Nhựa nhiệt dẻo được gia cố bằng sợi dài (LFRTs) đang được sử dụng cho các ứng dụng ép phun hiệu năng cao. Mặc dù công nghệ LFRT cung cấp sức mạnh, độ cứng và tính năng tác động tốt, việc xử lý vật liệu này đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định thành tích nào mà phần cuối cùng có thể đạt được.
Để hình thành thành công LFRT, cần phải hiểu một số đặc điểm độc đáo của chúng. Hiểu được sự khác nhau giữa LFRT và các loại nhựa nhiệt dẻo truyền thống đã thúc đẩy sự phát triển của thiết bị, công nghệ thiết kế và chế tạo để tối đa hoá giá trị và tiềm năng của LFRT.
Sự khác biệt giữa LFRT và vật liệu composite được gia công bằng sợi thủy tinh cắt nhỏ truyền thống nằm ở chiều dài của sợi. Trong LFRT, độ dài của sợi là giống như độ dài của viên. Điều này là do hầu hết các LFRTs được sản xuất bởi pultrusion chứ không phải là kết hợp phức tạp. Trong sản xuất LFRT, việc kéo sợi liên tục bằng sợi thủy tinh lần đầu tiên được kéo vào khuôn được phủ và ngâm tẩm bằng nhựa. Sau khi ra khỏi cái chết, các dải liên tục gia cố nhựa được cắt nhỏ hoặc viên, thường Cắt cho chiều dài 10 ~ 12mm. Ngược lại, các vật liệu sợi thủy tinh ngắn truyền thống chỉ chứa các sợi nhỏ xát có chiều dài từ 3 đến 4 mm và chiều dài còn nhỏ hơn dưới 2 mm đối với máy ép đùn kiểu cắt.
LFRT thường được chuẩn bị bằng quá trình pultrusion, ngâm tẩm các bó sợi thủy tinh liên tục với nhựa, và sau đó cắt chúng thành các viên dài. Chiều dài sợi thủy tinh bằng với chiều dài của viên.
Chiều dài sợi trong viên LFRT giúp cải thiện các tính chất cơ học của LFRT - tăng khả năng chống va đập hoặc độ cứng trong khi vẫn duy trì độ cứng. Miễn là các sợi giữ lại chiều dài của chúng trong quá trình hình thành, chúng tạo thành một bộ xương "nội bộ" cung cấp các đặc tính cơ học tuyệt vời. Tuy nhiên, một quá trình đúc không thành công có thể biến các sản phẩm sợi dài thành các vật liệu sợi ngắn. Nếu chiều dài sợi bị tổn hại trong quá trình hình thành, không thể đạt được mức yêu cầu.
Hình trước và sau khi phân hủy bằng nhiệt cho các bộ phận đúc phun. Màu ánh sáng là bộ xương bên trong được hình thành bởi các sợi dài sau khi chất nhựa cháy, và bộ xương giữ lại hình dạng của bộ phận. Để duy trì chiều dài sợi trong quá trình đúc khuôn LFRT, có ba khía cạnh quan trọng cần lưu ý: máy đúc khuôn, thiết kế một phần và khuôn mẫu và điều kiện chế biến.
01 Các biện pháp phòng ngừa thiết bị
Một câu hỏi thường gặp về chế biến LFRT là liệu chúng ta có thể định hình các vật liệu này bằng cách sử dụng thiết bị ép phun hiện có hay không. Trong phần lớn các trường hợp, thiết bị tạo thành vật liệu sợi xơ staple cũng có thể được sử dụng để định hình LFRTs. Mặc dù các thiết bị ép sợi cơ bản điển hình là thỏa đáng cho hầu hết các bộ phận và sản phẩm LFRT, một số sửa đổi thiết bị tốt hơn có thể giúp duy trì chiều dài sợi.
Một loại ốc vít phổ quát với một bộ đo "feed-compression-metering" điển hình là lý tưởng cho quá trình này, và cắt giảm sợi có thể được giảm bằng cách giảm tỉ số nén của phần đo. Tỷ lệ nén bộ phận đo khoảng 2: 1 là tốt nhất cho các sản phẩm LFRT. Sản xuất ốc vít, thùng và các thành phần khác từ hợp kim kim loại đặc biệt là không cần thiết vì LFRT mòn không lớn bằng sợi thủy tinh gia cố bằng sợi thủy tinh.
Một thiết bị khác có thể có lợi từ việc xem xét thiết kế là đầu vòi phun. Một số chất dẻo được dễ dàng hơn để tip với một vòi phun ngược nón tạo ra một mức độ cao của cắt khi vật liệu được tiêm vào khoang khuôn. Tuy nhiên, đầu vòi phun này có thể làm giảm đáng kể chiều dài sợi của sợi tổng hợp dài. Do đó, bạn nên sử dụng bộ phận dẫn / van vòi rãnh "chảy tự do" có lưu lượng 100% cho phép dễ dàng tiếp cận các sợi dài qua vòi phun. Ngoài ra, đường kính của lỗ phun và lỗ cổng phải là 5.5mm (0.250in) hoặc lớn hơn ở kích thước lỏng lẻo và không có cạnh sắc. Điều quan trọng là phải hiểu cách thức vật liệu chảy qua thiết bị đúc phun và khi xác định rằng việc cắt sẽ làm hỏng sợi.
02 Bộ phận và thiết kế khuôn mẫu
Thiết kế phần và khuôn tốt cũng giúp giữ chiều dài sợi của LFRT. Loại bỏ những góc sắc nét xung quanh một phần của mép, bao gồm cả xương sườn, đầu súc và các tính năng khác, tránh những căng thẳng không cần thiết trong phần đúc khuôn và giảm sự mài mòn sợi. Các bộ phận phải được thiết kế tường vách đồng đều. Sự thay đổi lớn về độ dày của tường dẫn đến việc đổ đầy không đồng đều và hướng sợi không mong muốn ở phần này. Trường hợp cần dày hơn hoặc mỏng hơn, cần tránh thay đổi đột ngột độ dày của tường để tránh sự hình thành các vùng có lực cắt cao có thể làm hỏng sợi và trở thành nguồn gây căng thẳng. Thường cố gắng mở cổng trong bức tường dày hơn, và chảy xuống phần mỏng, đầu đầy sẽ được giữ trong phần mỏng. Hướng dẫn thiết kế nhựa thông thường cho thấy rằng giữ cho bề dày dưới 4 mm (0.160 in) sẽ thúc đẩy tốt, dòng chảy đồng đều và giảm khả năng trầm cảm và khoảng trống. Đối với các phức hợp LFRT, độ dày tối ưu của tường thường khoảng 3 mm (0.120 in) và độ dày tối thiểu là 2 mm (0.080 in). Khi độ dày của tường nhỏ hơn 2 mm, xác suất phá vỡ sợi của vật liệu sau khi nhập khuôn được tăng lên.
Các bộ phận chỉ là một khía cạnh của thiết kế và điều quan trọng là phải cân nhắc việc vật liệu xâm nhập vào khuôn như thế nào. Khi chạy và cửa dẫn vật liệu vào khoang, một lượng đáng kể của sự thất bại sợi có thể xảy ra ở những khu vực này mà không có thiết kế phù hợp.
Khi thiết kế một khuôn được sử dụng để làm khuôn các hợp chất LFRT, một đường chạy phillet đầy đủ là tốt nhất, với đường kính tối thiểu là 5.5mm (0.250in). Ngoài runner toàn vòng, bất kỳ hình thức khác của runner sẽ có góc sắc nét, họ sẽ làm tăng căng thẳng trong quá trình đúc để làm suy yếu việc gia cố sợi thủy tinh. Hệ thống runner nóng với vận động mở có thể chấp nhận được. Độ dày tối thiểu của cổng phải là 2mm (0.080in). Nếu có thể, xác định vị trí cổng dọc theo cạnh mà không cản trở dòng chảy của vật liệu vào trong khoang. Xáo trộn trên bề mặt mặt sẽ yêu cầu quay 90 ° để tránh vỡ sợi và giảm tính chất cơ học. Cuối cùng, chú ý đến vị trí của các đường hàn và cách chúng ảnh hưởng đến khu vực dưới tải (hoặc căng thẳng) khi phần được sử dụng. Đường dây nóng chảy cần được chuyển đến khu vực mà mức độ căng thẳng được cho là thấp hơn bằng cách bố trí hợp lý cổng.
Computer Filling Analysis có thể giúp xác định vị trí các liên kết nóng chảy này. Phân tích phần tử hữu hạn kết cấu (FEA) có thể được sử dụng để so sánh vị trí của áp suất cao với vị trí của đường hợp lưu như được xác định trong quá trình phân tích. Cần lưu ý rằng các thành phần này và thiết kế khuôn mẫu chỉ là gợi ý. Có rất nhiều ví dụ về các thành phần có tường mỏng, độ dày khác nhau của tường và các tính năng tinh tế hoặc tinh vi đạt được hiệu suất tốt với vật liệu composite LFRT. Tuy nhiên, xa hơn những đề xuất này, càng có nhiều thời gian và nỗ lực để đảm bảo lợi ích đầy đủ của công nghệ sợi quang dài.
03 Thiết kế chế biến
Các điều kiện xử lý là chìa khóa cho sự thành công của LFRT. Chỉ cần sử dụng các điều kiện xử lý chính xác, bạn có thể sử dụng các máy đúc phun thông thường và các khuôn mẫu chuẩn bị thích hợp cho các thành phần LFRT được chuẩn bị. Nói cách khác, ngay cả với thiết bị và khuôn mẫu thích hợp, chiều dài sợi có thể bị ảnh hưởng nếu điều kiện chế biến nghèo được sử dụng. Điều này đòi hỏi sự hiểu biết các điều kiện mà sợi sẽ gặp trong quá trình hình thành và xác định khu vực sẽ gây ra quá nhiều xơ xơ.
Đầu tiên, theo dõi áp lực trở lại. Áp suất cao áp dụng lực cắt trên vật liệu, làm giảm chiều dài sợi. Xét rằng bắt đầu từ áp suất nén không và tăng nó chỉ để cho phép vít co lại đồng đều trong quá trình cho ăn, áp suất sau 1,5-2,5 bar (20-50 psi) thường đủ để đạt được thức ăn phù hợp.
Tốc độ vít cao cũng có tác dụng phụ. Vít càng xoay càng nhanh, càng có nhiều khả năng vật liệu rắn và không chảy vào phần nén của vít làm hỏng sợi. Tương tự với các khuyến nghị cho áp suất thấp, cố gắng giữ tốc độ quay ở mức thấp nhất yêu cầu để ổn định điền vào các ốc vít. Khi hình thành các phức hợp LFRT, tốc độ vít 30-70 r / phút là phổ biến.
Trong quá trình đúc, sự nóng chảy xảy ra thông qua hai yếu tố tương tác: cắt và nóng. Bởi vì mục tiêu là để bảo vệ độ dài của sợi trong LFRT bằng cách giảm cắt, cần nhiều nhiệt hơn. Tùy thuộc vào hệ thống nhựa, nhiệt độ mà hỗn hợp LFRT được xử lý thường cao hơn 10 đến 30 ° C so với các hợp chất đúc thông thường.
Tuy nhiên, trước khi đơn giản chỉ cần tăng nhiệt độ trụ, chú ý đến sự đảo ngược của việc phân bố nhiệt độ thùng. Thông thường, nhiệt độ thùng tăng lên khi vật liệu di chuyển từ phễu đến vòi phun, nhưng đối với LFRT, nên có nhiệt độ cao hơn ở phễu. Sự phân bố nhiệt độ đảo ngược làm mềm và tan các viên LFRT trước khi vào phần nén nén trục vít cao, do đó tạo điều kiện cho việc giữ chiều dài sợi.
Ghi chú cuối cùng về chế biến bao gồm việc sử dụng vật liệu dự phòng. Mài một phần đúc khuôn hoặc vòi phun thường dẫn đến chiều dài sợi thấp hơn, do đó việc bổ sung vật liệu dự phòng có thể ảnh hưởng đến chiều dài sợi. Để không làm giảm đáng kể các tính chất cơ học, nên để trả lại số tiền tối đa của vật liệu là 5%. Một lượng lớn vật liệu tái chế sẽ có tác động tiêu cực đến các tính chất cơ học như độ bền va đập.
