مقاله سفید فنی: فرو رفتن عمیق در فرآیند تولید LFT

خلاصه اجرایی

خواص مکانیکی فوق‌العاده ترموپلاستیک‌های فیبر بلند (LFT) به تنهایی یک ویژگی ذاتی مادی نیست. آنها نتیجه مستقیم یک فرآیند تولید دقیق و چند مرحله ای هستند که برای حفظ حیاتی ترین دارایی مهندسی شده است:طول فیبر. یکپارچگی شبکه اسکلتی فیبر بلند در یک قطعه قالب‌گیری نهایی، سنگ بنای برتری مشهور LFT در استحکام ضربه، مقاومت در برابر خزش و پایداری ابعادی نسبت به همتایان فیبر کوتاه-است. این سند فنی یک بررسی جامع از سه ستون زنجیره ارزش تولید LFT ارائه می دهد:1) Pultrusion و اشباع, 2) خنک کننده و گلوله سازی، و3) قالب گیری تزریقی تخصصی. هدف آن روشن کردن پارامترهای فرآیند حیاتی، علم مواد اساسی و اقدامات کنترل کیفیت در هر مرحله است که برای باز کردن پتانسیل عملکرد کامل این مواد کامپوزیتی پیشرفته ضروری است. درک این فرآیند برای استفاده از LFT برای طراحی اجزای قوی، سبک و مقرون به صرفه، کلیدی است.

شکل. 1: پایان-تا-فرایند تولید LFT، از فیبر خام تا جزء نهایی.

سه ستون تولید LFT

مرحله 1:پالتروژن و اشباع

این مرحله اساسی مواد خام را به یک پروفیل ترکیبی پیوسته تبدیل می کند. این فرآیند با هزاران الیاف پیوسته (معمولاً E-شیشه یا کربن) که از قرقره‌ها کشیده می‌شوند و با دقت از طریق یک قالب اشباع اختصاصی هدایت می‌شوند، آغاز می‌شود. این جنبه "پالتروژن" (کشش-اکستروژن) است. به طور همزمان، پلیمر زمینه ترموپلاستیک (به عنوان مثال، PP، PA6، TPU، PPS) در یک اکسترودر با دقت بالا ذوب می شود و تحت فشار کنترل شده به همان قالب تزریق می شود. هدف فنی اولیه دستیابی استخیس شدن بی عیب و نقص (اشباع)از هر رشته فیبری توسط پلیمر مذاب. خیس شدن ناقص- لکه ها و حفره های خشکی ایجاد می کند که به نقاط خرابی تبدیل می شوند. ویسکوزیته پلیمر، سرعت خط و زمان ماندن در قالب به دقت کنترل می شود تا از اشباع کامل بدون وارد کردن تنش برشی بیش از حد بر روی الیاف، که می تواند منجر به شکستگی زودرس شود، کنترل می شود. یک پیوند سطحی قوی، که اغلب با اندازه‌گیری شیمیایی روی الیاف تقویت می‌شود، برای انتقال موثر تنش از ماتریس به الیاف تقویت‌کننده در قسمت نهایی حیاتی است.

مرحله 2:خنک کننده و گلوله سازی

هنگامی که پروفایل های کاملا آغشته شده-که اکنون رشته نامیده می شوند-از قالب خارج می شوند، بلافاصله از طریق یک خط خنک کننده منتقل می شوند. این مرحله از یک حمام آب یا هوای سرد برای محکم کردن سریع و یکنواخت ماتریس ترموپلاستیک استفاده می کند و الیاف{3}}در حال حاضر محافظت شده را در جای خود قفل می کند. این خنک کننده کنترل شده برای مدیریت کریستالی و جلوگیری از تنش های پسماند حیاتی است. سپس رشته‌های مرکب سرد شده و پیوسته به یک دستگاه برش‌کننده با سرعت بالا،-یا پلت‌ساز وارد می‌شوند. این دستگاه از یک روتور با تیغه های تیز استفاده می کند تا به طور معمول رشته ها را به صورت گلوله های استوانه ای با طول مشخص خرد کند.12 میلی متر (1/2 اینچ)، اما گاهی اوقات بین 10 میلی متر تا 25 میلی متر متغیر است. این مرحله از اهمیت بالایی برخوردار است: طول گلوله طول اولیه الیافی را که وارد دستگاه قالب گیری تزریق می شود را تعیین می کند. هر گلوله حاوی هزاران الیاف کاملاً تراز و یکطرفه است که همگی به اندازه طول خود گلوله هستند. این تضمین می کند که حداکثر طول الیاف بالقوه به مرحله قالب گیری نهایی منتقل می شود.

مرحله 3:قالب گیری تزریقی تخصصی

تبدیل نهایی از پلت به قطعه از طریق قالب گیری تزریقی اتفاق می افتد، اما این یک فرآیند بسیار تخصصی است که با قالب گیری استاندارد پلاستیک های پر نشده فاصله دارد. هدف اولیه این است کهبه حداقل رساندن ساییدگی فیبر (شکستگی). هم دستگاه و هم قالب برای این منظور بهینه شده اند. دستگاه قالب گیری تزریقی مجهز به یک طراحی خاص استپیچ برش پایین-و یک -دریچه بازرسی جریان آزاد برای ذوب و انتقال گلوله‌ها به آرامی بدون خرد کردن شدید الیاف. فشار برگشتی به حداقل می رسد. ابزار قالب نیز به همان اندازه حیاتی است و دارای دونده های بزرگ،- گرد و اندازه های دروازه بزرگ (مثلاً دریچه های زبانه یا فن) است تا به کامپوزیت مذاب اجازه دهد تا با حداقل محدودیت به داخل حفره جریان یابد. همانطور که ماده تزریق می شود، الیاف بلند جریان می یابند، جهت می گیرند و در هم می پیچند و در نهایت یک شبکه اسکلتی سه بعدی در هم تنیده در سراسر قسمت تشکیل می دهند. این شبکه همان چیزی است که خواص مکانیکی استثنایی را ارائه می دهد. کنترل دقیق سرعت تزریق، فشار، و دمای قالب برای تأثیرگذاری بر جهت گیری نهایی الیاف، مدیریت استحکام خط جوش، و اطمینان از عملکرد ثابت و{10}}قطعات با عملکرد بالا، در عکس‌برداری پس از عکس بسیار مهم است.

چرا کنترل فرآیند کلید عملکرد است؟

مراحل قبل یک حقیقت مهم در فناوری LFT را نشان می دهد:روند*است* محصول. خرابی در هر مرحله یک اثر آبشاری بر یکپارچگی قسمت نهایی دارد. به عنوان مثال، اشباع ضعیف در مرحله 1 منجر به نقاط ضعفی می شود که هیچ مقدار تخصص قالب گیری در مرحله 3 نمی تواند آنها را برطرف کند. به طور مشابه، یک پیچ تهاجمی-برشی بالا در دستگاه قالب‌گیری می‌تواند فوراً با شکستن الیاف به طول‌های کوتاه{{6} الیاف، فوراً مزایای کار با دقت و گلوله‌سازی را از بین ببرد. تسلط واقعی در ساخت LFT در درک و کنترل تعامل پیچیده بین این مراحل نهفته است. این هدف-پایان دادن{10}}کنترل فرآیند است که تشکیل اسکلت فیبر داخلی قوی را تضمین می‌کند، که مستقیماً به مقاومت در برابر ضربه، کاهش خزش و قابلیت اطمینان ساختاری افزایش یافته که مشتریان به آن وابسته هستند، ترجمه می‌شود.

ایست های بازرسی کلیدی کنترل کیفیت