장섬유 강화 열가소성 수지(LFRT)는 높은 기계적 성능이 요구되는 사출 성형 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다. LFRT 기술은 뛰어난 강도, 강성 및 내충격성을 제공할 수 있지만, 성형 부품이 달성할 수 있는 최종 성능을 결정하는 데 있어 가공 방식이 중요한 역할을 합니다.
LFRT를 성공적으로 성형하려면 이러한 소재의 고유한 특성 중 일부를 이해하는 것이 필수적입니다. LFRT와 기존 강화 열가소성 수지의 차이점을 인식하는 것은 LFRT의 가치와 성능 잠재력을 극대화하기 위한 특수 장비, 부품 및 금형 설계, 가공 기술의 개발을 촉진했습니다.
LFRT 사출 성형 중 섬유 길이를 보존하려면 다음 세 가지 핵심 영역을 고려해야 합니다.사출 성형기, 부품 및 금형 설계, 그리고 가공 조건입니다.
LFRT와 기존의 단섬유 또는 짧은 유리 섬유 강화 컴파운드의 핵심적인 차이점은섬유 길이입니다. LFRT에서 섬유는 일반적으로 펠릿과 동일한 길이를 가집니다. 이는 대부분의 LFRT 소재가 전단 기반 컴파운딩이 아닌 인발 성형 공정을 사용하여 제조되기 때문입니다.
LFRT 제조 과정에서 꼬이지 않은 유리 섬유 로빙의 연속 다발을 먼저 다이(die)를 통해 당겨서 수지로 코팅하고 함침시킵니다. 다이를 통과한 후, 연속 강화 플라스틱 가닥은 일반적으로 10~12mm 길이로 절단되거나 펠릿화됩니다. 반면, 기존의 짧은 유리 섬유 컴파운드는 일반적으로 3~4mm 길이의 절단된 섬유를 포함하며, 전단 기반 압출기에서 가공하는 동안 섬유 길이가 2mm 미만으로 더 줄어들 수 있습니다.
LFRT 펠릿의 더 긴 섬유 길이는 강성을 유지하면서 기계적 성능, 특히 내충격성과 인성을 향상시키는 데 도움이 됩니다. 섬유가 성형 중에 길이를 유지하는 한, 섬유는 소재 내에서 '내부 골격'을 형성하여 매우 높은 기계적 성능을 제공합니다.
그러나 잘못된 성형 관행은 장섬유 소재를 단섬유 소재로 효과적으로 바꿀 수 있습니다. 가공 중에 섬유 길이가 크게 감소하면 원하는 수준의 성능을 달성할 수 없습니다.
LFRT 가공에 대해 가장 자주 묻는 질문 중 하나는 기존 사출 성형 장비를 사용하여 이러한 소재를 성형할 수 있는지 여부입니다. 대부분의 경우, 단섬유 강화 컴파운드 가공용으로 설계된 장비를 LFRT에도 사용할 수 있습니다. 표준 단섬유 성형 장비가 대부분의 LFRT 부품 및 제품에 적합하지만, 특정 장비를 개조하면 가공 중에 섬유 길이를 더 잘 보존하는 데 도움이 될 수 있습니다.
일반적인공급-압축-계량 구성을 갖춘 범용 스크루가 이 공정에 적합합니다. 계량 구간의 압축비를 줄이면 섬유를 손상시킬 수 있는 전단을 최소화하는 데 도움이 될 수 있습니다.
약 2:1의 계량 구간 압축비가 LFRT 제품에 최적인 것으로 간주됩니다. LFRT는 기존의 짧은 유리 섬유 강화 열가소성 수지보다 마모가 적기 때문에 일반적으로 스크루, 배럴 또는 기타 구성 요소에 특수 금속 합금을 사용할 필요가 없습니다.
설계 검토를 통해 이점을 얻을 수 있는 또 다른 구성 요소는노즐 팁입니다. 일부 열가소성 소재는 역테이퍼 노즐 팁으로 가공하는 것이 더 쉬운데, 이는 소재가 금형 캐비티로 주입될 때 높은 수준의 전단을 발생시킵니다. 그러나 이러한 유형의 노즐 팁은 장섬유 강화 복합재의 섬유 길이를 크게 줄일 수 있습니다.
또한 노즐과 게이트 개구부는 최소5.5 mm(0.250 in.)의 직경으로 넉넉하게 크기를 조정해야 하며 날카로운 모서리가 없어야 합니다. 소재가 사출 성형 장비를 통해 어떻게 흐르는지 이해하고 과도한 전단으로 인해 섬유 파손이 발생할 수 있는 영역을 식별하는 것이 중요합니다.
적절한 부품 및 금형 설계 또한 LFRT의 섬유 길이를 보존하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다. 리브, 보스 및 기타 세부 사항을 포함한 부품 형상 주변의 날카로운 모서리를 제거하면 성형 부품의 불필요한 응력을 방지하고 섬유 손상을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.
부품은 다음을 사용해야 합니다: 공칭 벽 두께 설계 부품 전체에 걸쳐 비교적 균일한 벽 두께를 유지해야 합니다. 벽 두께의 큰 변화는 부품 내에서 일관되지 않은 충전과 바람직하지 않은 섬유 배향을 초래할 수 있습니다.
더 두껍거나 얇은 단면이 필요한 경우, 벽 두께의 급격한 변화는 피해야 합니다. 이러한 전이는 섬유를 손상시키고 응력 집중의 원인이 될 수 있는 높은 전단 영역을 생성할 수 있습니다. 일반적인 규칙으로, 게이트를 더 두꺼운 단면에 배치하고 재료가 더 얇은 단면으로 흐르도록 하여 충전의 끝부분이 더 얇은 영역에 위치하도록 하십시오.
일반적인 플라스틱 설계 지침은 벽 두께를 4 mm (0.160 in.) 미만으로 유지하여 원활하고 균일한 흐름을 촉진하고 싱크 마크 및 보이드 발생 가능성을 줄일 것을 권장합니다. LFRT 컴파운드의 경우, 최적의 벽 두께는 일반적으로 3 mm (0.120 in.) 정도이며, 최소 두께는 약 2 mm (0.080 in.)입니다.
부품 자체는 설계의 한 측면일 뿐입니다. 재료가 금형으로 어떻게 들어가는지 고려하는 것도 똑같이 중요합니다. 이러한 요소들이 캐비티로 재료를 안내하도록 적절하게 설계되지 않으면 러너 및 게이트 영역에서 상당한 섬유 손상이 발생할 수 있습니다.
LFRT 컴파운드용 금형을 설계할 때는 풀 라운드 러너(full-round runners)가 선호되며, 최소 직경은 5.5 mm (0.250 in.)입니다. 풀 라운드 구성이 아닌 다른 러너 설계는 성형 중 응력을 증가시키고 유리 섬유 보강재를 손상시킬 수 있는 모서리를 갖게 됩니다. 오픈 게이트가 있는 핫 러너 시스템은 허용됩니다.
최소 게이트 두께는 2 mm (0.080 in.)이어야 합니다. 가능한 경우, 캐비티로의 재료 흐름을 방해하지 않는 가장자리를 따라 게이트를 배치하십시오. 부품 표면에 위치한 게이트의 경우, 섬유 파손 및 그에 따른 기계적 성능 저하를 방지하기 위해 90° 회전이 필요할 수 있습니다.
마지막으로, 웰드 라인(weld lines)의 위치와 이것이 사용 중 하중이나 응력을 받는 부품 영역에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 주의를 기울여야 합니다. 적절한 게이트 배치를 사용하여 웰드 라인을 더 낮은 응력 수준이 예상되는 영역으로 이동시켜야 합니다.
컴퓨터 지원 금형 충전 해석은 이러한 웰드 라인이 어디에 위치할지 결정하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그런 다음 구조적 유한 요소 해석(FEA)을 사용하여 금형 충전 해석을 통해 식별된 웰드 라인 위치와 높은 응력 영역을 비교할 수 있습니다.
이러한 부품 및 금형 설계 지침은 절대적인 요구 사항이 아니라 권장 사항이라는 점에 유의해야 합니다. LFRT 컴파운드를 사용하여 우수한 성능을 달성한 얇은 벽, 벽 두께 변화, 복잡하거나 미세한 특징을 가진 부품의 예는 많이 있습니다.
그러나 설계가 이러한 권장 사항에서 멀어질수록 장섬유 기술의 완전한 이점을 얻기 위해 더 많은 시간과 노력이 필요할 수 있습니다.
적절한 가공 조건은 LFRT의 성공적인 성형에 매우 중요합니다. 올바른 가공 매개변수를 사용하면 고품질 LFRT 부품을 범용 사출 성형기와 적절하게 설계된 금형을 사용하여 생산할 수 있습니다.
즉, 적절한 장비와 금형 설계를 갖추더라도 가공 조건이 좋지 않으면 여전히 섬유 손상과 섬유 길이 손실이 발생할 수 있습니다. 따라서 성형 과정에서 섬유가 무엇을 마주하게 될지 이해하고 과도한 전단이 발생할 수 있는 영역을 식별하는 것이 필수적입니다.
첫째, 배압은 주의 깊게 모니터링해야 합니다. 과도한 배압은 재료에 높은 전단력을 가하여 섬유 길이를 감소시킬 수 있습니다. 배압을 0에서 시작하여 가소화 중에 스크류가 일정하게 후퇴하도록 보장하는 데 필요한 만큼만 높이는 것을 고려하십시오.
약 1.5–2.5 bar (20–50 psi)의 배압은 일반적으로 일관된 공급을 달성하기에 충분합니다.
높은 스크류 속도 또한 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 스크류가 빠르게 회전할수록 고체 또는 불충분하게 녹은 재료가 스크류의 압축 구간으로 유입될 가능성이 커져 섬유 손상을 일으킬 수 있습니다.
배압에 대한 권장 사항과 마찬가지로, 스크류 속도는 안정적이고 일관된 스크류 회복을 제공하는 범위 내에서 가능한 한 낮게 유지해야 합니다. LFRT 컴파운드를 성형할 때는 일반적으로 30–70 rpm의 스크류 속도가 사용됩니다.
사출 성형 중에는 전단력과 열의 복합적인 효과를 통해 용융이 발생합니다. LFRT 가공의 목표는 전단력을 최소화하여 섬유 길이를 보호하는 것이므로 일반적으로 더 많은 열이 필요합니다. 수지 시스템에 따라 LFRT 컴파운드의 가공 온도는 기존 강화 컴파운드에 사용되는 온도보다 일반적으로 10–30°C 더 높습니다.
기계 전체의 실린더 온도를 단순히 높이기 전에 역방향 실린더 온도 프로파일에 주의를 기울여야 합니다. 일반적인 조건에서는 재료가 호퍼에서 노즐 쪽으로 이동함에 따라 실린더 온도가 상승합니다. 그러나 LFRT의 경우 호퍼 쪽 온도를 더 높게 설정하는 것이 권장됩니다.
이러한 역방향 온도 프로파일은 LFRT 펠릿이 스크류의 고전단 압축 구간으로 들어가기 전에 연화 및 용융되도록 도와주어 섬유 길이를 보존하는 데 기여합니다.
마지막 가공 고려 사항은 분쇄 재료(regrind material)의 사용입니다. 성형 부품이나 스프루를 분쇄하면 일반적으로 섬유 길이가 짧아지므로, 분쇄 재료를 첨가하면 재료의 전체적인 섬유 길이에 영향을 줄 수 있습니다.
귀하의 애플리케이션, 요구되는 기계적 성능, 수지 시스템, 섬유 함량 및 가공 방법을 알려주십시오. 저희 팀이 적합한 장섬유 강화 열가소성 수지 솔루션을 평가하도록 도와드릴 수 있습니다.
우리를 따르라. :
-- 최신 토픽으로 업데이트 받기
이메일
한국의
English
français
Deutsch
русский
italiano
español
português
العربية
日本語
中文