يتم استخدام اللدائن الحرارية المقواة بالألياف الطويلة (LFRT) في تطبيقات القولبة بالحقن ذات الخصائص الميكانيكية العالية. في حين أن تقنية LFRT يمكن أن توفر قوة وصلابة وخصائص تأثير جيدة، فإن طريقة معالجة هذه المادة تلعب دورًا مهمًا في تحديد الخصائص التي يمكن تحقيقها في الجزء النهائي.

من أجل تشكيل LFRTs بنجاح، من الضروري فهم بعض خصائصها الفريدة. لقد أدى فهم الاختلافات بين LFRTs واللدائن الحرارية المعززة التقليدية إلى تطوير المعدات وتقنيات التصميم والمعالجة لتعظيم قيمة وإمكانات LFRTs.

الفرق بين LFRT والمركبات التقليدية القصيرة، المركبات المقواة بالألياف الزجاجية القصيرة هو طول الألياف. في LFRT، طول الألياف هو نفس طول الكريات. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن معظم LFRTs يتم إنتاجها عن طريق عملية قولبة بولتروسيون بدلاً من تركيب نوع القص.

في تصنيع LFRT، يتم أولاً سحب الخيوط المستمرة من الألياف الزجاجية المتجولة غير الملتوية إلى قالب للطلاء والتشريب بالراتنج، وبعد الخروج من القالب، يتم قطع هذا الشريط المستمر من البلاستيك المقوى بشكل قصير أو على شكل مكعبات، عادةً بطول 10 إلى 12 بوصة. مم. في المقابل، تحتوي مركبات الألياف الزجاجية القصيرة التقليدية فقط على ألياف مقطوعة بطول 3 إلى 4 مم، والتي يتم تقليلها أيضًا إلى أقل من 2 مم في أجهزة البثق من نوع القص.

يساعد طول الألياف في كريات LFRT على تحسين الخواص الميكانيكية لـ LFRT - زيادة مقاومة الصدمات أو المتانة - مع الحفاظ على الصلابة. وطالما أن الألياف تحافظ على طولها أثناء عملية التشكيل، فإنها تشكل "هيكلًا داخليًا" يوفر خصائص ميكانيكية رائعة. ومع ذلك، يمكن لعملية صب سيئة تحويل منتج طويل الألياف إلى مادة قصيرة الألياف. إذا تم انتهاك طول الألياف أثناء عملية التشكيل، فلن يكون من الممكن تحقيق المستوى المطلوب من الأداء.

من أجل الحفاظ على طول الألياف أثناء عملية صب LFRT، هناك ثلاثة جوانب مهمة يجب مراعاتها: آلة التشكيل بالحقن، وتصميم الجزء والقالب، وظروف المعالجة.

أنا. اعتبارات المعدات

السؤال المتكرر حول معالجة LFRT هو ما إذا كان من الممكن لنا استخدام معدات قولبة الحقن الموجودة لقولبة هذه المواد. في معظم الحالات، يمكن أيضًا استخدام المعدات المستخدمة في قولبة مركبات الألياف القصيرة في قولبة LFRT، وفي حين أن معدات قولبة الألياف القصيرة النموذجية كافية لمعظم أجزاء ومنتجات LFRT، إلا أنه يمكن إجراء بعض التعديلات على المعدات للمساعدة في الحفاظ على طول الألياف بشكل أفضل .

يعد المسمار اللولبي للأغراض العامة المزود بقسم نموذجي "قياس ضغط التغذية" مناسبًا تمامًا لهذه العملية، ومن خلال تقليل نسبة الضغط في قسم القياس، يمكن تقليل قص الألياف المدمرة. تعتبر نسبة ضغط قسم القياس التي تبلغ حوالي 2:1 مثالية لمنتجات LFRT. إن تصنيع البراغي والبراميل والمكونات الأخرى من السبائك المعدنية الخاصة ليس ضروريًا لأن LFRT لا يتعرض لقدر كبير من التآكل مثل اللدائن الحرارية التقليدية المقواة بالألياف الزجاجية القصيرة.

هناك قطعة أخرى من المعدات التي قد تستفيد من مراجعة التصميم وهي طرف الفوهة. من السهل معالجة بعض المواد البلاستيكية الحرارية باستخدام طرف فوهة مدبب عكسي مما يخلق درجة عالية من القص حيث يتم حقن المادة في تجويف القالب. ومع ذلك، يمكن لطرف الفوهة هذا أن يقلل بشكل كبير من طول الألياف لمركبات الألياف الطويلة. ولذلك يوصى باستخدام مجموعة طرف/صمام فوهة مشقوقة بتصميم "تدفق حر" بنسبة 100%، مما يسمح للألياف الطويلة بالمرور بسهولة عبر الفوهة إلى الجزء.

بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يبلغ قطر فتحات الفوهة والبوابة 5.5 مم (0.250 بوصة) أو أكثر وألا تحتوي على حواف حادة. من المهم أن نفهم كيفية تدفق المواد من خلال معدات القولبة بالحقن وتحديد مكان القص الذي سيكسر فيه الألياف.

ثانيا. تصميم المكونات والعفن

يمكن أيضًا أن يكون التصميم الجيد للأجزاء والعفن مفيدًا جدًا في الحفاظ على طول ألياف LFRT. يؤدي التخلص من الزوايا الحادة حول بعض الحواف (بما في ذلك الخطوط المضلعة وعلامات التبويب والميزات الأخرى) إلى تجنب الضغط غير الضروري في الجزء المصبوب ويقلل من تآكل الألياف.

يجب أن يكون للأجزاء تصميم جداري اسمي بسماكة جدار موحدة. يمكن أن تؤدي الاختلافات الكبيرة في سمك الجدار إلى حشو غير متناسق وتوجيه الألياف غير المرغوب فيه في الجزء. عندما يكون من الضروري وجود أجزاء أكثر سمكًا أو أرق، تجنب التغيرات المفاجئة في سمك الجدار لتجنب تكوين مناطق قص عالية يمكن أن تلحق الضرر بالألياف وتصبح مصدرًا لتركيز الإجهاد. حاول عادةً فتح البوابة في الجدار السميك والتدفق إلى الجزء الرقيق، مع الحفاظ على الطرف المملوء في الجزء الرقيق.

تشير مبادئ التصميم البلاستيكي الجيد العامة إلى أن الحفاظ على سمك الجدار أقل من 4 مم (0.160 بوصة) سيعزز التدفق الموحد الجيد ويقلل من احتمالية الحفر والفراغات. بالنسبة لمركبات LFRT، يبلغ سمك الجدار الأمثل عادةً حوالي 3 مم (0.120 بوصة)، مع حد أدنى للسمك يبلغ 2 مم (0.080 بوصة). مع سمك الجدار الأقل من 2 مم، تزيد احتمالية تكسر ألياف المادة بعد دخولها إلى القالب.

المكونات ليست سوى جانب واحد من التصميم ومن المهم مراعاة كيفية دخول المادة إلى القالب. عندما تقوم المجاري والبوابات بتوجيه المادة إلى التجويف، يمكن أن يحدث الكثير من تلف الألياف في هذه المناطق إذا لم يتم تصميمها بشكل صحيح.

عند تصميم قالب لقولبة مركبات LFRT، يكون القالب المستدير بالكامل هو الأمثل، بقطر لا يقل عن 5.5 مم (0.250 بوصة). أي شكل آخر من أشكال العداء غير عداء الزاوية الدائرية الكاملة سيكون له زوايا حادة من شأنها أن تزيد الضغوط أثناء عملية التشكيل وتدمر تقوية الألياف الزجاجية. تعتبر أنظمة العداء الساخن ذات البوابات المفتوحة مقبولة.

يجب ألا يقل سمك البوابة عن 2 مم (0.080 بوصة). إذا أمكن، ضع البوابة على طول حافة لا تعيق تدفق المواد إلى التجويف. يجب تدوير البوابة الموجودة على سطح الجزء بمقدار 90 درجة لمنع التسبب في كسر الألياف مما قد يقلل من الخواص الميكانيكية.

وأخيرًا، من المهم الانتباه إلى موقع خطوط الدمج ومعرفة مدى تأثيرها على المنطقة التي سيتم تحميل (أو إجهاد) الجزء فيها أثناء الاستخدام. يجب نقل خطوط الدمج إلى المناطق التي من المتوقع أن تكون فيها مستويات الضغط منخفضة من خلال وضع البوابة المناسب.

يمكن أن يساعد تحليل ملء القالب المحوسب في تحديد مكان وضع خطوط الدمج هذه. يمكن استخدام تحليل العناصر المحدودة الهيكلية (FEA) لمقارنة موقع الضغوط العالية مع موقع خطوط الاندماج المحددة في تحليل ملء القالب.

تجدر الإشارة إلى أن تصميمات الأجزاء والقوالب هذه هي مجرد توصيات. هناك العديد من الأمثلة على الأجزاء ذات الجدران الرقيقة، واختلافات سمك الجدار والميزات الدقيقة أو الدقيقة التي حققت أداءً جيدًا باستخدام مجمعات LFRT. ومع ذلك، كلما انحرف المرء عن هذه التوصيات، كلما زاد الوقت والجهد المطلوب لضمان تحقيق الفوائد الكاملة لـ LFRT.


ثالثا. شروط المعالجة

تعتبر ظروف المعالجة حاسمة لنجاح LFRT. مع ظروف المعالجة المناسبة، من الممكن إعداد جزء LFRT جيد باستخدام آلة قولبة الحقن الشاملة والقالب المصمم بشكل صحيح. وبعبارة أخرى، حتى مع المعدات المناسبة وتصميم القالب، قد يتعرض طول الألياف للخطر إذا تم استخدام ظروف المعالجة السيئة. وهذا يتطلب فهم ما ستواجهه الألياف أثناء عملية التشكيل وتحديد المناطق التي قد تسبب قصًا مفرطًا للألياف.

أولا، مراقبة الضغط الخلفي. يقدم الضغط الخلفي المرتفع قوة قص كبيرة على المادة مما يقلل من طول الألياف. فكر في البدء بضغط خلفي صفر وزيادته فقط بما يكفي للسماح للمسمار بالعودة بشكل موحد أثناء التغذية، باستخدام ضغط خلفي من 1.5 إلى 2.5 بار (20 إلى 50 رطل لكل بوصة مربعة) عادة ما يكون كافيًا للحصول على تغذية ثابتة.

السرعات اللولبية العالية لها أيضًا تأثير ضار. كلما كان دوران المسمار أسرع، زاد احتمال دخول المواد الصلبة والمواد غير الذائبة إلى قسم ضغط المسمار مما يتسبب في تلف الألياف. كما هو الحال مع التوصيات الخاصة بالضغط الخلفي، يجب أن تظل السرعة منخفضة قدر الإمكان إلى الحد الأدنى المطلوب لتثبيت برغي التعبئة. تعتبر سرعات اللولب التي تتراوح من 30 إلى 70 دورة/دقيقة شائعة عند تشكيل مركبات LFRT.

أثناء عملية التشكيل بالحقن، يحدث الذوبان من خلال عاملين يعملان معًا: القص والحرارة. لأن الهدف هو الحفاظ على طول الألياف في LFRT عن طريق تقليل القص، ستكون هناك حاجة لمزيد من الحرارة. اعتمادًا على نظام الراتينج، ستكون درجة الحرارة اللازمة لمعالجة مركب LFRT عادةً أعلى بـ 10 إلى 30 درجة مئوية من المركب المصبوب تقليديًا.

ومع ذلك، قبل زيادة درجة حرارة البرميل في جميع المجالات، من المهم ملاحظة عكس توزيع درجة حرارة البرميل. عادة، ترتفع درجة حرارة البرميل مع انتقال المادة من القادوس إلى الفوهة؛ ومع ذلك، بالنسبة لـ LFRT، تكون درجة الحرارة الموصى بها أعلى في القادوس. يؤدي عكس توزيع درجة الحرارة إلى تليين وذوبان كريات LFRT قبل الدخول إلى قسم الضغط في المسمار عالي القص، مما يسهل الاحتفاظ بطول الألياف.

ملاحظة أخيرة بخصوص المعالجة تتضمن استخدام مواد إعادة الاستخدام. عادةً ما يؤدي طحن الأجزاء المقولبة أو الصنوبريات إلى انخفاض أطوال الألياف، وبالتالي فإن إضافة مادة إعادة الاستخدام يمكن أن تؤثر على الطول الإجمالي للألياف. ومن أجل عدم تقليل الخواص الميكانيكية بشكل كبير، فإن الحد الأقصى الموصى به من المواد القابلة لإعادة الاستخدام هو 5%. يمكن أن تؤثر الكميات الكبيرة من مواد إعادة الاستخدام سلبًا على الخواص الميكانيكية مثل قوة التأثير.