Xiamen LFT Composite Plastic Co., LTD wurde 2009 gegründet und ist ein weltweit bekannter Markenlieferant von langfaserverstärkten thermoplastischen Materialien, der Produktforschung und -entwicklung (F&E), Produktion und Vertriebsmarketing integriert. Unsere LFT-Produkte haben die Systemzertifizierung ISO9001 und 16949 bestanden und viele nationale Marken und Patente erhalten, die die Bereiche Automobil, Militärteile und Schusswaffen, Luft- und Raumfahrt, neue Energie, medizinische Geräte, Windenergie, Sportausrüstung usw. abdecken.

Langfaserverstärkte Thermoplaste (LFT) werden für Spritzgussanwendungen mit hoher mechanischer Leistung verwendet. Während die LFT-Technologie gute Festigkeits-, Steifigkeits- und Schlageigenschaften bietet, spielt die Art und Weise, wie dieses Material verarbeitet wird, eine wichtige Rolle bei der Bestimmung, welche Eigenschaften im Endteil erreicht werden können.

Um LFTs erfolgreich zu formen, ist das Verständnis einiger ihrer einzigartigen Eigenschaften unerlässlich. Das Verständnis der Unterschiede zwischen LFTs und herkömmlichen verstärkten Thermoplasten hat die Entwicklung von Geräten, Design und Verarbeitungstechniken vorangetrieben, um den Wert und das Potenzial von LFTs zu maximieren.

Der Unterschied zwischen LFT und herkömmlichen kurz geschnittenen, kurzglasfaserverstärkten Compounds besteht in der Länge der Fasern. Bei LFT ist die Länge der Fasern gleich der Länge der Pellets. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die meisten LFT durch ein Pultrusionsverfahren und nicht durch Schermischen hergestellt werden.

Bei der LFRT-Herstellung werden fortlaufende Stränge ungedrehter Glasfaserstränge zunächst zur Beschichtung und Harzimprägnierung in einen Düsenkopf gezogen. Nach dem Austritt aus dem Düsenkopf wird dieser kontinuierliche Streifen aus Verstärkungskunststoff entweder kurz geschnitten oder pelletiert, üblicherweise auf Längen von 50 mm 10 bis 12 mm. Im Gegensatz dazu enthalten herkömmliche Kurzglasfaserverbundwerkstoffe nur Kurzschnittfasern mit einer Länge von 3 bis 4 mm, die in einem Scherextruder weiter auf typischerweise weniger als 2 mm reduziert werden.

Die Faserlänge in LFT-Pellets trägt dazu bei, die mechanischen Eigenschaften von LFT zu verbessern – die Schlagfestigkeit oder Zähigkeit wird erhöht, während die Steifigkeit erhalten bleibt. Solange die Fasern während des Formprozesses ihre Länge beibehalten, bilden sie ein „inneres Skelett“, das hervorragende mechanische Eigenschaften bietet. Allerdings kann ein schlechter Formprozess aus einem langfaserigen Produkt ein kurzfaseriges Material machen. Wenn die Länge der Fasern während des Formprozesses beeinträchtigt wird, ist es nicht möglich, das gewünschte Leistungsniveau zu erreichen.

Um die Faserlänge während des LFT-Formprozesses aufrechtzuerhalten, müssen drei wichtige Aspekte berücksichtigt werden: die Spritzgießmaschine, das Teile- und Formendesign sowie die Verarbeitungsbedingungen.

I. Überlegungen zur Ausrüstung

Eine häufig gestellte Frage zur LFT-Verarbeitung ist, ob es möglich ist, diese Materialien mit unserer vorhandenen Spritzgussausrüstung zu formen. In den meisten Fällen können die zum Formen von Stapelfaserverbundwerkstoffen verwendeten Geräte auch zum Formen von LFRT verwendet werden. Während typische Stapelfaserformgeräte für die meisten LFRT-Teile und -Produkte ausreichend sind, können einige Modifikationen an den Geräten vorgenommen werden, um die Faserlänge besser aufrechtzuerhalten .

Eine Allzweckschnecke mit einem typischen „Einspeisungs-Kompressions-Dosier“-Abschnitt ist für diesen Prozess gut geeignet, und zerstörerische Faserscherung kann durch eine Verringerung des Kompressionsverhältnisses im Dosierabschnitt reduziert werden. Für LFT-Produkte ist ein Dosierkompressionsverhältnis von ca. 2:1 optimal. Die Herstellung von Schnecken, Zylindern und anderen Bauteilen aus speziellen Metalllegierungen ist nicht erforderlich, da LFT nicht so stark verschleißt wie herkömmliche kurzfaserverstärkte Thermoplaste.

Ein weiteres Gerät, das von einer Designüberprüfung profitieren könnte, ist die Düsenspitze. Einige thermoplastische Materialien lassen sich leichter mit einer umgekehrt konischen Düsenspitze verarbeiten, die beim Einspritzen des Materials in den Formhohlraum ein hohes Maß an Scherung erzeugt. Allerdings kann diese Düsenspitze die Faserlänge von Langfaserverbundwerkstoffen deutlich reduzieren. Daher wird empfohlen, eine Schlitzdüsenspitze/Ventil-Baugruppe mit einem 100 % „Free-Flow“-Design zu verwenden, das es langen Fasern ermöglicht, problemlos durch die Düse in das Teil zu gelangen.

Darüber hinaus sollten Düsen und Eingusslöcher einen großzügigen Durchmesser von 5,5 mm (0,250 Zoll) oder mehr und keine scharfen Kanten haben. Es ist wichtig zu verstehen, wie das Material durch die Spritzgießanlage fließt, und zu bestimmen, wo die Fasern durch Scherkräfte aufgebrochen werden.

II. Komponenten- und Formendesign

Ein gutes Teile- und Formendesign trägt auch wesentlich dazu bei, die Faserlänge von LFT beizubehalten. Durch die Eliminierung scharfer Ecken an den Teilekanten, einschließlich Rippenlinien, Laschen und anderen Merkmalen, werden unnötige Spannungen im Formteil vermieden und der Faserverschleiß reduziert.

Die Teile sollten eine nominelle Wandkonstruktion mit gleichmäßiger und konsistenter Wandstärke aufweisen. Große Schwankungen in der Wandstärke können zu einer inkonsistenten Füllung und einer unerwünschten Faserorientierung im Teil führen. Wenn Teile dicker oder dünner sein müssen, vermeiden Sie plötzliche Änderungen der Wandstärke, um die Bildung von Bereichen mit hoher Scherung zu vermeiden, die die Fasern beschädigen und zu Spannungskonzentrationen führen können. Versuchen Sie normalerweise, das Tor in der dickeren Wand zu öffnen und in den dünneren Teil zu fließen, wobei das Ende der Füllung im dünneren Teil verbleibt.

Allgemeine Grundsätze für gutes Kunststoffdesign legen nahe, dass eine Wandstärke von unter 4 mm (0,160 Zoll) einen gleichmäßigen Fluss fördert und die Wahrscheinlichkeit von Dellen und Hohlräumen verringert. Bei LFT-Verbundwerkstoffen liegt die optimale Wandstärke normalerweise bei etwa 3 mm (0,120 Zoll), mit einer Mindestdicke von 2 mm (0,080 Zoll). Bei Wandstärken von weniger als 2 mm besteht eine erhöhte Wahrscheinlichkeit, dass die Fasern des Materials beim Eintritt in die Form brechen.

Das Teil ist nur ein Aspekt des Designs; Es ist auch wichtig zu berücksichtigen, wie das Material in die Form gelangt. Wenn Angusskanäle und Anschnitte Material in den Hohlraum leiten, kann es in diesen Bereichen ohne entsprechende Konstruktion zu erheblichen Faserbrüchen kommen.

Beim Entwurf einer Form zum Formen von LFT-Verbundwerkstoffen ist ein vollständig abgerundeter Angusskanal mit einem Mindestdurchmesser von 5,5 mm (0,250 Zoll) optimal. Jede Kufenform, mit Ausnahme einer vollständig abgerundeten Kufe, weist scharfe Ecken auf, die die Glasfaserverstärkung beschädigen können, indem sie während des Formvorgangs zusätzliche Spannungen erzeugen. Heißkanalsysteme mit offenen Toren sind akzeptabel.

Der Anschnitt sollte eine Mindestdicke von 2 mm (0,080 Zoll) haben. Platzieren Sie den Anguss nach Möglichkeit an einer Kante, die den Materialfluss in den Hohlraum nicht behindert. Anschnitte auf der Oberfläche des Teils müssen um 90° gedreht werden, um die Entstehung von Faserbrüchen zu verhindern, die die mechanischen Eigenschaften beeinträchtigen würden.

Schließlich ist es wichtig, auf die Position der Schweißlinien zu achten und zu wissen, wie sie sich auf die Bereiche auswirken, die bei der Verwendung des Teils Belastungen (oder Spannungen) ausgesetzt sind. Fusionslinien sollten durch die richtige Angussanordnung in Bereiche verlegt werden, in denen geringere Belastungen zu erwarten sind.

Mithilfe einer computergestützten Formfüllanalyse kann ermittelt werden, wo diese Schmelzlinien positioniert werden. Mithilfe der strukturellen Finite-Elemente-Analyse (FEA) können die Orte hoher Spannungen mit den Orten der Schmelzlinien verglichen werden, die in der Formfüllungsanalyse identifiziert wurden.

Es ist zu beachten, dass es sich bei diesen Teile- und Formenkonstruktionen lediglich um Empfehlungen handelt. Es gibt viele Beispiele für Teile mit dünnen Wänden, Wandstärkenschwankungen und empfindlichen oder feinen Merkmalen, die LFT-Komplexe nutzen, um eine gute Leistung zu erzielen. Je weiter man jedoch von diesen Empfehlungen abweicht, desto mehr Zeit und Mühe wird es erfordern, um sicherzustellen, dass die Vorteile von LFT voll ausgeschöpft werden.

III. Verarbeitungsbedingungen

Die Verarbeitungsbedingungen sind entscheidend für den Erfolg von LFT. Mit den richtigen Verarbeitungsbedingungen ist es möglich, mit einer Universal-Spritzgießmaschine und einer richtig konstruierten Form gute LFRT-Teile herzustellen. Mit anderen Worten: Selbst bei richtiger Ausrüstung und Formkonstruktion kann die Faserlänge beeinträchtigt werden, wenn schlechte Verarbeitungsbedingungen verwendet werden. Dies erfordert ein Verständnis dafür, was den Fasern während des Formprozesses widerfährt, und die Identifizierung von Bereichen, die eine übermäßige Faserscherung verursachen.

Überwachen Sie zunächst den Gegendruck. Ein hoher Gegendruck führt große Scherkräfte in das Material ein, die die Faserlänge verringern. Wenn man davon ausgeht, mit einem Gegendruck von Null zu beginnen und ihn nur bis zu dem Punkt zu erhöhen, an dem die Schnecke während des Vorschubs gleichmäßig zurückkehrt, reicht ein Gegendruck von 1,5 bis 2,5 bar (20 bis 50 psi) normalerweise aus, um einen gleichmäßigen Vorschub zu erzielen.

Auch hohe Schneckengeschwindigkeiten wirken sich nachteilig aus. Je schneller sich die Schnecke dreht, desto wahrscheinlicher ist es, dass Feststoffe und ungeschmolzenes Material in den Kompressionsbereich der Schnecke gelangen und die Fasern beschädigen. Ähnlich wie bei den Empfehlungen für den Gegendruck sollte die Geschwindigkeit so niedrig wie möglich gehalten werden, um das Mindestniveau zu erreichen, das zur Stabilisierung einer gefüllten Schnecke erforderlich ist. Beim Formen von LFT-Verbundwerkstoffen sind Schneckengeschwindigkeiten von 30 bis 70 U/min üblich.

Beim Spritzgießen erfolgt das Schmelzen durch zwei Faktoren, die zusammenwirken: Scherung und Hitze. Da das Ziel darin besteht, die Länge der Fasern bei LFT durch Reduzierung der Scherung zu erhalten, ist mehr Wärme erforderlich. Abhängig vom Harzsystem liegt die Temperatur, bei der LFRT-Compounds verarbeitet werden, typischerweise 10 bis 30 °C höher als bei herkömmlichen Formcompounds.

Bevor Sie jedoch die Fasstemperatur einfach pauschal erhöhen, sollten Sie sich der umgekehrten Fasstemperaturverteilung bewusst sein. Typischerweise steigen die Zylindertemperaturen, wenn das Material vom Trichter zur Düse gelangt. Für LFT werden jedoch höhere Temperaturen am Trichter empfohlen. Durch die Umkehrung der Temperaturverteilung wird das LFT-Pellets weicher und schmilzt, bevor es in den Kompressionsabschnitt der Hochscherschnecke gelangt, wodurch die Beibehaltung der Faserlänge erleichtert wird.

Ein abschließender Hinweis zur Verarbeitung bezieht sich auf die Verwendung von wiederverwendetem Material. Das Schleifen von Formteilen oder Angüssen führt typischerweise zu geringeren Faserlängen, sodass die Zugabe von wiederverwendetem Material die Gesamtfaserlänge beeinflussen kann. Um die mechanischen Eigenschaften nicht wesentlich zu verschlechtern, beträgt die empfohlene Höchstmenge an wiedergewonnenem Material 5 %. Höhere Regeneratmengen können sich negativ auf die mechanischen Eigenschaften wie die Schlagzähigkeit auswirken.