Les thermoplastiques renforcés de fibres longues (LFRT) sont utilisés pour des applications de moulage par injection à haute performance. Bien que la technologie LFRT offre de bonnes propriétés de résistance, de rigidité et d'impact, le traitement de ce matériau joue un rôle important dans la détermination des performances que la pièce finale peut atteindre.
Afin de façonner avec succès LFRT, il est nécessaire de comprendre certaines de leurs caractéristiques uniques. Comprendre les différences entre le LFRT et les thermoplastiques renforcés conventionnels a conduit au développement des technologies d'équipement, de conception et de traitement pour maximiser la valeur et le potentiel de la LFRT.
La différence entre le LFRT et les composites traditionnels renforcés de fibres de verre courtes et coupées réside dans la longueur de la fibre. En LFRT, la longueur de la fibre est la même que la longueur de la pastille. C'est parce que la plupart des LFRT sont produites par pultrusion plutôt que pure compoundage. Dans la fabrication de LFRT, un trait continu de mèche de fibres de verre est d'abord aspiré dans une filière à enduire et imprégnée de résine. Après être sorti de la matrice, la bande continue de plastique de renfort est hachée ou granulée, généralement coupée à une longueur de 10 ~ 12mm. En revanche, les composites classiques à fibres de verre courtes ne contiennent que des brins coupés de 3 à 4 mm de longueur, dont la longueur est encore réduite à moins de 2 mm dans les extrudeuses à cisaillement.
Le LFRT est habituellement préparé par un procédé de pultrusion, en imprégnant des faisceaux continus de fibres de verre avec de la résine, puis en les découpant en longues pellets. Longueur de fibre de verre égale à la longueur de la pastille.
La longueur de la fibre dans les pastilles LFRT permet d'améliorer les propriétés mécaniques de la LFRT - résistance à l'impact ou ténacité accrue tout en maintenant la rigidité. Tant que les fibres conservent leur longueur pendant le processus de formage, elles forment un «squelette interne» qui fournit de superbes propriétés mécaniques. Cependant, un processus de moulage médiocre peut transformer des produits à fibres longues en matériaux à fibres courtes. Si la longueur de la fibre est compromise pendant le processus de formage, il n'est pas possible d'obtenir le niveau de performance requis.
Figure avant et après la décomposition thermique des pièces moulées par injection. La couleur de la lumière est le squelette interne formé par les fibres longues après la combustion de la résine, et le squelette conserve la forme de la pièce. Afin de maintenir la longueur de fibre pendant le moulage LFRT, il y a trois aspects importants à considérer: la machine de moulage par injection, la conception des pièces et des moules et les conditions de traitement.
01 Précautions d'équipement
Une question fréquemment posée au sujet du traitement LFRT est de savoir s'il nous est possible de façonner ces matériaux en utilisant un équipement de moulage par injection existant. Dans la grande majorité des cas, l'équipement pour la formation de composites de fibres discontinues peut également être utilisé pour former des LFRT. Bien que l'équipement de moulage de fibres discontinues typique soit satisfaisant pour la plupart des pièces et produits LFRT, certaines modifications à l'équipement peuvent être meilleures pour aider à maintenir la longueur de la fibre.
Une vis universelle avec une section "alimentation-compression-dosage" typique est idéale pour ce procédé, et le cisaillement destructeur de fibre peut être réduit en réduisant le taux de compression de la section de dosage. Le taux de compression de la section de dosage d'environ 2: 1 est le meilleur pour les produits LFRT. La fabrication de vis, de barils et d'autres composants à partir d'alliages métalliques spéciaux n'est pas nécessaire car l'usure des LFRT n'est pas aussi importante que celle des thermoplastiques conventionnels renforcés de fibres de verre.
Une autre pièce d'équipement qui pourrait bénéficier de l'examen de la conception est l'embout de la buse. Certains thermoplastiques sont plus faciles à faire basculer avec une buse conique inversée qui crée un haut degré de cisaillement lorsque le matériau est injecté dans la cavité du moule. Cependant, cette pointe de buse peut réduire considérablement la longueur de fibre du composite à fibres longues. Il est donc recommandé d'utiliser un ensemble buse / soupape à fente à 100% "à écoulement libre" qui permet un accès facile des fibres longues à travers la buse. De plus, le diamètre des trous de la buse et de la grille doit être de 5,5 mm (0,250 po) ou plus et ne pas avoir de bords tranchants. Il est important de comprendre comment le matériau passe à travers l'équipement de moulage par injection et où il est déterminé que le cisaillement va casser la fibre.
02 Conception de pièces et de moules
Une bonne conception des pièces et des moules permet également de conserver la longueur des fibres du LFRT. L'élimination des angles vifs autour d'une partie du bord, y compris les nervures, les bossages et d'autres caractéristiques, évite des contraintes inutiles dans la pièce moulée et réduit l'usure des fibres. Les pièces doivent avoir une épaisseur de paroi uniforme. Des changements plus importants de l'épaisseur de la paroi entraînent un remplissage irrégulier et une orientation indésirable des fibres dans la pièce. Lorsque des épaisseurs ou des diluations sont nécessaires, il convient d'éviter les changements abrupts de l'épaisseur de la paroi pour éviter la formation de zones à fort cisaillement susceptibles d'endommager les fibres et de devenir une source de concentration des contraintes. Habituellement essayer d'ouvrir la porte dans la paroi plus épaisse, et s'écouler vers la partie mince, l'extrémité de remplissage est maintenue dans la partie mince. Des lignes directrices communes sur la bonne conception du plastique suggèrent que le maintien d'une épaisseur de paroi inférieure à 4 mm (0,160 po) favorisera un bon écoulement uniforme et réduira la possibilité de dépressions et de vides. Pour les complexes LFRT, l'épaisseur de paroi optimale est généralement d'environ 3 mm (0,120 pouce) et l'épaisseur minimale est de 2 mm (0,080 pouce). Lorsque l'épaisseur de la paroi est inférieure à 2 mm, la probabilité de rupture de la fibre du matériau après l'entrée dans le moule est augmentée.
Les pièces ne sont qu'un aspect de la conception et il est également important de considérer comment le matériau pénètre dans le moule. Lorsque les coureurs et les barrières conduisent le matériau dans la cavité, une quantité importante de rupture de fibre peut survenir dans ces zones sans conception appropriée.
Lors de la conception d'un moule qui est utilisé pour mouler des composés LFRT, un couloir de filetage complet est le meilleur, avec un diamètre minimum de 5,5 mm (0,250 pouces). En plus de coureur à plein tour, toute autre forme de coureur aura des coins pointus, ils vont augmenter la contrainte au cours du processus de moulage pour saper le renforcement des fibres de verre. Les systèmes à canaux chauds avec des canaux ouverts sont acceptables. L'épaisseur minimale de la porte doit être de 2 mm (0,080 po). Si possible, placez la barrière le long d'un bord qui ne gêne pas l'écoulement du matériau dans la cavité. La projection sur la surface de la pièce nécessite une rotation de 90 ° pour éviter la rupture de la fibre et réduire les propriétés mécaniques. Enfin, faites attention à l'emplacement des lignes de soudure et comment elles affectent la zone sous charge (ou contrainte) lorsque la pièce est utilisée. La ligne de fusion doit être déplacée vers la zone où le niveau de contrainte devrait être inférieur par une disposition raisonnable de la porte.
L'analyse de remplissage informatique peut aider à déterminer où ces liens fusibles seront situés. L'analyse structurelle par éléments finis (FEA) peut être utilisée pour comparer l'emplacement d'une contrainte élevée à l'emplacement de la ligne de confluence, tel que déterminé lors de l'analyse de remplissage. Il convient de noter que ces composants et conceptions de moules ne sont que des suggestions. Il existe de nombreux exemples de composants qui ont des parois minces, des épaisseurs de paroi variables et des caractéristiques délicates ou fines qui permettent d'obtenir de bonnes performances avec les composites LFRT. Cependant, plus on s'éloigne de ces propositions, plus on consacre du temps et des efforts pour assurer tous les avantages de la technologie à fibres longues.
03 Conception de traitement
Les conditions de traitement sont la clé du succès LFRT. Tant que les conditions de traitement correctes sont utilisées, il est possible d'utiliser des machines de moulage par injection classiques et des moules correctement préparés pour les composants LFRT préparés. En d'autres termes, même avec l'équipement approprié et la conception de moule, la longueur de fibre peut souffrir si les conditions de traitement pauvres sont employées. Cela nécessite de comprendre les conditions que la fibre rencontrera au cours du processus de formation et d'identifier la zone qui provoquera un cisaillement excessif de la fibre.
D'abord, surveillez la contre-pression. La haute contre-pression introduit des forces de cisaillement importantes sur le matériau, ce qui réduit la longueur de la fibre. Considérant qu'à partir d'une contre-pression nulle et en l'augmentant seulement pour permettre à la vis de se rétracter uniformément pendant l'alimentation, une contre-pression de 1,5-2,5 bar (20-50 psi) est habituellement suffisante pour obtenir une alimentation constante.
La vitesse élevée de la vis a également des effets néfastes. Plus la vis tourne vite, plus il est probable que le matériau solide et non fondu pénètre dans la section de compression de la vis, endommageant ainsi les fibres. Semblable aux recommandations pour la contre-pression, essayez de garder la vitesse de rotation au niveau le plus bas requis pour remplir de manière stable la vis. Lors de la formation des complexes LFRT, des vitesses de vis de 30 à 70 tr / min sont courantes.
Pendant le moulage par injection, la fusion se produit à travers deux facteurs interactifs: le cisaillement et la chaleur. Parce que le but est de protéger la longueur de la fibre en LFRT en réduisant le cisaillement, plus de chaleur sera nécessaire. Selon le système de résine, la température à laquelle le composite LFRT est traité est typiquement de 10 à 30 ° C plus élevée que les composés de moulage conventionnels.
Cependant, avant d'augmenter complètement la température du cylindre, faites attention à l'inversion de la distribution de la température du cylindre. Typiquement, la température du baril augmente à mesure que le matériau se déplace de la trémie à la buse, mais pour le LFRT, il est recommandé d'avoir une température plus élevée à la trémie. La distribution de température inversée adoucit et fait fondre les pastilles LFRT avant d'entrer dans la section de compression à vis à cisaillement élevé, facilitant ainsi la rétention de la longueur des fibres.
La dernière note sur le traitement implique l'utilisation de matériel de sauvegarde. Le meulage d'une pièce moulée ou d'une buse entraîne généralement une longueur de fibre inférieure, de sorte que l'ajout de matériau de renfort peut affecter la longueur totale de la fibre. Afin de ne pas réduire de manière significative les propriétés mécaniques, il est recommandé de retourner la quantité maximale de matériau est de 5%. Une quantité plus élevée de matériau recyclé aura un impact négatif sur les propriétés mécaniques telles que la résistance aux chocs.
