کاربرد مواد کامپوزیتی LFT (لیاف بلند ترموپلاستیک) در قالب های قالب گیری فشاری

LFT، به عنوان یک نوع ماده کامپوزیتی با کارایی بالا، دارای یک مزیت اصلی است که طول الیاف معمولاً بیش از 5 میلی متر است. در مقایسه با مواد تقویت‌شده با الیاف کوتاه و مواد ترموست، خواص مکانیکی، قابلیت بازیافت و انعطاف‌پذیری قالب‌گیری عالی را ارائه می‌دهد. فرآیند قالب‌گیری فشرده، با ویژگی‌های عملکرد قالب بسته، فشار قابل کنترل دقیق، و پایداری قوی در تولید دسته‌ای، به حامل اصلی برای کاربرد{5}مقیاس وسیع مواد LFT تبدیل شده است. انطباق مشترک این دو سیستم‌های کاربردی بالغ را در زمینه‌های متعددی مانند خودرو، انرژی‌های نو و لوازم خانگی شکل داده است و پشتیبانی اصلی برای ارتقای سبک و سبز محصولات را فراهم می‌کند.

 

I. اساس سازگاری بین مواد LFT و فرآیند قالب گیری فشرده

 

سازگاری کارآمد بین LFT و ابزارهای قالب‌گیری فشرده‌سازی از همسویی عمیق خواص مواد و اصول فرآیند ناشی می‌شود. در سطح مواد، LFT در درجه اول از پلی پروپیلن (PP) و پلی آمید (PA) به عنوان رزین های ماتریس اصلی استفاده می کند، که با الیاف تقویت کننده مانند الیاف شیشه و فیبر کربن ترکیب شده و از طریق فرآیند آغشته سازی اختصاصی به شکل پریفرم های بلند، نواری یا بلوکی تبدیل می شود. این پریفرم ها هنگام گرم شدن سیالیت بسیار خوبی از خود نشان می دهند و به آنها اجازه می دهد تا حفره قالب را به طور کامل تحت فشار فرآیند قالب گیری فشرده پر کنند. علاوه بر این، از دست دادن طول الیاف در محدوده قابل کنترل است - فرآیند قالب‌گیری فشرده‌ای می‌تواند طول متوسط ​​الیاف را در محصول نهایی در 4 تا 20 میلی‌متر حفظ کند، که از این نظر به طور قابل‌توجهی از قالب‌گیری تزریقی بهتر عمل می‌کند. این به طور موثر اثر تقویت کننده الیاف بلند را به حداکثر می رساند و در نتیجه مقاومت در برابر ضربه، مقاومت در برابر خزش و مقاومت حرارتی محصولات را به طور قابل توجهی افزایش می دهد.

 

در سطح فناوری، قالب‌گیری LFT عمدتاً از دو مسیر فنی تشکیل می‌شود: LFT-G (قالب‌گیری گرانول) و LFT-D (قالب‌گیری مستقیم آنلاین)، که هر دو می‌توانند به طور مؤثر با قالب‌گیری سازگار شوند. در میان آنها، LFT{3}}G از گرانول‌هایی با طول 12{9}}25 میلی‌متر به‌عنوان مواد خام استفاده می‌کند، و گرانول‌های حدود 25 میلی‌متر برای قالب‌گیری فشاری مناسب‌تر هستند. پس از گرم کردن، پلاستیک سازی و تحت فشار قرار دادن در قالب، طول الیاف محصول را می توان به طور پایدار در 3.2-6.4 میلی متر حفظ کرد. از سوی دیگر، LFT{14}}D ترکیب آنلاین، اشباع الیاف، اکستروژن پریفرم‌ها و قالب‌گیری را در یک فرآیند واحد ادغام می‌کند و مرحله پردازش محصول نیمه تمام را حذف می‌کند. طول الیاف را می توان به طور انعطاف پذیر تا 10-50 میلی متر تنظیم کرد و محتوای فیبر، فرمول رزین و نسبت مواد افزودنی را می توان دقیقاً با توجه به نیازهای خاص محصول قالب تنظیم کرد. این می‌تواند نیازهای قالب‌گیری قالب‌های با ساختار پیچیده را برآورده کند، و چرخه قالب‌گیری را می‌توان در عرض 60 ثانیه کوتاه کرد و به طور قابل توجهی کارایی تولید در مقیاس بزرگ را افزایش داد.

 

در مقایسه با مواد سنتی مانند فلزات، SMC (ترکیب قالب‌گیری ورق) و GMT (ترموپلاستیک تقویت‌شده با الیاف شیشه)، محصولات قالب‌گیری فشرده LFT (ترموپلاستیک الیاف بلند) مزایای قابل‌توجهی در تعادل هزینه و عملکرد دارند: در مقایسه با فلزات، سرمایه‌گذاری در قالب‌ها و تجهیزات پردازش کمتر از 3 درصد است، اثر کاهش وزن بیش از 3 درصد محصولات می‌تواند کمتر باشد. بالا است، که می تواند فرآیندهای مونتاژ بعدی را کاهش دهد. در مقایسه با SMC، فرآیند قالب‌گیری فشاری LFT بی بو و سمی نیست، ضایعات را می‌توان بازیافت و مجدداً استفاده کرد، سرعت قالب‌گیری چندین برابر سریع‌تر است و استحکام و چقرمگی ضربه محصولات بهتر است. در مقایسه با GMT، ماده خام LFT سیالیت بهتری دارد، می تواند با حفره های قالب پیچیده تر سازگار شود و هزینه مواد کمتر است، در حالی که عملکرد هسته اساساً یکسان است.

 

 

II. نقاط اصلی طراحی قالب های قالب گیری فشاری LFT

 

ویژگی های جریان پذیری مواد LFT و نیاز به حفظ فیبر، خواسته های خاصی را بر طراحی ساختاری، کنترل دما و سیستم اگزوز قالب های قالب گیری فشاری تحمیل می کند. منطقی بودن طراحی به طور مستقیم بر کیفیت محصولات و ثبات تولید تأثیر می گذارد.

 

1. طراحی ساختاری قالب

طراحی حفره باید کاملاً با الگوی جریان پریفرم های LFT تطبیق داده شود و ساختار دونده گرادیان را اتخاذ کند تا از گوشه های تیز و شکاف های باریکی که می تواند باعث تجمع یا شکستن الیاف شود جلوگیری کند. در عین حال، مکان و تعداد دروازه باید بر اساس پیچیدگی محصول بهینه شود تا از پر شدن یکنواخت حفره اطمینان حاصل شود. برای فرآیندهای LFT{2}}D، اندازه حفره قالب باید دقیقاً با مشخصات پریفرم های اکسترود شده آنلاین مطابقت داشته باشد تا ضایعات مواد ناشی از برش کاهش یابد و استفاده از مواد به بیش از 95٪ افزایش یابد. علاوه بر این، سطح جداسازی قالب باید با مهر و موم کردن با دقت بالا- طراحی شود تا از سرریز مذاب در حین گرم شدن جلوگیری شود و از دقت ابعادی محصولات اطمینان حاصل شود، به ویژه برای قطعات در صنعت خودرو و قطعات بسته باتری که در آن کنترل تحمل سخت است.

 

2. طراحی کنترل دما و فشار

قالب باید مجهز به یک سیستم کنترل دمای منطقه‌ای باشد که پارامترهای دمایی مناسب را بر اساس ویژگی‌های رزین ماتریس LFT تنظیم می‌کند: دمای قالب‌گیری فشرده برای LFT مبتنی بر PP-به طور معمول در 180-220 درجه کنترل می‌شود، در حالی که برای LFT مبتنی بر PA، باید اطمینان حاصل شود که به دلیل افزایش مقاومت حرارتی 0 درجه حرارت تا 0 درجه، دمای قالب‌گیری فشرده‌ای برای LFT مبتنی بر PP{2}}220 درجه کنترل می‌شود. آماده سازی و جلوگیری از آسیب حرارتی به الیاف. از نظر کنترل فشار، قالب باید بتواند فشار اکستروژن پایه 4-6 مگاپاسکال و فشار قالب گیری تراکمی 5-15 مگاپاسکال را تحمل کند. نرخ بارگذاری فشار باید دقیقاً از طریق یک سیستم هیدرولیک کنترل شود تا از شکستن الیاف به دلیل فشار بیش از حد جلوگیری شود و در عین حال از چگالی محصول اطمینان حاصل شود و نرخ نقص تولید کمتر از 1٪ باشد.

 

3. طراحی اگزوز و تخریب

در طی قالب گیری فشاری LFT، مقدار کمی از مواد فرار تولید می شود و هوای باقی مانده در حفره باقی می ماند. بنابراین، قالب باید دارای کانال‌های خروجی در مکان‌های بحرانی مانند سطح جداکننده و انتهای رانر، با کنترل دقیق بر عرض و عمق کانال‌ها باشد تا ضمن جلوگیری از نشت مذاب، خروج سریع هوا و مواد فرار را تسهیل کند. سیستم قالب‌گیری باید یک ساختار پرتابی یکنواخت چند نقطه‌ای داشته باشد تا از نیروی ناهموار وارد بر محصول در حین پرتاب، که می‌تواند باعث تغییر شکل یا لایه‌برداری الیاف شود، جلوگیری کند. علاوه بر این، درمان ضد چسبندگی می‌تواند روی سطح حفره قالب اعمال شود تا صافی قالب‌گیری را بهبود بخشد و بار کاری فرآیندهای پیرایش بعدی را کاهش دهد.

 

قاب جلوی خودرو

 

III. سناریوهای کاربردی اصلی LFT در قالب های قالب گیری فشرده

 

1. صنعت خودرو: راه حل اصلی برای اجزای ساختاری سبک وزن

صنعت خودرو بالغ ترین زمینه کاربردی فناوری قالب گیری فشرده سازی LFT است. محصولات قالب‌گیری فشرده LFT با توجه به روند سبک‌وزنی و مقررات زیست محیطی ELV، به‌طور گسترده جایگزین فلزات و مواد ترموست برای تولید انبوه اجزای ساختاری- و نیمه ساختاری شده‌اند. در اجزایی مانند-ماژول‌های انتهایی، تیرهای سپر، و قاب‌های پانل ابزار، محصولات قالب‌گیری فشرده LFT{4}G به دلیل مزایای هزینه و پایداری قالب‌گیری غالب هستند. به عنوان مثال، قاب جلویی-فولکس واگن Golf V با استفاده از قالب‌گیری فشاری LFT{7}}، تعادل ساختاری و الزامات وزن سبک ساخته شده است.

 

در زمینه وسایل نقلیه با انرژی جدید، قالب گیری LFT یک فناوری پشتیبانی کننده اصلی است. صفحات انتهایی بسته باتری NIO ET5 از مواد PA6 LFT تقویت شده با الیاف شیشه بلند استفاده می کنند که از طریق قالب های قالب گیری خطی LFT-D در- تشکیل می شود. حفظ طول فیبر به 35 میلی متر می رسد و استحکام کششی می تواند به 180 مگا پاسکال برسد. چرخه قالب‌گیری تنها 90 ثانیه طول می‌کشد و وزن را تا 35 درصد در مقایسه با صفحات انتهایی آلیاژ آلومینیوم سنتی کاهش می‌دهد. در عین حال، عملکرد عایق عالی دارد و به طور موثر از خطر اتصال کوتاه باتری جلوگیری می کند. تیرهای طولی شاسی و صفحات محافظ بسته باتری و غیره از طریق بهینه سازی ساختار قالب با عمر مفید تا 10 سال یا 200000 کیلومتر، به یکپارچگی ضد ضربه سنگ، مقاومت در برابر خوردگی و سبک وزن می‌رسند. علاوه بر این، قاب صندلی، محفظه لاستیک زاپاس و سایر قطعات از فناوری قالب‌گیری LFT استفاده می‌کنند که می‌تواند قالب‌گیری یکپارچه سازه‌های پیچیده را از طریق قالب‌ها به دست آورد، تعداد قطعات را کاهش دهد و هزینه‌های مونتاژ را کاهش دهد.

 

2. صنعت لوازم خانگی: ارتقای مسیر مولفه‌های-با عملکرد بالا

در زمینه لوازم خانگی، فناوری قالب‌گیری LFT عمدتاً برای حل مشکلات استحکام ناکافی و عمر مفید محدود مواد سنتی، به‌ویژه برای اجزای ماشین‌های لباسشویی و تهویه‌کننده‌های تهویه مطبوع که نیازمند بار-و ارتعاش هستند، استفاده می‌شود. یک-سازنده معروف ماشین لباسشویی از مواد LFT-G PP-LGF 50% برای قالب‌گیری جزء درام از طریق قالب قالب‌گیری استفاده می‌کند. با بهینه سازی پارامترهای دما و فشار قالب، خواص مکانیکی محصول بین 30 تا 40 درصد بهبود می یابد و به طور قابل توجهی مقاومت سایش و مقاومت در برابر لرزش قطعه را افزایش می دهد. در حال حاضر بیش از 2000 تن مواد به صورت دسته ای اعمال شده است. علاوه بر این، محصولات قالب‌گیری شده LFT برای براکت‌های تهویه مطبوع در فضای باز، بار یخچال{13} دارای قطعات ساختاری و غیره استفاده می‌شوند، که می‌توانند وزن را کاهش دهند و در عین حال مقاومت در برابر آب و هوا و عمر مفید را بهبود بخشند و شرایط استفاده در شرایط کاری پیچیده و بیرونی را برآورده کنند.

 

3. سایر زمینه ها: برنامه های توسعه مبتنی بر سناریو{1}

در زمینه ماشین آلات ساختمانی از محصولات قالب گیری LFT برای صفحات محافظ، سکوهای عملیاتی و ... استفاده می شود. از طریق بهینه سازی قالب، طراحی ساختاری مقاوم در برابر ضربه و خوردگی حاصل می شود. در مقایسه با قطعات فلزی سبک تر و هزینه کمتری دارند. در زمینه ساخت و ساز، محصولات قالب‌گیری شده LFT به دلیل مقاومت در برابر آب و هوا و ویژگی‌های عایق استفاده می‌شوند و از طریق قالب‌های مخصوص به پانل‌های تزئینی، براکت‌های باربر و غیره تبدیل می‌شوند که برای سناریوهای استفاده طولانی‌مدت در فضای باز مناسب است. در زمینه انرژی جدید، فناوری قالب‌گیری LFT برای براکت‌های فتوولتائیک، پوسته‌های تجهیزات ذخیره‌سازی انرژی و غیره نیز استفاده می‌شود و به یکپارچگی عملکرد سبک وزن و عایق، مطابق با روند توسعه انرژی سبز، دست می‌یابد.

 

  

سینی باتری خودروهای انرژی جدید LFT

 

IV. مزایای اصلی و چالش های فنی کاربردهای قالب گیری LFT

 

1. مزایای برنامه اصلی

علاوه بر مزیت های عملکرد و هزینه که قبلاً ذکر شد، کاربردهای قالب گیری LFT دارای ارزش زیست محیطی قابل توجهی و مزایای تولید دسته ای نیز هستند. مواد گرمانرم LFT را می توان بازیافت کرد، و ضایعات تولیدی و محصولات ضایع شده را می توان پس از خرد کردن و دانه بندی شدن، با نرخ حفظ خواص مکانیکی بیش از 85 درصد، مجدداً- برای قالب گیری استفاده کرد. ویژگی‌های قالب‌گیری بسته قالب‌های قالب‌گیری LFT هیچ انتشار VOC ندارند و به طور موثر محیط تولید را بهبود می‌بخشند. در عین حال، چرخه قالب‌گیری بیش از 60 درصد در مقایسه با فرآیندهای{6}}دستی کوتاه می‌شود، با نرخ عیب کم، که کاملاً نیازمندی‌های تولید انبوه-در مقیاس بزرگ را برآورده می‌کند. علاوه بر این، فرمول‌های مواد LFT انعطاف‌پذیری بالایی دارند و از طریق بهینه‌سازی مشترک قالب‌ها و فرمول‌های مواد، می‌توان به عملکردهای سفارشی محصول، مانند افزودن بازدارنده‌های شعله، تثبیت‌کننده‌های UV و غیره دست یافت تا نیازهای ویژه سناریوهای مختلف را برآورده کند.

 

2. چالش های فنی موجود

اگرچه کاربردهای قالب‌گیری LFT نسبتاً بالغ شده‌اند، اما همچنان با تنگناهای فنی روبرو هستند: اولاً، کنترل یکنواختی توزیع الیاف دشوار است. طراحی نادرست کانال جریان قالب می تواند منجر به تجمع فیبر یا جهت گیری ناهموار شود و بر ثبات عملکرد محصول تأثیر بگذارد. دوم، قالب گیری محصولات ساختار پیچیده دشوار است. برای حفره عمیق و قسمت‌های{3}}دیواره نازک، لازم است که میدان دمای قالب و میدان فشار دقیقاً کنترل شود تا از پر شدن ناکافی قسمت خالی یا شکستگی بیش از حد الیاف جلوگیری شود. سوم، سازگاری هزینه قالب ها کافی نیست. قالب‌های قالب‌گیری با دقت بالا-LFT-D سرمایه اولیه بالایی دارند، که تأثیر خاصی بر کارایی اقتصادی تولید دسته‌ای کوچک و متوسط ​​دارد.

 

سینی LFT

 

V. روندهای کاربردی و جهت گیری های توسعه در آینده، کاربرد LFT در قالب های قالب گیری فشرده به طور مکرر در حول سه جهت اصلی ارتقا خواهد یافت: "عملکرد بالا، راندمان بالا، و هزینه کم".

 

در سطح مواد، کاربرد ترکیبی LFT تقویت‌شده با فیبر کربن و ماتریس رزین{0}با کارایی بالا به تدریج ترویج خواهد شد. همراه با طراحی قالب‌های قالب‌گیری فشرده اختصاصی، استحکام ویژه محصولات بیشتر افزایش می‌یابد و کاربرد به زمینه‌های پیشرفته مانند هوافضا گسترش می‌یابد. در سطح فرآیند، فناوری LFT{4}}D به بهینه سازی ادامه خواهد داد. از طریق تعامل هوشمند بین قالب و سیستم اکستروژن آنلاین، زمان واقعی و کنترل دقیق پارامترهای قالب‌گیری را می‌توان به دست آورد و چرخه قالب‌گیری را کوتاه کرد و نرخ نگهداری الیاف را بهبود بخشید. در سطح قالب، استفاده از قالب‌های یکپارچه، فناوری تغییر سریع قالب، و طراحی بهینه شبیه‌سازی به طور فزاینده‌ای گسترده خواهد شد. از طریق شبیه سازی برای پیش بینی مسیر جریان خالی و وضعیت توزیع الیاف، ساختار قالب را می توان از قبل بهینه کرد و هزینه و چرخه آزمایش های قالب را کاهش داد.

 

در همین حال، با تشدید مداوم سیاست‌های حفاظت از محیط زیست و ارتقاء تقاضای سبک وزن در صنایع مختلف، فناوری قالب‌گیری LFT کاربرد آن را در زمینه‌های نوظهور مانند قطعات حمل و نقل ریلی و پوسته‌های تجهیزات پزشکی تسریع خواهد کرد. نوآوری مشترک قالب ها و مواد به نیروی محرکه اصلی برای شکستن مرزهای برنامه تبدیل می شود و تبدیل برنامه های قالب گیری LFT از فناوری "جایگزین" به فناوری "پیشرو" را ارتقا می دهد.