Τα θερμοπλαστικά ενισχυμένα με μεγάλες ίνες (LFRT) χρησιμοποιούνται για εφαρμογές χύτευσης με υψηλή απόδοση. Αν και η τεχνολογία LFRT παρέχει καλές αντοχές, ακαμψία και ιδιότητες πρόσκρουσης, η επεξεργασία αυτού του υλικού παίζει σημαντικό ρόλο στον προσδιορισμό της απόδοσης που μπορεί να επιτύχει το τελικό μέρος.
Προκειμένου να διαμορφωθεί με επιτυχία το LFRT, είναι απαραίτητο να κατανοηθούν μερικά από τα μοναδικά χαρακτηριστικά τους. Η κατανόηση των διαφορών μεταξύ LFRT και συμβατικών ενισχυμένων θερμοπλαστικών οδήγησε στην ανάπτυξη τεχνολογιών εξοπλισμού, σχεδιασμού και επεξεργασίας για τη μεγιστοποίηση της αξίας και του δυναμικού του LFRT.
Η διαφορά μεταξύ LFRT και παραδοσιακών ψιλοκομμένων σύνθετων υλικών που έχουν ενισχυθεί με υαλοβάμβακα, βρίσκεται στο μήκος της ίνας. Στο LFRT, το μήκος της ίνας είναι το ίδιο με το μήκος του σφαιριδίου. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι περισσότεροι LFRTs παράγονται με τη μέθοδο pultrusion και όχι με τη σύνθεσή τους. Στην κατασκευή LFRT, μια συνεχής δέσμη ράβδων από ίνες γυαλιού αρχικά τραβιέται σε μια μήτρα που πρόκειται να επενδυθεί και να εμποτιστεί με ρητίνη. Αφού βγαίνει από τη μήτρα, η συνεχής λωρίδα ενισχυτικού πλαστικού ψεκάζεται ή σφαιροποιείται, συνήθως Κόβεται σε μήκος 10-12 mm. Αντίθετα, τα συμβατικά σύνθετα σύνθετα σύνθετα υαλονήματα περιέχουν μόνο ψιλοκομμένες κλωστές μήκους 3 έως 4 mm, οι οποίες μειώνονται περαιτέρω σε μήκος σε λιγότερο από 2 mm σε εξωθητήρες τύπου διάτμησης.
Το LFRT συνήθως παρασκευάζεται με μια διαδικασία εξωθήσεως, εμποτίζει συνεχείς δέσμες υάλινων ινών με ρητίνη και στη συνέχεια κόβει τους σε μεγάλους σβώλους. Το μήκος των ινών γυαλιού είναι ίσο με το μήκος του σφαιριδίου.
Το μήκος ινών σε σφαιρίδια LFRT συμβάλλει στη βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων του LFRT - αυξημένη αντοχή σε κρούση ή αντοχή, διατηρώντας παράλληλα τη δυσκαμψία. Όσο οι ίνες διατηρούν το μήκος τους κατά τη διάρκεια της διαδικασίας διαμόρφωσης, σχηματίζουν ένα "εσωτερικό σκελετό" που παρέχει εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες. Ωστόσο, μια κακή διαδικασία χύτευσης μπορεί να μετατρέψει προϊόντα μακριών ινών σε σύντομα υλικά από ίνες. Εάν το μήκος της ίνας υποβαθμιστεί κατά τη διάρκεια της διαδικασίας διαμόρφωσης, δεν είναι δυνατόν να επιτευχθεί το απαιτούμενο επίπεδο απόδοσης.
Σχήμα πριν και μετά τη θερμική αποσύνθεση των χυτευμένων με έγχυση εξαρτημάτων. Το χρώμα του φωτός είναι ο εσωτερικός σκελετός που σχηματίζεται από τις μακρές ίνες μετά την καύση της ρητίνης και ο σκελετός διατηρεί το σχήμα του τμήματος. Προκειμένου να διατηρηθεί το μήκος των ινών κατά τη χύτευση LFRT, υπάρχουν τρεις σημαντικές πτυχές που πρέπει να εξεταστούν: μηχανή χύτευσης με έγχυση, σχεδιασμός μέρους και καλουπιού και συνθήκες επεξεργασίας.
01 Προφυλάξεις εξοπλισμού
Μια συχνή ερώτηση σχετικά με την επεξεργασία LFRT είναι κατά πόσον είναι δυνατόν να διαμορφώσουμε αυτά τα υλικά χρησιμοποιώντας τον υπάρχοντα εξοπλισμό χύτευσης με έγχυση. Στη συντριπτική πλειονότητα των περιπτώσεων, μπορεί να χρησιμοποιηθεί εξοπλισμός για τη διαμόρφωση σύνθετων ινών συνθετικών ινών για τον σχηματισμό LFRTs. Ενώ ο τυπικός εξοπλισμός χύτευσης των συρραπτικών ινών είναι ικανοποιητικός για τα περισσότερα εξαρτήματα και προϊόντα LFRT, ορισμένες τροποποιήσεις στον εξοπλισμό μπορεί να είναι καλύτερο για να συμβάλλουν στη διατήρηση του μήκους των ινών.
Μια καθολική βίδα με τυπική ενότητα "τροφοδοσίας-συμπίεσης-μέτρησης" είναι ιδανική για αυτή τη διαδικασία και η καταστροφική διάτμηση των ινών μπορεί να μειωθεί με τη μείωση του λόγου συμπίεσης του τμήματος μέτρησης. Ο λόγος συμπίεσης του τμήματος μέτρησης περίπου 2: 1 είναι ο καλύτερος για τα προϊόντα LFRT. Η κατασκευή βιδών, βαρελιών και άλλων εξαρτημάτων από ειδικά κράματα μετάλλων δεν είναι απαραίτητη επειδή η φθορά του LFRT δεν είναι τόσο μεγάλη όσο τα συμβατικά θερμοπλαστικά ενισχυμένα με ίνες υάλου.
Ένα άλλο κομμάτι του εξοπλισμού που μπορεί να ωφεληθεί από την ανασκόπηση του σχεδιασμού είναι η άκρη του ακροφυσίου. Ορισμένα θερμοπλαστικά είναι ευκολότερα ακραία με ένα ανεστραμμένο κωνικό ακροφύσιο που δημιουργεί υψηλό βαθμό διάτμησης καθώς το υλικό εισάγεται στην κοιλότητα του καλουπιού. Ωστόσο, αυτό το ακροφύσιο ακροφυσίου μπορεί να μειώσει σημαντικά το μήκος των ινών του σύνθετου υλικού μεγάλων ινών. Συνεπώς, συνιστάται να χρησιμοποιείτε ένα συγκρότημα άκρου / βαλβίδας ακροσωληνίου με "ελεύθερη ροή" 100% που επιτρέπει την εύκολη πρόσβαση μακριών ινών μέσω του ακροφυσίου. Επιπλέον, η διάμετρος των οπών του ακροφυσίου και των θυρών πρέπει να είναι 5.5mm (0.250in) ή περισσότερο σε χαλαρό μέγεθος και να μην έχει αιχμηρές άκρες. Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε πώς το υλικό ρέει μέσω του εξοπλισμού χύτευσης με έγχυση και όπου καθορίζεται ότι η διάτμηση θα σπάσει την ίνα.
02 Μέρη και σχεδιασμός καλουπιού
Ο καλός σχεδιασμός μέρους και καλουπιού συμβάλλει επίσης στη διατήρηση του μήκους των ινών του LFRT. Η εξάλειψη αιχμηρών γωνιών γύρω από το τμήμα της άκρης, συμπεριλαμβανομένων των πλευρών, των προεξοχών και άλλων χαρακτηριστικών, αποφεύγει περιττές καταπονήσεις στο διαμορφωμένο τμήμα και μειώνει τη φθορά των ινών. Τα εξαρτήματα πρέπει να είναι ομοιόμορφα σχεδιασμένα για το πάχος τοίχου. Μεγαλύτερες μεταβολές στο πάχος τοιχώματος έχουν ως αποτέλεσμα την ασυνεπή πλήρωση και τον ανεπιθύμητο προσανατολισμό των ινών στο τμήμα. Όπου είναι απαραίτητο παχύτερο ή λεπτότερο, πρέπει να αποφεύγονται οι απότομες μεταβολές στο πάχος των τοιχωμάτων για να αποφευχθεί ο σχηματισμός περιοχών υψηλής διάτμησης που μπορεί να βλάψουν τις ίνες και να αποτελέσουν πηγή συγκέντρωσης τάσεων. Συνήθως προσπαθήστε να ανοίξετε την πύλη στον παχύτερο τοίχο και να ρεύσετε στο λεπτό τμήμα, το άκρο πλήρωσης διατηρείται στο λεπτό τμήμα. Οι κοινές οδηγίες πλαστικού σχεδιασμού υποδεικνύουν ότι η διατήρηση του πάχους τοιχώματος κάτω από 4 mm (0.160 in) θα προάγει την καλή ομοιόμορφη ροή και θα μειώσει την πιθανότητα κατάθλιψης και κενών. Για τα σύμπλοκα LFRT, το βέλτιστο πάχος τοιχώματος είναι τυπικά περίπου 3 mm (0.120 in) και το ελάχιστο πάχος είναι 2 mm (0.080 in). Όταν το πάχος τοιχώματος είναι μικρότερο από 2 mm, αυξάνεται η πιθανότητα θραύσης της ίνας του υλικού μετά την είσοδο στο καλούπι.
Τα εξαρτήματα είναι μόνο μία πτυχή του σχεδιασμού και είναι επίσης σημαντικό να εξεταστεί πώς εισέρχεται το υλικό στο καλούπι. Όταν οι δρομείς και οι πύλες οδηγούν το υλικό στην κοιλότητα, μπορεί να παρουσιαστεί σημαντική ποσότητα αποτυχίας ινών σε αυτές τις περιοχές χωρίς κατάλληλο σχεδιασμό.
Κατά το σχεδιασμό ενός καλουπιού που χρησιμοποιείται για τη χύτευση ενώσεων LFRT, ο σφαιρικός δίσκος είναι ο καλύτερος, με ελάχιστη διάμετρο 5,5mm (0,250in). Εκτός από τον πλήρη γύρο δρομέα, οποιαδήποτε άλλη μορφή δρομέας θα έχει αιχμηρές γωνίες, θα αυξήσει την πίεση κατά τη διάρκεια της διαδικασίας χύτευσης για να υπονομεύσει την ενίσχυση από ίνες γυαλιού. Τα συστήματα θερμού δρομέα με ανοιχτούς δρομείς είναι αποδεκτά. Το ελάχιστο πάχος της θύρας πρέπει να είναι 2mm (0.080in). Αν είναι δυνατόν, εντοπίστε την πύλη κατά μήκος μιας ακμής που δεν εμποδίζει τη ροή υλικού μέσα στην κοιλότητα. Sprue στην επιφάνεια του εξαρτήματος θα απαιτήσει περιστροφή 90 ° για να αποφευχθεί η ρήξη της ίνας και να μειωθούν οι μηχανικές ιδιότητες. Τέλος, δώστε προσοχή στη θέση των γραμμών συγκόλλησης και πώς επηρεάζουν την περιοχή υπό φορτίο (ή στρες) όταν χρησιμοποιείται το τμήμα. Η γραμμή σύντηξης πρέπει να μετακινηθεί στην περιοχή όπου το επίπεδο πίεσης αναμένεται να είναι χαμηλότερο με μια εύλογη διάταξη της πύλης.
Η ανάλυση πλήρωσης υπολογιστή μπορεί να σας βοηθήσει να προσδιορίσετε πού βρίσκονται αυτές οι εύτηκτοι σύνδεσμοι. Η ανάλυση δομικού πεπερασμένου στοιχείου (FEA) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη σύγκριση της θέσης υψηλής τάσης με τη θέση της γραμμής συρροής όπως προσδιορίστηκε κατά την ανάλυση πλήρωσης. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι αυτά τα εξαρτήματα και τα σχέδια καλούπι είναι απλά προτάσεις. Υπάρχουν πολλά παραδείγματα εξαρτημάτων που έχουν λεπτούς τοίχους, ποικίλα πάχη τοιχώματος και λεπτά ή λεπτά χαρακτηριστικά που επιτυγχάνουν καλή απόδοση με σύνθετα υλικά LFRT. Ωστόσο, όσο πιο μακριά γίνεται από αυτές τις προτάσεις, τόσο περισσότερος χρόνος και προσπάθεια αφιερώνεται στην εξασφάλιση των πλήρων οφελών της τεχνολογίας μακρών ινών.
03 Σχεδιασμός επεξεργασίας
Οι συνθήκες επεξεργασίας αποτελούν το κλειδί για την επιτυχία του LFRT. Εφόσον χρησιμοποιούνται οι σωστές συνθήκες επεξεργασίας, είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθούν συμβατικές μηχανές χύτευσης με έγχυση και κατάλληλα παρασκευασμένα καλούπια για τα κατασκευασμένα συστατικά LFRT. Με άλλα λόγια, ακόμη και με τον κατάλληλο εξοπλισμό και σχεδιασμό καλουπιού, το μήκος της ίνας μπορεί να υποφέρει εάν χρησιμοποιούνται κακές συνθήκες επεξεργασίας. Αυτό απαιτεί κατανόηση των συνθηκών που θα συναντήσει η ίνα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας διαμόρφωσης και την αναγνώριση της περιοχής που θα προκαλέσει υπερβολική διάτμηση της ίνας.
Πρώτον, ελέγξτε την αντίθλιψη. Η υψηλή αντίθλιψη εισάγει σημαντικές διατμητικές δυνάμεις πάνω στο υλικό, γεγονός που μειώνει το μήκος των ινών. Λαμβάνοντας υπόψη ότι ξεκινώντας από την μηδενική αντίθλιψη και αυξάνοντάς την μόνο για να επιτρέψει την ομοιόμορφη σύμπτυξη της βίδας κατά τη διάρκεια της τροφοδοσίας, αρκεί συνήθως μια αντίθλιψη 1,5-2,5 bar (20-50 psi) για να επιτευχθεί μια σταθερή τροφοδοσία.
Η υψηλή ταχύτητα του κοχλία έχει επίσης δυσμενείς επιπτώσεις. Όσο ταχύτερα περιστρέφεται ο κοχλίας, τόσο πιο πιθανό είναι να εισέλθει το συμπαγές και μη αλεσμένο υλικό στο τμήμα συμπίεσης του κοχλία προκαλώντας βλάβη στην ίνα. Παρόμοια με τις συστάσεις για την αντίθλιψη, προσπαθήστε να κρατήσετε την ταχύτητα περιστροφής στο χαμηλότερο επίπεδο που απαιτείται για να γεμίσετε σταθερά τη βίδα. Κατά το σχηματισμό συμπλεγμάτων LFRT, οι ταχύτητες των κοχλιών είναι 30-70 r / min.
Κατά τη χύτευση με έγχυση, η τήξη γίνεται μέσω δύο αλληλεπιδρώντων παραγόντων: διάτμηση και θερμότητα. Επειδή ο στόχος είναι η προστασία του μήκους των ινών στο LFRT μειώνοντας τη διάτμηση, θα χρειαστεί περισσότερη θερμότητα. Ανάλογα με το σύστημα ρητίνης, η θερμοκρασία στην οποία υποβάλλεται το σύνθετο υλικό LFRT είναι τυπικά 10 έως 30 ° C υψηλότερη από τις συμβατικές ενώσεις χύτευσης.
Ωστόσο, προτού απλώς αυξήσετε τη θερμοκρασία του κυλίνδρου εντελώς, δώστε προσοχή στην αναστροφή της κατανομής θερμοκρασίας του κυλίνδρου. Τυπικά, η θερμοκρασία του βαρελιού αυξάνεται καθώς το υλικό μετακινείται από τη χοάνη στο ακροφύσιο, αλλά για το LFRT συνιστάται να υπάρχει υψηλότερη θερμοκρασία στη χοάνη. Η ανεστραμμένη κατανομή θερμοκρασίας μαλακώνει και λιώνει τα σφαιρίδια LFRT πριν από την είσοδο στο τμήμα συμπίεσης κοχλία υψηλής διάτμησης, διευκολύνοντας έτσι τη συγκράτηση μήκους ινών.
Η τελική σημείωση σχετικά με την επεξεργασία περιλαμβάνει τη χρήση εφεδρικού υλικού. Η άλεση ενός χυτευμένου τμήματος ή ακροφυσίου συνήθως έχει ως αποτέλεσμα μικρότερο μήκος ινών, έτσι ώστε η προσθήκη εφεδρικού υλικού μπορεί να επηρεάσει το συνολικό μήκος ινών. Προκειμένου να μην μειωθούν σημαντικά οι μηχανικές ιδιότητες, συνιστάται η επιστροφή της μέγιστης ποσότητας υλικού να είναι 5%. Μια υψηλότερη ποσότητα ανακυκλωμένου υλικού θα έχει αρνητικές επιπτώσεις στις μηχανικές ιδιότητες όπως η αντοχή στην κρούση.
