장섬유 강화 열가소성 수지(LFRT)는 기계적 특성이 높은 사출 성형 응용 분야에 사용되고 있습니다. LFRT 기술은 우수한 강도, 강성 및 충격 특성을 제공할 수 있지만 이 재료의 처리 방법은 최종 부품에서 달성할 수 있는 특성을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다.

LFRT를 성공적으로 성형하기 위해서는 고유한 특성에 대한 이해가 필요합니다. LFRT와 기존 강화 열가소성 수지의 차이점을 이해함으로써 LFRT의 가치와 잠재력을 극대화하기 위한 장비, 설계 및 처리 기술이 개발되었습니다.

LFRT와 기존의 짧은 절단 유리 섬유 강화 화합물의 차이점은 섬유 길이입니다. LFRT에서 섬유의 길이는 펠렛의 길이와 동일합니다. 이는 대부분의 LFRT가 전단형 컴파운딩이 아닌 인발성형 공정으로 생산되기 때문입니다.

LFRT 제조에서 꼬이지 않은 유리 섬유 로빙의 연속 가닥은 먼저 코팅 및 수지 함침을 위해 다이로 당겨지고 다이에서 나온 후 강화 플라스틱의 이 연속 스트립은 보통 10~12 mm. 대조적으로, 기존의 짧은 유리 섬유 컴파운드는 3~4mm 길이의 짧은 절단 섬유만 포함하며 전단형 압출기에서는 일반적으로 2mm 미만으로 더 줄어듭니다.

LFRT 펠렛의 섬유 길이는 강성을 유지하면서 LFRT의 기계적 특성(내충격성 또는 인성 증가)을 개선하는 데 도움이 됩니다. 섬유가 성형 공정 중에 길이를 유지하는 한 우수한 기계적 특성을 제공하는 "내부 골격"을 형성합니다. 그러나 성형 공정이 불량하면 장섬유 제품이 단섬유 재료로 변할 수 있습니다. 성형 공정 중에 섬유 길이가 손상되면 원하는 수준의 성능을 얻을 수 없습니다.

LFRT 성형 공정 중에 섬유 길이를 유지하기 위해 고려해야 할 세 가지 중요한 측면이 있습니다. 사출 성형기, 부품 및 금형 설계, 가공 조건입니다.

I. 장비 고려 사항

LFRT 처리에 대해 자주 묻는 질문은 이러한 재료를 성형하기 위해 기존 사출 성형 장비를 사용할 수 있는지 여부입니다. 대부분의 경우 단섬유 컴파운드를 성형하는 데 사용되는 장비는 LFRT 성형에도 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 "피드-압축-계량" 섹션이 있는 범용 나사는 이 공정에 매우 적합하며, 계량 섹션의 압축비를 줄임으로써 파괴적인 섬유 전단을 줄일 수 있습니다. 약 2:1의 측정 섹션 압축비가 LFRT 제품에 최적입니다. LFRT는 기존의 단축형 유리 섬유 강화 열가소성 수지만큼 마모가 크지 않기 때문에 특수 금속 합금으로 나사, 배럴 및 기타 부품을 만들 필요가 없습니다.

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

또한 노즐과 게이트 구멍은 직경이 5.5mm(0.250in) 이상으로 넉넉해야 하며 날카로운 모서리가 없어야 합니다. 재료가 사출 성형 장비를 통해 흐르는 방식을 이해하고 전단이 섬유를 끊는 위치를 결정하는 것이 중요합니다.

II. 부품 및 금형 설계

우수한 부품 및 금형 설계는 LFRT의 섬유 길이를 유지하는 데에도 매우 유용할 수 있습니다. 일부 모서리 주변의 날카로운 모서리(리브 라인, 탭 및 기타 기능 포함)를 제거하면 성형 부품의 불필요한 응력을 방지하고 섬유 마모를 줄일 수 있습니다.

부품은 벽 두께가 균일한 공칭 벽 디자인이어야 합니다. 벽 두께의 큰 변화는 부품에 일관성 없는 채우기 및 원치 않는 섬유 배향을 초래할 수 있습니다. 더 두껍거나 더 얇은 부품이 필요한 경우 섬유를 손상시키고 응력 집중의 원인이 될 수 있는 높은 전단 영역의 형성을 피하기 위해 벽 두께의 급격한 변화를 피하십시오. 일반적으로 더 두꺼운 벽에서 게이트를 열고 더 얇은 부분으로 흐름을 시도하여 채워진 끝을 더 얇은 부분에 유지합니다.

일반적인 우수한 플라스틱 설계 원칙에 따르면 벽 두께를 4mm(0.160in) 미만으로 유지하면 흐름이 균일하게 유지되고 구덩이 및 공극 가능성이 줄어듭니다. LFRT 컴파운드의 경우 최적의 벽 두께는 일반적으로 약 3mm(0.120in)이고 최소 두께는 2mm(0.080in)입니다. 벽 두께가 2mm 미만인 재료는 금형에 들어간 후 섬유가 파손될 가능성이 높습니다.

구성 요소는 설계의 한 측면일 뿐이며 재료가 금형에 들어가는 방식을 고려하는 것이 중요합니다. 러너와 게이트가 재료를 캐비티로 안내할 때 올바르게 설계하지 않으면 이러한 영역에서 많은 섬유 손상이 발생할 수 있습니다.

LFRT 컴파운드 성형을 위한 금형을 설계할 때 최소 직경이 5.5mm(0.250in)인 완전히 둥근 러너가 최적입니다. 완전히 둥근 모서리 러너 이외의 다른 형태의 러너는 성형 공정 중에 응력을 증가시키고 유리 섬유 보강재를 파괴하는 날카로운 모서리를 갖게 됩니다. 개방형 게이트가 있는 핫 러너 시스템은 허용됩니다.

게이트의 최소 두께는 2mm(0.080in)여야 합니다. 가능하면 재료가 캐비티로 유입되는 것을 막지 않는 모서리를 따라 게이트를 배치하십시오. 기계적 특성을 저하시킬 수 있는 섬유 파손을 방지하기 위해 부품 표면의 게이트를 90° 회전해야 합니다.

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

전산화된 금형 충전 분석은 이러한 융합 라인이 배치될 위치를 결정하는 데 도움이 될 수 있습니다. FEA(구조적 유한 요소 해석)를 사용하여 높은 응력의 위치를 ​​금형 충전 해석에서 식별된 융합선의 위치와 비교할 수 있습니다.

이러한 부품 및 금형 설계는 권장 사항일 뿐입니다. LFRT 컴플렉스를 사용하여 우수한 성능을 달성한 얇은 벽, 벽 두께 변화 및 섬세하거나 미세한 기능을 가진 부품의 많은 예가 있습니다. 그러나 이러한 권장 사항에서 벗어날수록 LFRT의 모든 이점을 실현하는 데 더 많은 시간과 노력이 필요합니다.


III. 처리 조건

처리 조건은 LFRT의 성공에 매우 중요합니다. 올바른 가공 조건으로 범용 사출 성형기와 적절하게 설계된 금형을 사용하여 우수한 LFRT 부품을 준비할 수 있습니다. 즉, 적절한 장비와 금형 설계를 사용하더라도 열악한 가공 조건을 사용하면 섬유 길이가 손상될 수 있습니다. 이를 위해서는 성형 공정 중에 섬유가 접하게 되는 것을 이해하고 과도한 섬유 전단을 유발할 영역을 식별해야 합니다.

먼저 배압을 모니터링하십시오. 높은 배압은 재료에 큰 전단력을 도입하여 섬유 길이를 줄입니다. 배압이 0인 상태에서 시작하여 스크류가 이송 중에 균일하게 복귀할 수 있을 만큼만 증가시키는 것을 고려하십시오. 일반적으로 배압을 1.5~2.5bar(20~50psi)로 사용하면 일관된 이송을 얻기에 충분합니다.

높은 스크류 속도는 또한 해로운 영향을 미칩니다. 스크류가 더 빨리 회전할수록 고형물과 녹지 않은 물질이 스크류 압축 섹션으로 들어가 섬유 손상을 일으킬 가능성이 커집니다. 배압에 대한 권장 사항과 유사하게 충전 나사를 안정화하는 데 필요한 최소 수준으로 속도를 가능한 한 낮게 유지해야 합니다. LFRT 컴파운드를 성형할 때 일반적으로 30~70r/min의 스크류 속도가 사용됩니다.

사출 성형 공정 중에 용융은 함께 작용하는 두 가지 요소인 전단력과 열을 통해 발생합니다. 목표는 전단력을 줄여 LFRT의 섬유 길이를 보존하는 것이기 때문에 더 많은 열이 필요합니다. 수지 시스템에 따라 LFRT 컴파운드를 가공하기 위한 온도는 일반적으로 기존 성형 컴파운드보다 10~30°C 더 높습니다.

그러나 단순히 전반적으로 배럴 온도를 높이기 전에 배럴 온도 분포의 반대에 주목하는 것이 중요합니다. 일반적으로 재료가 호퍼에서 노즐로 이동함에 따라 배럴 온도가 상승합니다. 그러나 LFRT의 경우 권장 온도는 호퍼에서 더 높습니다. 온도 분포를 역전시키면 LFRT 펠릿이 고전단 스크류의 압축 섹션에 들어가기 전에 연화 및 용융되어 섬유 길이 유지가 용이해집니다.

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