Техническа бяла книга: Дълбоко потапяне в производствения процес на LFT

Изпълнително резюме

Извънредните механични свойства на термопластмасите с дълги влакна (LFT) не са само присъща характеристика на материала; те са пряк резултат от щателен, много{0}}етапен производствен процес, проектиран да запази най-критичния актив:дължина на влакното. Целостта на скелетната мрежа с дълги влакна в окончателно формована част е крайъгълният камък на прочутото превъзходство на LFT в якостта на удар, устойчивостта на пълзене и стабилността на размерите спрямо аналоговете с къси-влакна. Този технически документ предоставя цялостен преглед на трите стълба на веригата на стойността на производството на LFT:1) Пултрузия и импрегниране, 2) Охлаждане и пелетизиране, и3) Специализирано леене под налягане. Той има за цел да осветли критичните параметри на процеса, основната наука за материалите и мерките за контрол на качеството на всеки етап, които са от съществено значение за отключване на пълния потенциал за ефективност на тези усъвършенствани композитни материали. Разбирането на този процес е от ключово значение за използването на LFT за здрав, лек и-рентабилен дизайн на компоненти.

Фигура. 1: Производственият процес на LFT от-до-край, от сурово влакно до завършен компонент.

Трите стълба на LFT производството

Етап 1:Пултрузия и импрегниране

Този основен етап трансформира суровините в непрекъснат композитен профил. Процесът започва с хиляди ровинги от непрекъснати влакна (обикновено E-стъкло или въглерод), които се изтеглят от макари и внимателно се насочват през патентована матрица за импрегниране. Това е аспектът на „пултрузията“ (pull-extrusion). Едновременно с това термопластичният матричен полимер (напр. PP, PA6, TPU, PPS) се разтопява във високо-прецизен екструдер и се инжектира в същата матрица под контролирано налягане. Основната техническа цел е да се постигнебезупречно и пълно омокряне (импрегниране)на всяка отделна влакнеста нишка от стопения полимер. Непълното намокряне-създава сухи петна и кухини, които стават точки на повреда. Вискозитетът на полимера, скоростта на линията и времето на престой в матрицата се контролират щателно, за да се осигури пълно насищане без поставяне на прекомерно напрежение на срязване върху влакната, което може да доведе до преждевременно счупване. Силната междинна връзка, често подсилена чрез химическо оразмеряване на влакната, е от решаващо значение за ефективното прехвърляне на напрежението от матрицата към усилващите влакна в крайната част.

Етап 2:Охлаждане и пелетизиране

След като напълно импрегнираните профили-сега наричани нишки-излязат от матрицата, те незабавно се пренасят през охладителна линия. Този етап използва или водна баня, или охладен въздух за бързо и равномерно втвърдяване на термопластичната матрица, заключвайки сега-защитените влакна на място. Това контролирано охлаждане е жизненоважно за управление на кристалността и предотвратяване на остатъчни напрежения. Охладените, непрекъснати композитни нишки след това се подават във високо-скоростен, прецизен нож или пелетизатор. Тази машина използва ротор с остри остриета за чисто нарязване на нишките на цилиндрични пелети с определена дължина, обикновено12 мм (1/2 инча), но понякога варира от 10 mm до 25 mm. Тази стъпка е от първостепенно значение: дължината на пелетата определя първоначалната дължина на влакната, които ще влязат в машината за леене под налягане. Всяка пелета съдържа хиляди перфектно подравнени, еднопосочни влакна, като всички имат същата дължина като самата пелета. Това гарантира, че максималната потенциална дължина на влакното се пренася до крайния етап на формоване.

Етап 3:Специализирано леене под налягане

Окончателното преобразуване от пелети в части става чрез леене под налягане, но това е силно специализиран процес, далеч от стандартното формоване на пластмаси без пълнеж. Основната цел е даминимизиране на износването на влакна (счупване). И машината, и матрицата са оптимизирани за тази цел. Машината за леене под налягане е оборудвана със специално проектиранавинт-ниско срязванеи възвратен клапан за-свободен поток за нежно разтопяване и пренасяне на пелетите без агресивно нарязване на влакната. Обратното налягане е сведено до минимум. Инструментът за формата е също толкова важен, включващ големи, пълни -кръгли плъзгачи и големи размери на шибъра (напр. езичета или ветрилообразни порти), за да позволи на разтопения композит да тече в кухината с минимално ограничение. Докато материалът се инжектира, дългите влакна текат, ориентират се и се заплитат, като в крайна сметка образуват взаимосвързана три-измерна скелетна мрежа в цялата част. Тази мрежа осигурява изключителни механични свойства. Прецизният контрол на скоростта на впръскване, налягането и температурата на матрицата е от жизненоважно значение за повлияване на крайната ориентация на влакната, управление на здравината на заваръчните линии и осигуряване на постоянни, високо{10}}производителни части изстрел след изстрел.

Защо контролът на процеса е ключът към производителността

Предходните етапи илюстрират критична истина в LFT технологията:процесът*е* продукта. Повреда на всеки етап има каскаден ефект върху целостта на крайната част. Например, лошото импрегниране в Етап 1 води до слаби места, които никакъв експертен опит в формоването в Етап 3 не може да коригира. По същия начин, агресивен винт с високо-срязване в машината за формоване може незабавно да обезсили предимствата на внимателното пултрузия и работа по пелетизиране, като разчупи влакната до къси-дължини на влакната. Истинското майсторство в производството на LFT се крие в разбирането и контролирането на сложното взаимодействие между тези етапи. Именно този контрол на процеса от край--до край гарантира формирането на здрав вътрешен скелет от влакна, което директно се превръща в превъзходна устойчивост на удар, намалено пълзене и подобрена структурна надеждност, от която клиентите разчитат.

Ключови контролни точки за контрол на качеството