Termoplastik yang diperkuat serat panjang (LFRT) digunakan untuk aplikasi cetak injeksi dengan sifat mekanik yang tinggi. Meskipun teknologi LFRT dapat memberikan kekuatan, kekakuan, dan sifat dampak yang baik, pemrosesan bahan ini memainkan peran penting dalam menentukan bagaimana bagian akhir dapat melakukan.
Agar berhasil membentuk LFRT, Anda perlu memahami beberapa fitur uniknya. Memahami perbedaan antara LFRT dan termoplastik yang diperkuat secara konvensional telah mendorong pengembangan peralatan, desain, dan teknologi pemrosesan untuk memaksimalkan nilai dan potensi LFRT.
Perbedaan antara LFRT dan serat cincang tradisional yang diperkuat serat gelas pendek terletak pada panjang serat. Dalam LFRT, panjang serat sama dengan panjang pelet. Hal ini karena sebagian besar LFRT diproduksi oleh pultrusion daripada peracunan jenis geser.
Dalam pembuatan LFRT, untaian berkelanjutan dari roving serat kaca pertama kali ditarik ke dalam cetakan untuk pelapisan dan impregnasi resin. Setelah keluar dari dadu, strip kontinyu dipotong atau dipeletisasi, biasanya dipotong hingga panjang 10-12mm. Sebaliknya, komposit serat kaca pendek tradisional hanya mengandung serat cincang yang panjangnya 3 hingga 4 mm, dan panjangnya lebih lanjut dikurangi menjadi kurang dari 2 mm pada ekstruder jenis geser.
Panjang serat dalam pelet LFRT membantu meningkatkan sifat mekanik LFRT - meningkatkan resistensi dampak atau ketangguhan sambil mempertahankan kekakuan. Selama serat disimpan panjang selama proses pencetakan, mereka akan membentuk "kerangka internal" yang menyediakan sifat mekanik yang luar biasa. Namun, proses pencetakan yang buruk dapat mengubah produk serat panjang menjadi bahan serat pendek. Jika panjang serat terganggu selama proses pencetakan, tidak mungkin untuk mendapatkan tingkat kinerja yang diperlukan.
Untuk mempertahankan panjang serat selama proses pencetakan LFRT, ada tiga aspek penting untuk dipertimbangkan: mesin cetak injeksi, bagian dan desain cetakan, dan kondisi pengolahan.
Pertama, tindakan pencegahan peralatan
Satu pertanyaan yang sering ditanyakan tentang pengolahan LFRT adalah apakah kita dapat menggunakan peralatan cetak injeksi yang ada untuk membentuk bahan-bahan ini. Dalam sebagian besar kasus, peralatan untuk membentuk komposit serat stapel juga dapat digunakan untuk membentuk LFRT. Meskipun peralatan pencetakan serat pendek yang khas memuaskan untuk sebagian besar komponen dan produk LFRT, beberapa modifikasi pada peralatan dapat lebih baik membantu mempertahankan panjang serat.
Sekerup universal dengan bagian "feed-compression-metering" yang khas sangat cocok untuk proses ini, dan serat-destruktif geser dapat dikurangi dengan mengurangi rasio kompresi dari bagian metering. Rasio kompresi segmen 2: 1 meter optimal untuk produk LFRT. Penggunaan paduan logam khusus untuk pembuatan sekrup, barel, dan bagian lain tidak diperlukan karena keausan LFRT tidak sebesar serat tradisional yang diperkuat serat kaca cincang.
Perangkat lain yang mungkin mendapat manfaat dari tinjauan desain adalah ujung nozzle. Beberapa bahan termoplastik lebih mudah untuk mesin dengan ujung nozzle meruncing terbalik, yang menciptakan tingkat tinggi geser sebagai bahan yang disuntikkan ke dalam rongga cetakan. Namun, tip nozzle seperti itu secara signifikan mengurangi panjang serat komposit serat panjang. Oleh karena itu direkomendasikan untuk menggunakan nosel ujung / katup nosel slotted dari 100% "aliran bebas" desain yang memungkinkan serat panjang dengan mudah melewati nosel ke dalam komponen.
Selain itu, diameter nozzle dan lubang gerbang harus memiliki ukuran longgar 5,5 mm (0,250 in) atau lebih, dan tidak ada tepi tajam. Penting untuk memahami bagaimana bahan mengalir melalui peralatan cetak injeksi dan untuk menentukan di mana geseran akan merusak serat.
Kedua, bagian dan desain cetakan
Bagian-bagian yang baik dan desain cetakan juga membantu dalam mempertahankan panjang serat LFRT. Menghilangkan sudut tajam di sekitar bagian tepi (termasuk tulang rusuk, bos dan fitur lainnya) menghindari tekanan yang tidak perlu di bagian yang dicetak dan mengurangi keausan serat.
Bagian harus dari desain dinding nominal dengan ketebalan dinding seragam. Perubahan ketebalan dinding yang lebih besar dapat menghasilkan pengemasan yang tidak konsisten dan orientasi serat yang tidak diinginkan di bagian. Di mana ketebalan harus lebih tebal atau lebih tipis, perubahan mendadak ketebalan dinding harus dihindari untuk menghindari pembentukan daerah geser tinggi yang dapat merusak serat dan menjadi sumber konsentrasi tegangan. Biasanya mencoba membuka gerbang di dinding yang lebih tebal dan mengalir ke bagian yang tipis, menjaga ujung pengisian di bagian yang tipis.
Prinsip umum desain plastik yang baik menunjukkan bahwa menjaga ketebalan dinding kurang dari 4 mm (0,160 in) akan meningkatkan aliran yang baik dan seragam dan mengurangi kemungkinan tenggelam dan void. Untuk senyawa LFRT, ketebalan dinding optimal biasanya sekitar 3 mm (0,120 in) dan ketebalan minimum adalah 2 mm (0,080 in). Ketika ketebalan dinding kurang dari 2 mm, probabilitas serat pecah setelah memasuki cetakan meningkat.
Bagian hanya satu aspek dari desain, dan juga penting untuk mempertimbangkan bagaimana material memasuki cetakan. Ketika pelari dan gerbang memandu material ke dalam rongga, sejumlah besar kerusakan serat dapat terjadi di area ini jika tidak dirancang dengan benar.
Saat merancang cetakan untuk membentuk senyawa LFRT, pelari radius penuh optimal dengan diameter minimum 5,5 mm (0,250 in). Selain saluran full-round, setiap bentuk lain dari saluran aliran akan memiliki sudut tajam, yang akan meningkatkan stres selama proses pembentukan dan menghancurkan efek penguat dari serat kaca. Sistem pelari panas dengan pelari terbuka dapat diterima.
Ketebalan minimum gerbang harus 2mm (0,080in). Jika memungkinkan, posisikan gerbang di sepanjang tepi yang tidak menghalangi aliran material ke dalam rongga. Gerbang pada permukaan bagian harus diputar 90 ° untuk mencegah inisiasi kerusakan serat dan menurunkan sifat mekanik.
Akhirnya, perhatikan lokasi garis peleburan dan bagaimana mereka mempengaruhi area di mana bagian-bagian tersebut dikenakan beban (atau stres) saat digunakan. Garis fusi harus dipindahkan ke area di mana tingkat stres diperkirakan lebih rendah oleh tata letak gerbang yang rasional.
Analisis pengisian komputer dapat membantu menentukan di mana garis fusi ini akan ditempatkan. Analisis elemen hingga struktural (FEA) dapat digunakan untuk membandingkan lokasi tekanan tinggi dan lokasi garis pertemuan sebagaimana ditentukan dalam analisis pengisian.
Perlu dicatat bahwa bagian-bagian ini dan desain cetakan hanya rekomendasi. Ada banyak contoh komponen yang memiliki dinding tipis, variasi ketebalan dinding, dan fitur halus atau halus yang menggunakan senyawa LFRT untuk mencapai kinerja yang baik. Namun, semakin jauh dari rekomendasi ini, semakin banyak waktu dan upaya yang diperlukan untuk memastikan bahwa manfaat penuh teknologi serat panjang terwujud.
Ketiga, kondisi pemrosesan
Kondisi pemrosesan adalah kunci keberhasilan LFRT. Selama kondisi pengolahan yang benar digunakan, adalah mungkin untuk menggunakan mesin cetak injeksi tujuan umum dan cetakan yang dirancang dengan baik untuk menyiapkan komponen LFRT. Dengan kata lain, bahkan dengan peralatan yang tepat dan desain cetakan, panjang serat dapat menderita jika kondisi pemrosesan yang buruk digunakan. Ini membutuhkan pemahaman apa yang akan dihadapi serat selama proses pencetakan dan mengidentifikasi area yang akan menyebabkan geseran serat berlebih.
Pertama, pantau tekanan balik. Tekanan balik tinggi memperkenalkan gaya geser besar pada material yang akan mengurangi panjang serat. Mempertimbangkan mulai dari tekanan balik nol dan hanya meningkatkannya sampai sekrup ditarik secara merata selama proses pemberian makan, menggunakan tekanan balik 1,5 hingga 2,5 bar (20 hingga 50 psi) biasanya cukup untuk mendapatkan makanan yang konsisten.
Kecepatan sekrup tinggi juga memiliki efek buruk. Semakin cepat sekrup berputar, semakin besar kemungkinan material yang padat dan tidak dilas akan memasuki bagian kompresi sekrup dan menyebabkan kerusakan serat. Serupa dengan rekomendasi untuk tekanan balik, harus dijaga secepat mungkin untuk menstabilkan minimum yang diperlukan untuk mengisi sekrup. Ketika membentuk senyawa LFRT, kecepatan ulir 30 hingga 70 r / menit adalah umum.
Dalam proses pencetakan injeksi, peleburan terjadi melalui dua faktor yang bertindak bersama: geser dan panas. Karena tujuannya adalah untuk melindungi panjang serat di LFRT dengan mengurangi geser, lebih banyak panas akan dibutuhkan. Menurut sistem resin, suhu senyawa LFRT yang diproses biasanya 10-30 ° C lebih tinggi daripada senyawa cetak konvensional.
Namun, sebelum hanya menaikkan suhu barel sepanjang waktu, perhatikan pembalikan distribusi temperatur laras. Biasanya, suhu barel naik saat material bergerak dari hopper ke nozzle, tetapi untuk LFRT direkomendasikan agar suhu lebih tinggi pada hopper. Pembalikan distribusi temperatur memungkinkan pelet LFRT untuk melunak dan meleleh sebelum memasuki bagian kompresi sekrup geser tinggi, sehingga memudahkan retensi panjang serat.
