장섬유 강화 열가소성 수지(LFRT)는 높은 기계적 특성을 지닌 사출 성형 분야에 사용되고 있습니다. LFRT 기술은 우수한 강도, 강성 및 충격 특성을 제공할 수 있지만, 이 재료의 가공 방법은 최종 부품에서 어떤 특성을 얻을 수 있는지 결정하는 데 중요한 역할을 합니다.

LFRT를 성공적으로 성형하려면 고유한 특성 중 일부에 대한 이해가 필요합니다. LFRT와 기존 강화 열가소성 수지의 차이점을 이해함으로써 LFRT의 가치와 잠재력을 극대화할 수 있는 장비, 설계 및 가공 기술이 개발되었습니다.

LFRT와 기존 단축형 단유리섬유 강화 컴파운드의 차이점은 섬유의 길이입니다. LFRT에서는 섬유의 길이가 펠렛의 길이와 동일합니다. 이는 대부분의 LFRT가 전단형 컴파운딩이 아닌 인발 성형 공정으로 생산되기 때문입니다.

LFRT 제조에서는 꼬이지 않은 유리 섬유 로빙의 연속 가닥을 먼저 코팅 및 수지 함침을 위해 다이 안으로 끌어들인 다음, 다이에서 나온 후 강화 플라스틱의 연속 스트립을 일반적으로 10~12길이로 짧게 자르거나 펠릿화합니다. mm. 대조적으로, 기존의 짧은 유리 섬유 컴파운드에는 길이가 3~4mm인 짧은 절단 섬유만 포함되어 있으며, 전단형 압출기에서는 일반적으로 2mm 미만으로 더욱 감소됩니다.

LFRT 펠릿의 섬유 길이는 강성을 유지하면서 LFRT의 기계적 특성(내충격성 또는 인성 증가)을 향상시키는 데 도움이 됩니다. 성형 공정 중에 섬유가 길이를 유지하는 한, 섬유는 탁월한 기계적 특성을 제공하는 "내부 골격"을 형성합니다. 그러나 성형 공정이 좋지 않으면 장섬유 제품이 단섬유 소재로 바뀔 수 있습니다. 성형 공정 중에 섬유의 길이가 손상되면 원하는 수준의 성능을 달성할 수 없습니다.

LFRT 성형 공정에서 섬유 길이를 유지하기 위해서는 사출 성형기, 부품 및 금형 설계, 가공 조건이라는 세 가지 중요한 측면을 고려해야 합니다.

나. 장비 고려사항

LFRT 가공에 관해 자주 묻는 질문은 기존 사출 성형 장비를 사용하여 이러한 재료를 성형하는 것이 가능한지 여부입니다. 대부분의 경우 단섬유 화합물을 성형하는 데 사용되는 장비는 LFRT를 성형하는 데에도 사용할 수 있으며, 일반적인 단섬유 성형 장비는 대부분의 LFRT 부품 및 제품에 적합하지만 섬유 길이를 더 잘 유지하는 데 도움이 되도록 장비를 일부 수정할 수 있습니다. .

일반적인 "공급-압축-계량" 섹션을 갖춘 범용 스크류가 이 공정에 매우 적합하며, 계량 섹션의 압축비를 줄임으로써 파괴적인 섬유 전단을 줄일 수 있습니다. LFRT 제품에는 약 2:1의 계량 섹션 압축 비율이 최적입니다. LFRT는 전통적인 단축 유리 섬유 강화 열가소성 수지만큼 마모가 발생하지 않기 때문에 나사, 배럴 및 기타 부품을 특수 금속 합금으로 만들 필요가 없습니다.

설계 검토를 통해 이점을 얻을 수 있는 또 다른 장비는 노즐 팁입니다. 일부 열가소성 재료는 재료가 금형 캐비티에 주입될 때 높은 전단력을 생성하는 역 테이퍼형 노즐 팁을 사용하여 가공하기가 더 쉽습니다. 그러나 이 노즐 팁은 장섬유 복합재의 섬유 길이를 크게 줄일 수 있습니다. 따라서 긴 섬유가 노즐을 통해 부품으로 쉽게 통과할 수 있도록 하는 100% "자유 흐름" 설계의 슬롯형 노즐 팁/밸브 어셈블리를 사용하는 것이 좋습니다.

또한, 노즐과 게이트 구멍의 직경은 5.5mm(0.250in) 이상이어야 하며 날카로운 모서리가 없어야 합니다. 재료가 사출 성형 장비를 통해 어떻게 흐르는지 이해하고 전단이 섬유를 끊는 위치를 결정하는 것이 중요합니다.

II. 부품 및 금형설계

좋은 부품 및 금형 설계는 LFRT의 섬유 길이를 유지하는 데에도 매우 유익할 수 있습니다. 일부 모서리(리브 라인, 탭 및 기타 특징 포함) 주변의 날카로운 모서리를 제거하면 성형 부품에 불필요한 응력이 가해지지 않고 섬유 마모가 줄어듭니다.

부품은 벽 두께가 균일한 공칭 벽 설계를 가져야 합니다. 벽 두께의 큰 변화로 인해 부품의 충진이 일관되지 않고 섬유 방향이 원치 않게 될 수 있습니다. 더 두껍거나 더 얇은 부품이 필요한 경우, 섬유를 손상시키고 응력 집중의 원인이 될 수 있는 고전단 영역의 형성을 방지하기 위해 벽 두께의 급격한 변화를 피하십시오. 일반적으로 두꺼운 벽의 게이트를 열고 얇은 부분으로 흐르도록 시도하며 채워진 끝은 얇은 부분에 유지합니다.

일반적으로 우수한 플라스틱 설계 원칙에 따르면 벽 두께를 4mm(0.160in) 미만으로 유지하면 균일한 흐름이 좋아지고 구멍과 공간이 생길 가능성이 줄어듭니다. LFRT 컴파운드의 경우 최적의 벽 두께는 일반적으로 약 3mm(0.120in)이고 최소 두께는 2mm(0.080in)입니다. 벽 두께가 2mm 미만인 경우 재료는 금형에 들어간 후 섬유가 파손될 가능성이 높습니다.

구성요소는 설계의 한 측면일 뿐이며 재료가 금형에 어떻게 들어가는지 고려하는 것이 중요합니다. 러너와 게이트가 재료를 캐비티 안으로 안내할 때 올바르게 설계하지 않으면 이러한 영역에서 많은 섬유 손상이 발생할 수 있습니다.

LFRT 컴파운드 성형용 금형을 설계할 때 최소 직경이 5.5mm(0.250in)인 완전히 둥근 러너가 최적입니다. 완전히 둥근 코너 러너가 아닌 다른 형태의 러너는 모서리가 날카로워 성형 공정 중 응력이 증가하고 유리 섬유 보강재가 파괴됩니다. 개방형 게이트가 있는 핫 러너 시스템이 허용됩니다.

게이트의 최소 두께는 2mm(0.080in)여야 합니다. 가능하다면 재료가 캐비티 안으로 들어가는 것을 막지 않는 가장자리를 따라 게이트를 배치하십시오. 기계적 특성을 감소시킬 수 있는 섬유 파손을 방지하려면 부품 표면의 게이트를 90° 회전해야 합니다.

마지막으로 융합선의 위치에 주의를 기울이고 사용 중에 부품이 하중을 받는(또는 응력을 받는) 영역에 융합선이 어떤 영향을 미치는지 아는 것이 중요합니다. 융합 라인은 적절한 게이트 배치를 통해 응력 수준이 낮을 것으로 예상되는 영역으로 이동해야 합니다.

컴퓨터화된 금형 충진 분석은 이러한 융합 라인의 위치를 ​​결정하는 데 도움이 될 수 있습니다. 구조적 유한 요소 분석(FEA)을 사용하면 높은 응력의 위치와 금형 충진 분석에서 식별된 융합선의 위치를 ​​비교할 수 있습니다.

이러한 부품 및 금형 설계는 단지 권장 사항일 뿐입니다. LFRT 콤플렉스를 사용하여 좋은 성능을 달성한 얇은 벽, 벽 두께 변화, 섬세하거나 미세한 특징을 가진 부품의 예가 많이 있습니다. 그러나 이러한 권장 사항에서 벗어날수록 LFRT의 모든 이점을 실현하려면 더 많은 시간과 노력이 필요합니다.


III. 가공조건

가공 조건은 LFRT의 성공에 매우 중요합니다. 올바른 가공 조건이 있으면 범용 사출 성형기와 적절하게 설계된 금형을 사용하여 우수한 LFRT 부품을 준비하는 것이 가능합니다. 즉, 장비와 금형 설계가 적절하더라도 가공 조건이 좋지 않으면 섬유 길이가 손상될 수 있습니다. 이를 위해서는 성형 과정에서 섬유가 무엇을 접하게 되는지 이해하고 과도한 섬유 전단이 발생하는 영역을 식별해야 합니다.

먼저 배압을 모니터링하십시오. 배압이 높으면 재료에 큰 전단력이 발생하여 섬유 길이가 줄어듭니다. 배압이 0인 상태에서 시작하여 공급 중에 스크류가 균일하게 돌아올 수 있을 만큼만 증가시키는 것을 고려하십시오. 일반적으로 1.5~2.5bar(20~50psi)의 배압을 사용하면 일관된 공급을 얻기에 충분합니다.

높은 스크류 속도도 해로운 영향을 미칩니다. 스크류 회전 속도가 빠를수록 고형물과 녹지 않은 재료가 스크류 압축 부분에 유입되어 섬유가 손상될 가능성이 높아집니다. 배압에 대한 권장 사항과 유사하게 속도는 충전 나사를 안정화하는 데 필요한 최소 수준까지 가능한 한 낮게 유지되어야 합니다. LFRT 컴파운드를 성형할 때 스크류 속도는 30~70r/min이 일반적입니다.

사출 성형 공정 중 용융은 전단력과 열이라는 두 가지 요인이 함께 작용하여 발생합니다. 목표는 전단력을 줄여 LFRT의 섬유 길이를 보존하는 것이므로 더 많은 열이 필요합니다. 수지 시스템에 따라 LFRT 컴파운드 처리 온도는 일반적으로 기존 성형 컴파운드보다 10~30°C 더 높습니다.

그러나 단순히 배럴 온도를 전반적으로 높이기 전에 배럴 온도 분포의 역수에 주목하는 것이 중요합니다. 일반적으로 배럴 온도는 재료가 호퍼에서 노즐로 이동함에 따라 상승합니다. 그러나 LFRT의 경우 권장 온도는 호퍼에서 더 높습니다. 온도 분포를 반전시키면 LFRT 펠릿이 고전단 스크류의 압축 섹션에 들어가기 전에 부드러워지고 녹게 되어 섬유 길이 유지가 용이해집니다.

처리에 관한 마지막 참고 사항은 재사용 재료의 사용과 관련됩니다. 성형 부품이나 스프루를 연삭하면 일반적으로 섬유 길이가 짧아지므로 재사용 재료를 추가하면 전체 섬유 길이에 영향을 미칠 수 있습니다. 기계적 특성을 크게 저하시키지 않기 위해 권장되는 재사용 재료의 최대량은 5%입니다. 재사용 재료의 양이 많을수록 충격 강도와 같은 기계적 특성에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.