يتم استخدام اللدائن الحرارية المقواة بالألياف الطويلة (LFRT) لتطبيقات التشكيل بالحقن ذات الخواص الميكانيكية العالية. على الرغم من أن تقنية LFRT يمكن أن توفر قوة جيدة ، وصلابة ، وخواص تأثير ، فإن معالجة هذه المواد تلعب دورًا مهمًا في تحديد كيفية أداء الجزء النهائي.
من أجل تشكيل LFRT بنجاح ، من الضروري فهم بعض ميزاتها الفريدة. وقد أدى فهم الاختلافات بين LFRT واللدائن الحرارية المقواة تقليديًا إلى تطوير تقنيات المعدات والتصميم والمعالجة لتحقيق أقصى قيمة وإمكانات LFRT.
الفرق بين LFRT والمركبات المقواة التقليدية المقواة بالألياف الزجاجية القصيرة يكمن في طول الألياف. في LFRT ، طول الألياف هو نفس طول بيليه. هذا لأن معظم LFRT يتم إنتاجه من قبل pultrusion بدلاً من تركيب نوع القص.
في عملية التصنيع LFRT ، يتم رسم خيوط متواصلة من ألياف الألياف الزجاجية في قالب للطلاء وتشريب الراتنج. بعد الخروج من القالب ، يتم تقطيع الألواح المتواصلة أو تحريكها ، وعادة ما يتم قصها بطول 10-12 مم. في المقابل ، تحتوي الألياف الزجاجية التقليدية المركبة فقط على ألياف متقطعة طولها 3 إلى 4 مم ، ويقل طولها إلى أقل من 2 مم عادةً في آلات بثق القص.
يساعد طول الألياف في كريات LFRT على تحسين الخواص الميكانيكية لـ LFRT - زيادة مقاومة الصدمة أو الصلابة مع الحفاظ على الصلابة. طالما يتم الاحتفاظ الألياف في طول خلال عملية الصب ، فإنها تشكل "هيكل عظمي داخلي" توفير خصائص ميكانيكية رائعة. ومع ذلك ، يمكن لعملية صب سيئة تحويل منتجات الألياف الطويلة إلى مواد الألياف قصيرة. إذا تم اختراق طول الألياف أثناء عملية الصب ، فمن غير الممكن الحصول على مستوى الأداء المطلوب.
من أجل الحفاظ على طول الألياف خلال عملية صب LFRT ، هناك ثلاثة جوانب هامة يجب مراعاتها: آلة التشكيل بالحقن ، تصميم الجزء والعفن ، وظروف المعالجة.
أولا ، احتياطات المعدات
سؤال واحد غالبا ما يتم طرحه حول معالجة LFRT هو ما إذا كان بإمكاننا استخدام معدات حقن الحقن الحالية لتشكيل هذه المواد. في الغالبية العظمى من الحالات ، يمكن أيضاً استخدام معدات لتشكيل مركبات الألياف الغذائية الأساسية لتشكيل LFRTs. على الرغم من أن معدات صب الألياف القصيرة النموذجية تكون مرضية لمعظم أجزاء ومنتجات LFRT ، إلا أن بعض التعديلات على المعدات يمكن أن تساعد بشكل أفضل في الحفاظ على طول الألياف.
إن المسمار العالمي مع قسم "قياس ضغط التغذية" النموذجي مناسب جدًا لهذه العملية ، ويمكن تقليل القص المدمر للألياف عن طريق تقليل نسبة الضغط لقسم القياس. تعتبر نسبة ضغط الجزء 2: 1 متر مثالية لمنتجات LFRT. لا يعد استخدام السبائك المعدنية الخاصة لتصنيع المسامير والبراميل وأجزاء أخرى ضروريًا لأن ارتداء LFRT ليس كبيرًا مثل اللدائن الحرارية المقواة بالزجاج المقوى التقليدي.
جهاز آخر قد يستفيد من مراجعة التصميم هو رأس الفوهة. بعض المواد بالحرارة تكون أسهل في الماكينة مع طرف فوهة مدبب عكسي ، مما يخلق درجة عالية من القص حيث يتم حقن المادة في تجويف القالب. ومع ذلك ، فإن مثل هذه الفوهة تقلل بشكل كبير من طول الألياف لمركبات الألياف الطويلة. لذا يوصى باستخدام مجموعة رأس / صمام فوهة مشقوقة لتصميم "التدفق الحر" بنسبة 100٪ والذي يسمح للألياف الطويلة بالمرور بسهولة عبر الفوهة إلى المكون.
بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يكون قطر الفتحة وفتحة البوابة بحجم فضفاض يبلغ 5.5 ملم (0.250 بوصة) أو أكثر ، ولا توجد حافة حادة. من المهم أن نفهم كيف تتدفق المواد من خلال معدات القولبة بالحقن ولتحديد مكان تكسر الألياف للألياف.
الثانية ، تصميم أجزاء والعفن
أجزاء جيدة وتصميم القالب مفيدة أيضا في الحفاظ على طول الألياف من LFRT. إن إزالة الزوايا الحادة حول جزء من الحافة (بما في ذلك الأضلاع ، والرؤساء والميزات الأخرى) يتجنب الإجهاد غير الضروري في الجزء المصبوب ويقلل من تآكل الليف.
تكون الأجزاء من التصميم الاسمي للجدران بسماكة جدار موحدة. يمكن أن تؤدي التغييرات الكبيرة في سمك الجدار إلى التعبئة غير المتناسقة واتجاه الألياف غير المرغوب فيها في الجزء. حيث يجب أن تكون سماكة أكثر سمكًا أو نحافة ، يجب تجنب التغييرات المفاجئة في سمك الجدار لتجنب تشكيل مناطق القص العالية التي يمكن أن تدمر الألياف وتصبح مصدرًا لتركيز الإجهاد. عادة ما يتم محاولة فتح البوابة في الجدار الأثخن وتدفقها إلى الجزء الرقيق ، مع الحفاظ على نهاية التعبئة في الجزء الرقيق.
يشير المبدأ العام للتصميم البلاستيكي الجيد إلى أن الاحتفاظ بسماكة جدار أقل من 4 مم (0.160 بوصة) سيعزز تدفق جيد وموحد ويقلل من إمكانية المصارف والفراغات. بالنسبة لمركبات LFRT ، يكون سمك الجدار المثالي عادة حوالي 3 مم (0.120 بوصة) والحد الأدنى للسمك هو 2 مم (0.080 بوصة). عندما يكون سمك الجدار أقل من 2 مم ، يزداد احتمال أن تتكسر الألياف بعد دخول القالب.
الأجزاء هي جانب واحد فقط من التصميم ، ومن المهم أيضًا النظر في كيفية دخول المادة إلى القالب. عندما يقوم العداء والبوابات بتوجيه المادة إلى التجويف ، يمكن أن يحدث تلف كبير في هذه المناطق إذا لم يتم تصميمها بشكل صحيح.
عند تصميم قالب لتشكيل مركب LFRT ، يكون عداء نصف القطر الكامل مثاليًا بقطر لا يقل عن 5.5 مم (0.250 بوصة). بالإضافة إلى القناة الكاملة ، فإن أي شكل آخر لقناة التدفق سيكون له زوايا حادة ، مما يزيد من الضغط أثناء عملية التشكيل ويدمر التأثير المعزز للألياف الزجاجية. أنظمة العداء الساخن مع العدائين مفتوحة مقبولة.
يجب أن يكون الحد الأدنى لسمك البوابة 2 مم (0.080 بوصة). إذا أمكن ، ضع البوابة على طول حافة لا تعرقل تدفق المادة إلى التجويف. ستحتاج البوابة على سطح الجزء إلى الدوران 90 درجة لمنع بدء تكسر الألياف وتآكل الخواص الميكانيكية.
وأخيراً ، انتبه إلى موقع خطوط الانصهار وكيف تؤثر على المنطقة التي تتعرض فيها الأجزاء للحمل (أو الضغط) عند استخدامها. يجب نقل خط الانصهار إلى منطقة حيث يتوقع أن يكون مستوى الإجهاد أقل بتخطيط عقلاني للبوابة.
يمكن أن يساعد تحليل ملء الكمبيوتر في تحديد موقع خطوط الانصهار هذه. يمكن استخدام تحليل العناصر المحدودة الهيكلية (FEA) لمقارنة مكان الضغط العالي وموقع خط الالتقاء كما هو محدد في تحليل الملء.
تجدر الإشارة إلى أن هذه الأجزاء والتصاميم العفن ليست سوى توصيات. هناك العديد من الأمثلة للمكونات التي لها جدران رفيعة ، وتغيرات سمك الجدار ، والميزات الدقيقة أو الجميلة التي تستخدم مركبات LFRT لتحقيق الأداء الجيد. ومع ذلك ، كلما زادت هذه التوصيات ، زاد الوقت والجهد اللازمين لضمان تحقيق الفوائد الكاملة لتقنية الألياف الطويلة.
الثالثة ، ظروف المعالجة
شروط المعالجة هي المفتاح لنجاح LFRT. طالما تم استخدام شروط المعالجة الصحيحة ، فمن الممكن استخدام آلة صب حقن عام الغرض وقالب مصمم بشكل صحيح لتحضير أجزاء LFRT. وبعبارة أخرى ، حتى مع المعدات المناسبة وتصميم القوالب ، قد يعاني طول الألياف إذا تم استخدام ظروف المعالجة السيئة. هذا يتطلب فهم ما ستواجهه الألياف خلال عملية التشكيل وتحديد المناطق التي ستسبب فرًا شديدًا من الألياف.
أولا ، مراقبة الضغط الخلفي. يقدم الضغط العالي للضغط قوة قص كبيرة على المواد التي ستقلل من طول الألياف. مع الأخذ في الاعتبار بدء الضغط من الصفر مرة واحدة وزيادة فقط حتى يتم سحب المسمار بالتساوي خلال عملية التغذية ، واستخدام الضغط الخلفي من 1.5 إلى 2.5 بار (20 إلى 50 رطل / بوصة مربعة) عادة ما يكون كافيا للحصول على تغذية ثابتة.
سرعة عالية المسمار أيضا له تأثير سلبي. كلما زادت سرعة دوران المسمار ، كلما زاد احتمال دخول المادة الصلبة وغير المذابة إلى قسم ضغط اللولب وتسبب تلفًا في الألياف. على غرار التوصيات الخاصة بالضغط الخلفي ، يجب الحفاظ عليه في أسرع وقت ممكن لتثبيت الحد الأدنى المطلوب لملء البرغي. عند صب مركبات LFRT ، فإن سرعات المسمار من 30 إلى 70 لفة / دقيقة شائعة.
في عملية التشكيل بالحقن ، يحدث الذوبان من خلال عاملين يعملان معاً: القص والحرارة. لأن الهدف هو حماية طول الألياف في LFRT عن طريق تقليل القص ، ستكون هناك حاجة إلى مزيد من الحرارة. وفقًا لنظام الراتينج ، تكون درجة حرارة مركب LFRT المعالج عادة 10-30 درجة مئوية أعلى من المركب التقليدي المصبوب.
ومع ذلك ، قبل رفع درجة حرارة البرميل ببساطة طوال الوقت ، والانتباه إلى عكس توزيع درجة الحرارة للبرميل. عادة ، ترتفع درجة حرارة البرميل بينما تنتقل المواد من القادوس إلى الفوهة ، ولكن بالنسبة لـ LFRT يوصى بأن تكون درجة الحرارة أعلى في القادوس. يسمح عكس توزيع درجة الحرارة للكريات LFRT بالتليين والصهر قبل الدخول إلى قسم ضغط اللولب القص العالي ، مما يسهل الاحتفاظ بطول الألياف.
