نکات کاربردی برای قالب گیری پلیمرهای تقویت شده با الیاف بلند

چهرووینگ های شیشه ای or الیاف شیشه کوتاه, فایبرگلاس اصلی or فیبرا د کربنبه ماتریس ترموپلاستیک اضافه می شوند، هدف اساساً بهبود خواص مکانیکی و ساختاری پلیمر است.تفاوت های زیادی بین دو روش اصلی تقویت ترموپلاستیک ها برای قالب گیری تزریقی وجود دارد، از نحوه ترکیب آنها با ماتریس پلیمری تا سطح عملکردی که می توانند ارائه دهند، و یکی از فرم های الیاف ممکن است بیشتر باشد، دیگری مناسب تر است، اما برای شکل دهنده، تفاوت اصلی بین الیاف کوتاه و بلند در درجه پردازش آنها است.

پردازش ترموپلاستیک های تقویت شده با الیاف بلند

هدف اصلی پردازش ترموپلاستیک های تقویت شده با الیاف بلند، حفظ طول الیاف است که برای بهینه سازی استحکام و چقرمگی بسیار مهم است.شکستن الیاف می تواند تأثیر منفی بر خواص کامپوزیت پلیمری داشته باشد و در نهایت ممکن است مزایای استفاده از نخ های الیاف شیشه را خنثی کند.جابجایی نامناسب و طراحی ابزار و قطعات معیوب، یا استفاده از تجهیزات پردازش یا تنظیمات بهینه نشده، می تواند منجر به شکستن فیبر شود.

بر خلاف پلاستیک های تقویت شده با الیاف خرد شده، مواد تقویت شده با الیاف بلند معمولاً به روش pultrusion ساخته می شوند.این فرآیند شامل کشش استشیشهs سرگردانآغشته به رزین ترموپلاستیک از طریق یک قالب مخصوص اشباع (به طوری که رزین بتواند به اطراف بپیچد و الیاف را بچسباند)، و سپس رشته های اکسترود شده را به گلوله برش دهد، الیاف در گلوله ها معمولاً 12 میلی متر هستند. و این طول برای قادر ساختن پلیمر برای انتقال موثر تنش به الیاف قوی‌تر حیاتی است.

هنگامی که از این گلوله ها برای قالب گیری تزریقی استفاده می شود، الیاف بلند در یک راستا قرار می گیرند و محکم می پیچند تا یک اسکلت داخلی را تشکیل دهند که استحکام و چقرمگی را فراهم می کند.در مقایسه با مواد پر شده با الیاف کوتاه، کامپوزیت های تقویت شده با الیاف بلند، آیاالیاف فایبرگلاسیا الیاف کربن، نسبت استحکام به وزن بالاتر، چقرمگی ضربه، عمر خستگی چرخه ای طولانی تر و مقاومت حرارتی گسترده تر و پایداری ابعادی بهتر را ارائه می دهند.

این مواد بادوام عملکرد ساختاری قابل مقایسه با فلز را ارائه می دهند، در عین حال سبک تر از فلز هستند و می توانند از مزایای راندمان پردازش قالب گیری تزریقی استفاده کنند.پارچه فیبر کربن 1kبه ویژه به عنوان جایگزین فلز ارزشمند است زیرا 70٪ سبک تر از فولاد و سبک تر از فولاد هستند.آلومینیوم 40 درصد سبک‌تر است، بنابراین کامپوزیت‌های تقویت‌شده با الیاف بلند می‌توانند برای تولید قطعات مورد نیاز در خودرو، کالاهای ورزشی، هوافضا، کالاهای مصرفی و تجهیزات صنعتی استفاده شوند.رزین های پایه معمولی شامل پلی آمید (PA یا نایلون)، پلی پروپیلن (PP)، پلی یورتان گرمانرم سخت (ETPU) و رزین های با دمای بالا مانند پلی اترترکتون (PEEK)، پلی فتالامید (PPA) و پلی آمید هستند.اتر ایمید (PEI) و غیره. در حالی که هر ترموپلاستیک را می توان با الیاف تقویت کرد، فقط برخی از آنها عملکرد بالاتری دارند زیرا تقویت بهتری دارند.به طور دقیق تر، رزین های نیمه کریستالی بهتر از رزین های آمورف توسط الیاف تقویت می شوند، به این معنی که سفتی و استحکام آنها حتی بیشتر می شود.

نقاط پردازش مواد تقویت شده با الیاف بلند

در مقایسه با رزین‌های پودری اصلاح نشده یا دانه‌ای، قالب‌گیری کامپوزیت‌های تقویت‌شده با الیاف بلند نیازمندی‌های خاصی در قالب‌ها، دروازه‌ها، تجهیزات قالب‌گیری و طراحی قطعات است.فرآیندهای مورد استفاده برای پردازش این مواد نیز با فرآیندهای پلیمرهای تقویت شده با الیاف کوتاه متفاوت است.

همانطور که قبلا ذکر شد، حفظ طول فیبر کلید موفقیت است.عواملی که می توانند باعث کوتاه شدن طول الیاف شوند عبارتند از فشار زیاد و برش ناشی از پیچ تزریق، و همچنین گوشه های تیز در سیستم قالب و رانر.برای حفظ طول فیبر، 3 نکته کلیدی پردازش وجود دارد که باید از آنها آگاه بود:

1. مواد قالب و طراحی

اگرچه الیاف بلند نسبت به الیاف کوتاه کمتر بر روی قالب ساییده می‌شوند، زیرا انتهای الیاف سوزنی‌مانند کمتری وجود دارد که بر قالب تأثیر می‌گذارد، همان نوع فولاد قالب هم برای پلیمرهای تقویت‌شده با الیاف بلند و هم برای پلیمرهای تقویت‌شده با الیاف کوتاه مناسب است. فولاد قالب P20 است که می تواند بیش از 100000 تزریق را به طور مداوم تحمل کند.در صورت نیاز به دوام بالاتر (بیش از 100000 سیکل تزریق)، فولاد کروم مولیبدن H13 یا فولاد سخت شده با هوا A9 انتخاب های بهتری هستند.به طور کلی، قالب های سخت شده بهترین انتخاب برای پردازش ترموپلاستیک های تقویت شده با الیاف هستند.برای قالب های فرسوده، می توان آنها را با استفاده از فناوری آبکاری بازسازی کرد.حتی اگر نمونه های اولیه برای تایید طرح باید تولید شوند، می توان از قالب های آلومینیومی استفاده کرد.

2. تجهیزات شکل دهی

ترموپلاستیک‌های تقویت‌شده با الیاف بلند را می‌توان با استفاده از تجهیزات قالب‌گیری تزریقی استاندارد و تنها با چند اصلاح غیر دائمی برای حفظ طول الیاف و ایجاد ویسکوزیته بالاتر پردازش کرد.یک پیچ فشار کم یا همه منظوره با یک حلقه غیرقابل بازگشت که جریان آزاد را در بالا ایجاد می کند توصیه می شود.می توان از نازل های همه منظوره استفاده کرد، اما از نازل های نایلونی باید اجتناب کرد زیرا شکل ساعت شنی آنها (طراحی شده برای جلوگیری از آبریزش آب) جریان را محدود می کند، ایجاد برش می کند و باعث ساییدگی الیاف می شود.نکته دیگر برای کاهش برش این است که از طراحی نازل مخروطی معکوس خودداری کنید.به طور کلی، سوراخ های نازل بزرگتر (حداقل 5.6 میلی متر) عبور رزین های تقویت شده با الیاف چسبناک را تسهیل می کند.

یک قانون کلی خوب برای هر دستگاه تزریق این است که فقط 60 تا 70 درصد حجم تزریق شود.اندازه شلیک بیش از حد زمان تنظیم مجدد را افزایش می دهد، در حالی که اندازه شلیک بسیار کم به این معنی است که مواد برای مدت طولانی تری در بشکه باقی می مانند و به طور بالقوه منجر به تخریب می شود.

3. شرایط پردازش

تا آنجا که به پردازش مربوط می شود، پرداختن به دو موضوع مهم است: تاب و خزش.به طور کلی، قطعات ترموپلاستیک تقویت شده با الیاف بلند تاب کمتری را تجربه می کنندفایبرگلاس رشته کوتاهبه دلیل اینکه سیم‌پیچ فیلامنت انقباض دیفرانسیل را کاهش می‌دهد، اما قطعات فیبر بلند قالب‌گیری شده با تزریق هنوز تغییر شکل می‌دهند، یکی از دلایل آن این است که الیاف در امتداد جهت جهت جریان دارند، در حالی که استحکام قطعه را افزایش می‌دهند، می‌توانند منجر به ناهمسانگردی شوند.برای جلوگیری از تاب برداشتن، می‌توان از مکان‌های دروازه یا طرح‌های قطعات جایگزین استفاده کرد تا از هم‌ترازی بیش از حد الیاف در مناطقی که برای تحمل بارهای سازه‌ای نیازی به استحکام بالایی ندارند، جلوگیری شود.

مزیت الیاف بلند را حفظ کنید

قالب‌گیری موفقیت‌آمیز کامپوزیت‌های تقویت‌شده با الیاف بلند نیازمند برخی اصلاحات در دستورالعمل‌های طراحی و پارامترهای پردازش قابل اعمال برای رزین‌های تقویت‌نشده و ترکیبات الیاف کوتاه است.برای استفاده حداکثری از تقویت کننده های الیاف بلند (که هزینه بیشتری نسبت به مواد پر نشده یاتقویت رشته های خرد شده فایبرگلاسبه دلیل عملکرد بالای آنها)، بهترین شیوه ها باید در طول فرآیند دنبال شوند.اگر الیاف بلند به دلیل جابجایی نادرست، طراحی قالب یا نصب نادرست تجهیزات شکسته یا ناهماهنگ شوند، مزایای استحکام بالا و چقرمگی بالا کاهش می یابد یا حتی از بین می رود.

#رووینگ های شیشه ای#الیاف شیشه کوتاه#پارچه فیبر کربن 1k#فایبرگلاس رشته کوتاه#تقویت رشته های خرد شده فایبرگلاس