آیا LFT می تواند جایگزین SMC و فلز ریخته گری در قطعات ساختاری شود

انتخاب مواد ساختاری: ترموپلاستیک های LFT در مقابل ترموست های SMC در مقابل فلزات ریخته گری شده

انتخاب ماده مناسب برای یک جزء سازه ای یکی از اولین و مهم ترین تصمیمات یک تیم مهندسی است. این انتخاب اغلب سال‌ها قبل از ساخت اولین قسمت تولید، در فرآیند تولید، سرمایه‌گذاری ابزار، توالی مونتاژ و مسیر پایان عمر - قفل می‌شود. با این حال مقایسه جامع بین سه مسیر رایج برای قطعات سازه‌ای با حجم متوسط -ترموپلاستیک‌های-فیبر بلند (LFT), ترموست ترکیب ورق قالب گیری (SMC).، وفلزات ریخته گری شدهپیدا کردن - به طرز شگفت آوری سخت است. این مقاله با ارزیابی هر ماده این شکاف را پر می کند. یک چارچوب تصمیم گیری در پایان به شما کمک می کند تا زمینه را بر اساس نیازهای پروژه خود محدود کنید.

پروفیل های مواد در یک نگاه

ترموپلاستیک LFTشامل الیاف شیشه ای بلند (معمولاً 6-25 میلی متر) است که در یک ماتریس پلی پروپیلن یا پلی آمید پراکنده شده اند. این ماده به صورت گلوله عرضه می شود و با قالب گیری تزریقی پردازش می شود. در طول قالب‌گیری، الیاف بلند یک اسکلت سه‌بعدی در داخل قطعه ایجاد می‌کنند که مقاومت بالایی در برابر ضربه و پایداری خزش ایجاد می‌کند. از آنجایی که ماتریس ترموپلاستیک است، قطعات LFT را می توان دوباره ذوب کرد و به صورت مکانیکی بازیافت کرد.

ترموست SMCمواد ورقی ساخته شده از الیاف شیشه خرد شده آغشته به رزین پلی استر یا وینیل استر هستند. قطعات با قالب گیری فشاری تحت گرما و فشار تشکیل می شوند که طی آن رزین به طور غیرقابل برگشتی به هم متصل می شود. پس از درمان، SMC نمی تواند دوباره ذوب شود. این به طور گسترده ای برای پانل های بزرگ و محفظه هایی که ثبات ابعادی و پرداخت سطح حیاتی است استفاده می شود.

فلزات دایکاست- معمولاً آلیاژهای آلومینیوم، منیزیم یا روی - تحت فشار بالا به داخل قالب فولادی تزریق می‌شوند. در این فرآیند، قطعاتی با سفتی عالی و قابلیت دیواره نازک تولید می‌شود، اما قطعات ریخته‌گری معمولاً قبل از آماده شدن برای مونتاژ به ماشین‌کاری ثانویه، سوراخ‌زدایی و عملیات سطحی نیاز دارند.

info-1000-720 — *شکل 1: بالا: گلوله های LFT; پایین سمت چپ: مواد خام SMC؛ پایین سمت راست: قالب‌های فلزی ریخته‌گری-*

مقایسه چهار بعد مهندسی

سفتی و استحکام خاص - کارت امتیازی سبک وزن

اعداد مدول مطلق و قدرت فقط نیمی از داستان را بیان می کنند. برای کاربردهای حساس به وزن، معیارهای مربوطه سفتی خاص (مدول الاستیک تقسیم بر چگالی) و استحکام ویژه (استحکام کششی تقسیم بر چگالی) است. جدول زیر مقادیر معمولی را برای مقایسه سطح اول ارائه می دهد.

مواد	چگالی (g/cm³)	مدول کشش (GPa)	سفتی خاص (GPa/(g/cm³))	استحکام ویژه (MPa/(g/cm³))
فولادی (سازه ای)	7.8	210	≈27	≈50–60
آلومینیوم (دایکست)	2.7	70	≈26	≈70–90
SMC (30% شیشه)	1.8–2.0	10–15	≈5.5–8	≈30–50
LFT‑PP (40% شیشه)	1.2	8–10	≈6.7–8.3	≈60–85

توجه: مقادیر محدوده های معمولی در دمای اتاق هستند. گریدهای خاص LFT بسته به محتوای فیبر و فرمول ماتریس می توانند از این محدوده ها فراتر روند.

اعداد نشان می دهد که LFT و SMC هر دو مقادیر سفتی خاصی را ارائه می دهند که با آلومینیوم رقابت می کنند، در حالی که استحکام خاص آنها می تواند از برخی آلیاژهای آلومینیوم بهتر باشد. تفاوت اصلی این است که LFT و SMC این خواص را در کسری از وزن به دست می آورند. با این حال، مدول مطلق آنها کمتر است، که به این معنی است که هندسه قطعه باید از طریق آج‌بندی و طراحی کانتور جبران شود. در مقابل، فلز می تواند به سفتی بالا در شکل ساده تر ضربه بزند اما جریمه وزنی دارد.

Automotive materials by LFT materials — *شکل 2: قطعه LFT خودرو با عملکرد فوق العاده استحکام و سفتی*

بازیافت‌پذیری پایان عمر - برای دستورات نظارتی آماده می‌شود

مقررات اروپایی، از جمله دستورالعمل وسایل نقلیه پایان عمر (ELV) و مقررات جدید باتری، تولیدکنندگان را تحت فشار قرار می دهند تا از همان ابتدا برای بازیافت پذیری طراحی کنند. در اینجا نحوه عملکرد سه ماده آمده است:

ترموپلاستیک LFTمی تواند به صورت مکانیکی خرد شده و دوباره پردازش شود. مواد بازیافتی، اگرچه حاوی الیاف کوتاه تری پس از بازیافت است، اما ارزش خود را به عنوان یک ترکیب فیبر کوتاه برای کاربردهای کم‌تر حفظ می‌کند. گریدهای LFT بکر با خلوص بالا، عاری از مواد افزودنی ناشناخته، ماده اولیه تمیزی را برای این جریان بازیافت فراهم می کند.
ترموست SMCقابل ذوب مجدد نیست متداول‌ترین راه‌های دفع، سوزاندن با بازیافت انرژی یا آسیاب کردن در پرکننده است. روش‌های بازیافت شیمیایی در حال توسعه هستند اما هنوز مقیاس صنعتی نشده‌اند. دفن زباله های SMC در اروپا به طور فزاینده ای پرهزینه است.
فلزات دایکاستیک زیرساخت بازیافت بالغ دارند. تولید آلومینیوم ثانویه تنها حدود 5 درصد از انرژی مورد نیاز برای آلومینیوم اولیه را مصرف می کند. با این حال، ردپای کربن اولیه آلومینیوم اولیه (12-16 کیلوگرم CO2 در هر کیلوگرم) به طور قابل توجهی بالاتر از ترکیبات ترموپلاستیک است. محتوای بازیافتی نیز در طی چرخه های متعدد به دلیل آلودگی آلیاژی تخریب می شود.

برای تولیدکنندگانی که برای نشان دادن طراحی برای بازیافت با فشار قانونی مواجه هستند، LFT یک مزیت واضح نسبت به SMC و یک جایگزین رقابتی برای فلز با در نظر گرفتن ردپای کربن چرخه حیات ارائه می‌کند.

Long Fiber Composite Materials — *شکل 3: گلوله های ترموپلاستیک فیبر بلند LFT قابل بازیافت*

زمان چرخه و راندمان تولید

از مواد خام تا قطعه نهایی، کل زمان تولید، توان عملیاتی و هزینه ساخت را تعیین می کند.

قالب‌گیری تزریقی LFT از دوچرخه‌سواری سریع و توانایی ادغام چندین ویژگی در یک شات - دنده‌ها، باس‌ها، فیت‌ها - بهره می‌برد که بسیاری از مراحل پایین‌دستی را حذف می‌کند. قالب گیری SMC به دلیل واکنش پخت کندتر است و جابجایی دستی یا نیمه اتوماتیک مواد به کار اضافه می کند. ریخته گری دایکست شکل گیری سریع را ارائه می دهد، اما پردازش ثانویه گسترده اغلب کل زمان تولید را افزایش می دهد.

processing guide.png — *شکل 4: نمودار جریان فرآیند قالب گیری تزریق مواد LFT*

جایی که هر ماده بر اساس نوع مؤلفه با - مطابقت دارد

جدول زیر کاربردهای ساختاری متداول را به بهترین مواد مناسب آنها ترسیم می کند. جایی که LFT-G^®توصیه می شود، سری خاص ذکر شده است.

جزء	بهترین تناسب فعلی	LFT-G توصیه شده^®سری	دلیل کلیدی
حامل ماژول جلویی	LFT (جریان اصلی)	LFT-G^®PP	یکپارچه سازی قطعات در یک شات
محفظه بسته باتری	LFT (در حال رشد)	LFT-G^®PP (ضد اشتعال)	مانع حرارتی، UL94 V‑0، سبک وزن
بازوی ساختاری پهپاد / eVTOL	LFT (ترجیحا)	LFT-G^®PA6 / PA66	سفتی بالا، میرایی ارتعاش
بازوی ربات صنعتی	LFT (در حال رشد)	LFT-G^®PA6 / PPS	مقاومت در برابر خزش، وزن کم
محفظه ابزار برقی	LFT (در حال رشد)	LFT-G^®PP / ABS	استحکام ضربه، پرداخت سطح
قاب تجهیزات ورزشی	LFT (در حال رشد)	LFT-G^®TPU / HDPE	چقرمگی، تاثیر دمای سرد
قسمت زیر کاپوت با دمای بالا	LFT (جایگزین فلز)	LFT-G^®PPS / PBT	240 درجه + استفاده مداوم، مقاومت شیمیایی
سخت افزار عرشه دریایی	LFT (انتخاب طبیعی)	LFT-G^®PP / HDPE	ضد خوردگی آب شور، تعمیر و نگهداری صفر
پانل بدنه بزرگ (هاپوت، سقف)	SMC (هنوز پیشتاز است)	-	سطح کلاس A، LFT به عنوان تقویت کننده داخلی استفاده می شود
شاسی الکترونیکی بسیار نازک	دایکست Mg/Al	-	دیوار زیر 1 میلی متر، محافظ EMI مورد نیاز است

LFT-G^®مواد قبلاً در آن اعمال شده استماژول های جلویی, محفظه های باتری, هواپیماهای بدون سرنشین، ورباتیک- با PP و PA به عنوان سری کار. برای محیط‌های با دمای بالا، PPS و PBT وارد عمل می‌شوند. برای نیازهای سختی و ضربه سرد، TPU و HDPE شکاف را پر می‌کنند. در مواردی که پرداخت سطح یا الزامات شدید دیوار نازک همچنان به نفع SMC یا فلز است، LFT اغلب به عنوان تقویت کننده داخلی عمل می کند. همانطور که داده های مواد در مورد خزش، خستگی، و تاخیر در شعله همچنان در حال رشد هستند، LFT-G^®ردپای در اجزای ساختاری سال به سال گسترش می یابد.

Application samples of LFT materials — *شکل 5: نمونه های کاربردی مواد LFT*

مقایسه را وارد پروژه خود کنید

هیچ ماده واحدی برنده هر دسته نیست. LFT در کاربردهای ساختاری با حجم متوسط که در آن کاهش وزن، قابلیت بازیافت و یکپارچگی عملکردی اولویت دارند، می درخشد.

در Xiamen LFT، LFT-G ما^®نمونه کارها نمرات PP، PA و PPS با دمای بالا را پوشش می دهد. ما داده‌های خزش دقیق، راهنمایی جهت‌گیری فیبر، و پشتیبانی مهندسی برنامه را ارائه می‌کنیم تا به شما کمک کنیم در اوایل - زمانی که هزینه تغییر هنوز پایین است، تصمیم درستی در مورد مواد بگیرید.

cuatomer show.jpg