장섬유 강화 폴리머(LFRP) - 원리 및 모범 사례

이 글에서는 장섬유 강화 폴리머(LFRP) 가공의 기본 원리와 모범 사례를 소개하고, 섬유 길이를 보존하고 까다로운 응용 분야에서 성능을 극대화하기 위한 실용적인 팁을 제공합니다.

섬유 강화 개요

유리 섬유나 탄소 섬유, 긴 섬유 또는 짧은 섬유 등 다양한 섬유를 첨가하면 열가소성 수지의 기계적 및 구조적 성능이 향상됩니다. 짧은 섬유와 긴 섬유의 주요 차이점은 섬유를 가공하는 방식에 있습니다.

• 짧은 섬유: 가공은 더 쉽지만, 무게 대비 강도 비율은 더 낮습니다.
• 긴 섬유: 취급에 주의가 필요하지만 강도, 인성, 피로 저항성 및 치수 안정성을 크게 향상시킵니다.

섬유 길이를 유지하되, 완벽함을 기대하지 마세요.

섬유 길이는 복합재 성능을 최적화하는 데 매우 중요합니다. 섬유가 끊어지면 강도와 인성이 저하되어 긴 섬유의 장점이 상쇄될 수 있습니다. 섬유 끊어짐의 원인은 다음과 같습니다.

• 부적절한 취급
• 설계가 부실한 공구 또는 금형
• 최적화되지 않은 처리 장비 및 조건

장섬유 소재 일반적으로 압출 성형 방식으로 생산됩니다.

• 연속 섬유 로빙을 함침 다이를 통해 뽑아냅니다.
• 수지가 섬유를 완전히 코팅하고 접착합니다.
• 섬유는 단방향 보강재가 포함된 펠릿(약 12mm) 형태로 잘게 잘립니다.

왼쪽: 수지 제거 후의 짧은 섬유 | 가운데: 사출 성형 부품 | 오른쪽: 긴 섬유 구조

장섬유 강화 복합재료의 장점

• 더 높은 강도 대 무게 비율
• 향상된 충격 저항성
• 피로 수명 연장
• 더욱 넓은 열 안정성
• 뛰어난 치수 안정성

탄소 섬유 복합재 금속을 대체할 수 있습니다:

• 강철보다 70% 가볍습니다.
• 알루미늄보다 40% 가볍습니다.

일반적인 기본 수지: PA/나일론, PP, ETPU, PEEK, PPA, PEI

식이섬유 함량: 유리섬유 강화율은 최대 70%, 탄소섬유(PP, PA, TPU) 강화율은 최대 60%입니다.

반결정성 수지는 비정질 수지보다 섬유 보강에 더 적합합니다.

LFRP 처리 시 주요 고려 사항

1. 금형 재질 및 설계

• 표준 금형강(P20)이 적합하며, 내구성을 높이려면 H13 또는 A9 강을 사용하십시오.
• 섬유 손상을 줄이기 위해 직경이 작은 게이트는 피하십시오. 넓은 부채꼴 모양 또는 완전 원형 게이트를 사용하는 것이 좋습니다.
• 러너에 날카로운 각도를 피하십시오. 큰 통풍구는 괜찮습니다.

2. 성형 장비

• 표준 사출 성형기는 약간의 조정만으로 LFRP를 가공할 수 있습니다.
• 권장 사항: 저압/범용 스크류, 최소 5.6mm 노즐, 테이퍼형/나일론 노즐은 피하십시오.
• 과도한 전단이나 체류 시간을 방지하기 위해 분사 용량의 60~70%만 채우십시오.

3. 처리 조건

• 뒤틀림 및 변형: 긴 섬유는 짧은 섬유에 비해 뒤틀림과 크리프 현상을 줄여줍니다. 게이트 배치와 부품 설계를 최적화하여 변형을 최소화하십시오.
• 건조: 제습 건조기를 -40°C의 이슬점 온도로 사용하십시오.
• 급송: 필터를 사용한 공압 이송; 급격한 굴곡을 피하십시오.
• 조형: 스크류 전단력과 배압을 최소화하고, 분쇄된 재분쇄물을 방지하십시오.
• 주입 속도 및 압력: 섬유 함량이 높은 경우 저속(25.4~50.8mm/s)으로 처리하고, 공급업체에서 권장하는 범위 내에서 조정하십시오.

부품 설계 지침

• 유동 방향을 따라 섬유가 정렬되도록 촉진합니다.
• 균일한 벽 두께: 최소 1.524mm, 최적 3.175mm, 5.08mm 초과 시 정렬 불량 발생.
• 갈비뼈 모양이 없는 길고 평평한 부분은 피하세요.
• 용접선을 전략적으로 배치하십시오. 섬유가 용접선을 강화해야 합니다.

긴 섬유질의 장점 보존

표준 수지/단섬유 가공 지침을 조정하십시오. 부적절한 취급, 금형 설계 또는 장비 설정은 높은 강도와 인성이라는 이점을 감소시키거나 없앨 수 있습니다. 최적의 방법을 따르면 장섬유 소재의 높은 비용이 정당화되고 성능이 보장됩니다.