, также можно использовать для формования LFRT, и, хотя стандартное оборудование для формования штапельного волокна подходит для большинства деталей и изделий LFRT, можно внести некоторые модификации в оборудование, чтобы лучше поддерживать длину волокна. .

Шнек общего назначения с типичной секцией «подача-сжатие-дозировка» хорошо подходит для этого процесса, а разрушающий сдвиг волокон можно уменьшить за счет снижения степени сжатия в дозирующей секции. Измеряемая степень сжатия приблизительно 2:1 является оптимальной для продуктов LFRT. Изготовление винтов, цилиндров и других компонентов из специальных металлических сплавов не требуется, поскольку LFRT не изнашивается так сильно, как обычные термопласты, армированные стекловолокном короткой резки.

Еще одним элементом оборудования, дизайн которого может быть полезен, является наконечник сопла. Некоторые термопластичные материалы легче обрабатывать с помощью наконечника сопла с обратным конусом, который создает высокую степень сдвига при впрыскивании материала в полость формы. Однако этот наконечник сопла может значительно уменьшить длину волокна длинноволокнистых композитов. Поэтому рекомендуется использовать щелевой узел наконечника сопла/клапана со 100%-ной конструкцией «свободного потока», которая позволяет длинным волокнам легко проходить через сопло в деталь.

Кроме того, сопла и отверстия в заслонках должны иметь диаметр не менее 5,5 мм (0,250 дюйма) и не иметь острых краев. Важно понять, как материал проходит через оборудование для литья под давлением, и определить, где сдвиг разрушает волокна.

II. Конструкция компонентов и пресс-форм

Хорошая конструкция деталей и пресс-форм также имеет большое значение для сохранения длины волокна LFRT. Устранение острых углов по краям деталей, включая ребра, выступы и другие элементы, позволяет избежать ненужных напряжений в формованной детали и уменьшить износ волокна.

Детали должны иметь номинальную конструкцию стенки с одинаковой и постоянной толщиной стенки. Большие различия в толщине стенок могут привести к неравномерному заполнению и нежелательной ориентации волокон в детали. Если детали должны быть толще или тоньше, избегайте резких изменений толщины стенок, чтобы избежать образования областей с высоким сдвигом, которые могут повредить волокна и стать источником концентрации напряжений. Обычно стараются открыть ворота в более толстой стенке и перетекают в более тонкую часть, оставляя конец заливки в более тонкой части.

Общие принципы хорошего пластикового дизайна предполагают, что сохранение толщины стенки менее 4 мм (0,160 дюйма) будет способствовать хорошему равномерному потоку и снизит вероятность образования вмятин и пустот. Для композитов LFRT оптимальная толщина стенки обычно составляет около 3 мм (0,120 дюйма) при минимальной толщине 2 мм (0,080 дюйма). При толщине стенки менее 2 мм материал имеет повышенную вероятность разрыва волокон при попадании в форму.

Деталь — это только один аспект дизайна; также важно учитывать, как материал входит в форму. Когда направляющие и литники направляют материал в полость, в этих областях может произойти значительное количество обрывов волокон без надлежащего проектирования.

При проектировании пресс-формы для формования композитов LFRT оптимальной является полностью закругленная направляющая с минимальным диаметром 5,5 мм (0,250 дюйма). Любая форма полозьев, кроме полностью закругленных полозьев, будет иметь острые углы, и они могут повредить армирование из стекловолокна, увеличивая напряжение в процессе формования. Приемлемы горячеканальные системы с открытыми заслонками.

Ворота должны иметь минимальную толщину 2 мм (0,080 дюйма). Если возможно, расположите заслонку вдоль края, который не препятствует потоку материала в полость. Ворота на поверхности детали необходимо будет повернуть на 90°, чтобы предотвратить возникновение разрывов волокон, которые могут ухудшить механические свойства.

Наконец, важно обратить внимание на положение линий сплавления и знать, как они влияют на области, которые будут подвергаться нагрузкам (или напряжениям) при использовании детали. Линии сварки должны быть перемещены в места, где ожидается более низкий уровень нагрузки за счет правильного расположения ворот.

Компьютерный анализ заполнения формы может помочь определить, где будут располагаться эти линии сплавления. Структурный анализ методом конечных элементов (МКЭ) можно использовать для сравнения мест высоких напряжений с положениями линий сплавления, выявленных при анализе заполнения формы.

Следует отметить, что эти конструкции деталей и пресс-форм являются только рекомендациями. Существует множество примеров деталей с тонкими стенками, разной толщиной стенок, тонкими или тонкими элементами, в которых для достижения хороших характеристик используются комплексы LFRT. Однако чем дальше человек отклоняется от этих рекомендаций, тем больше времени и усилий потребуется для реализации всех преимуществ LFRT.

III. Условия обработки

Условия обработки имеют решающее значение для успеха LFRT. При правильных условиях обработки можно изготовить хорошие детали LFRT, используя универсальную машину для литья под давлением и правильно спроектированную пресс-форму. Другими словами, даже при правильном оборудовании и конструкции пресс-формы длина волокна может быть снижена, если используются плохие условия обработки. Это требует понимания того, с чем волокна столкнутся в процессе формования, и определения областей, которые вызовут чрезмерный сдвиг волокон.

Во-первых, следите за обратным давлением. Высокое противодавление создает в материале большие силы сдвига, которые уменьшают длину волокна. Если начать с нулевого противодавления и увеличивать его только до точки, при которой шнек возвращается равномерно во время подачи, противодавление от 1,5 до 2,5 бар (от 20 до 50 фунтов на кв. дюйм) обычно достаточно для получения постоянной подачи.

Высокие скорости шнека также оказывают пагубное влияние. Чем быстрее вращается шнек, тем больше вероятность того, что твердые частицы и нерасплавленный материал попадут в секцию сжатия шнека, что приведет к повреждению волокна. Аналогично рекомендациям по обратному давлению, скорость должна поддерживаться как можно ниже до минимального уровня, необходимого для стабилизации заполненного шнека. Скорость шнека от 30 до 70 об/мин является обычной при формовании композитов LFRT.

Во время литья под давлением плавление происходит за счет двух факторов, которые действуют вместе: сдвига и тепла. Поскольку цель состоит в том, чтобы сохранить длину волокон в LFRT за счет уменьшения сдвига, потребуется больше тепла. В зависимости от системы смол температура, при которой обрабатываются компаунды LFRT, обычно будет на 10–30°C выше, чем у обычных формованных компаундов.

Однако, прежде чем просто увеличивать температуру ствола по всем направлениям, помните об обратном распределении температуры ствола. Как правило, температура ствола повышается по мере движения материала из бункера к соплу; однако для LFRT рекомендуются более высокие температуры в бункере. Инверсия распределения температуры вызывает размягчение и плавление гранулы LFRT перед тем, как она попадет в секцию сжатия шнека с высоким усилием сдвига, что способствует сохранению длины волокна.

Последнее замечание по обработке относится к использованию повторно использованного материала. Шлифовка формованных деталей или литников обычно приводит к уменьшению длины волокна, поэтому добавление повторно используемого материала может повлиять на общую длину волокна. Во избежание значительного ухудшения механических свойств рекомендуемое максимальное количество регенерируемого материала составляет 5%. Более высокие количества регенерата могут отрицательно сказаться на механических свойствах, таких как ударная вязкость.