Xiamen LFT Composite Plastic Co.,LTD は 2009 年に設立され、製品の研究開発、研究開発、生産、販売マーケティングを統合した長繊維強化熱可塑性材料の世界的なブランドサプライヤーです。当社の LFT 製品は ISO9001&16949 システム認証に合格し、自動車、軍事部品および銃器、航空宇宙、新エネルギー、医療機器、風力エネルギー、スポーツ用品などの分野をカバーする多くの国家商標および特許を取得しています。

長繊維強化熱可塑性プラスチック 26 (LFRT) は、高い機械性能の射出成形用途に使用されています。 LFRT 技術は優れた強度、剛性、衝撃特性を提供しますが、この材料の加工方法は、最終部品でどのような特性を達成できるかを決定する上で重要な役割を果たします。[27]

LFRT の成形を成功させるには、LFRT の固有の特性のいくつかを理解することが不可欠です。 LFRT と従来の強化熱可塑性プラスチックの違いを理解することで、LFRT の価値と可能性を最大化するための装置、設計、および加工技術の開発が推進されました。

LFRT と従来のショートカットの短いガラス繊維強化コンパウンドの違いは、繊維の長さです。 LFRT では、繊維の長さはペレットの長さと同じです。これは、ほとんどの LFRT がせん断ブレンドではなく引抜成形プロセスを通じて製造されるという事実によるものです [33]。

LFRT 製造では、ガラス繊維の無撚ロービングの連続トウが、コーティングと樹脂含浸のために最初にダイヘッドに引き込まれ、ダイヘッドを出た後、強化プラスチックのこの連続ストリップは、通常はショートカットされるか、ペレット化されます。長さは10～12mmまで。対照的に、従来の短ガラス繊維複合材料には、長さ 3 ～ 4 mm の短繊維のみが含まれており、せん断押出機では通常 2 mm 未満にさらに縮小されます。
LFRT ペレットの繊維長は、LFRT の機械的特性の向上に役立ちます。つまり、剛性を維持しながら耐衝撃性や靭性が向上します。繊維が成形プロセス中にその長さを維持している限り、繊維は優れた機械的特性を提供する「内部骨格」を形成します。しかし、成形プロセスが不十分だと、長繊維製品が短繊維材料になってしまう可能性があります。成形プロセス中に繊維の長さが損なわれると、望ましいレベルの性能を達成することができなくなります。

LFRT 成形プロセス中に繊維の長さを維持するには、射出成形機、部品と金型の設計、および加工条件という 3 つの重要な側面を考慮する必要があります。

私。装備に関する考慮事項

LFRT 加工に関してよくある質問は、これらの材料を当社の既存の射出成形装置で成形できるかどうかです。ほとんどの場合、ステープルファイバー複合材の成形に使用される装置は、LFRT の成形にも使用できます。一般的なステープルファイバー成形装置は、ほとんどの LFRT 部品および製品に適していますが、繊維長をより適切に維持するために装置にいくつかの変更を加えることができます。 .


典型的な「供給-圧縮-計量」セクションを備えた汎用スクリューは、このプロセスによく適しており、計量セクションの圧縮率を下げることによって破壊的な繊維せん断を軽減できます。 LFRT 製品には、約 2:1 の計量圧縮比が最適です。 LFRT は従来のショートカット ガラス繊維強化熱可塑性プラスチックほど摩耗しないため、特殊な金属合金からネジ、バレル、その他の部品を製造する必要はありません [65]。
設計の見直しから恩恵を受ける可能性のあるもう 1 つの機器は、ノズル チップです。一部の熱可塑性プラスチック材料は、材料が金型キャビティに射出されるときに高度のせん断を発生させる逆テーパー ノズル チップを使用すると加工が容易になります。ただし、このノズルチップは長繊維複合材料の繊維長を大幅に短縮できます。したがって、長い繊維がノズルを通過して部品に容易に入ることができる、100% 「フリーフロー」設計のスロット付きノズル チップ/バルブ アセンブリを使用することが推奨されます。

さらに、ノズルとゲート穴の直径は 5.5 mm (0.250 インチ) 以上で、鋭利なエッジがあってはなりません。材料が射出成形装置内をどのように流れるかを理解し、せん断によって繊維が破壊される場所を判断することが重要です。

Ⅱ．部品と金型の設計

優れた部品と金型の設計は、LFRT の繊維長を維持するのにも大いに役立ちます。リブ ライン、タブ、その他の特徴を含む部品エッジの周囲の鋭い角を排除することで、成形部品内の不要な応力が回避され、繊維の摩耗が軽減されます。

部品は、均一かつ一貫した肉厚を備えた公称壁設計である必要があります。肉厚のばらつきが大きいと、成形品内で充填が不均一になったり、繊維の方向が望ましくない場合があります。部品を厚くしたり薄くしたりする必要がある場合は、繊維に損傷を与え、応力集中の原因となる可能性のある高せん断領域の形成を避けるために、肉厚の急激な変化を避けてください。通常は、厚い壁のゲートを開いて薄い部分に流れ込み、充填の端を薄い部分に保持しようとします。

一般的な優れたプラスチック設計原則では、壁の厚さを 4 mm (0.160 インチ) 以下に保つと均一な流れが促進され、へこみやボイドの可能性が低減されることが示唆されています。 LFRT 複合材料の場合、最適な壁の厚さは通常約 3 mm (0.120 インチ) で、最小の厚さは 2 mm (0.080 インチ) です。肉厚が 2 mm 未満の場合、材料が金型に入るときに繊維が破損する可能性が高くなります。

この部品はデザインの 1 つの側面にすぎません。材料がどのように金型に入るのかを考慮することも重要です。ランナーとゲートが材料をキャビティに導くとき、適切な設計がないと、これらの領域で繊維の大量の破損が発生する可能性があります。

LFRT 複合材料を成形するための金型を設計する場合、最小直径 5.5 mm (0.250 インチ) の完全に丸いランナーが最適です。完全に丸いランナー以外の形状のランナーには鋭い角があり、成形プロセス中に応力が加わることでグラスファイバー補強材が損傷する可能性があります。ゲートが開いているホット ランナー システムは許容されます。

ゲートの厚さは少なくとも 2mm (0.080 インチ) である必要があります。可能であれば、キャビティへの材料の流れを妨げないエッジに沿ってゲートを配置します。機械的特性を低下させる繊維の破損の開始を防ぐために、部品の表面のゲートを 90° 回転する必要があります。

最後に、融着線の位置に注意を払い、部品の使用時に荷重 (または応力) がかかる領域に融着線がどのような影響を与えるかを知ることが重要です。融合ラインは、適切なゲート レイアウトを通じて応力レベルが低いと予想される領域に移動する必要があります。

コンピュータによる金型充填解析は、これらの融着ラインがどこに配置されるかを決定するのに役立ちます。構造有限要素解析 (FEA) を使用すると、高応力の位置と金型充填解析で特定された融合線の位置を比較できます。

これらの部品と金型の設計は推奨にすぎないことに注意してください。優れた性能を達成するために LFRT 複合体を利用する、薄肉、肉厚のばらつき、繊細または微細な形状を備えた部品の例は数多くあります。しかし、これらの推奨事項から逸脱すればするほど、LFRT の利点を最大限に実現するには、より多くの時間と労力がかかることになります。[108]

Ⅲ．加工条件

処理条件は、LFRT の成功にとって重要です。適切な加工条件があれば、汎用射出成形機と適切に設計された金型を使用して、優れた LFRT 部品を製造することができます。言い換えれば、適切な装置と金型設計を行ったとしても、加工条件が悪ければ、繊維の長さが損なわれる可能性があります。これには、成形プロセス中に繊維がどのようなことに遭遇するかを理解し、過剰な繊維せん断を引き起こす領域を特定する必要があります。

まず、背圧を監視します。高い背圧により材料に大きなせん断力が生じ、繊維の長さが短くなります。ゼロ背圧から開始し、供給中にスクリューが均一に戻る点までのみ背圧を増加させることを考慮すると、通常、一貫した供給を得るには 1.5 ～ 2.5 bar (20 ～ 50 psi) の背圧で十分です。

高いスクリュー速度も悪影響を及ぼします。スクリューの回転が速いほど、固形物や未溶融物質がスクリューの圧縮セクションに入り込み、繊維に損傷を与える可能性が高くなります。背圧に関する推奨事項と同様に、速度は、充填されたスクリューを安定させるために必要な最小レベルまで可能な限り低く保つ必要があります。 LFRT 複合材料を成形する場合、スクリュー速度は 30 ～ 70 r/min が一般的です。

射出成形中、せん断と熱という 2 つの要素が連動して溶解が発生します。目的はせん断を低減することで LFRT の繊維の長さを維持することであるため、より多くの熱が必要になります。樹脂システムに応じて、LFRT コンパウンドを加工する温度は通常、従来の成形コンパウンドより 10 ～ 30 °C 高くなります。

ただし、単純にバレル温度を全面的に上昇させる前に、逆バレル温度分布に注意してください。通常、バレルの温度は、材料がホッパーからノズルに移動するにつれて上昇します。ただし、LFRT の場合は、ホッパーの温度を高くすることをお勧めします。温度分布を逆転させると、LFRT ペレットが高せん断スクリューの圧縮セクションに入る前に軟化し、溶融するため、繊維長の保持が容易になります。

加工に関する最後の注意点は、再利用材料の利用に関するものです。成形部品やスプルーを研削すると繊維の長さが短くなるのが一般的であるため、再利用材料の追加は繊維全体の長さに影響を与える可能性があります。機械的特性を著しく低下させないために、推奨される再生材料の最大量は 5% です。再生量が多いと、衝撃強度などの機械的特性に悪影響を及ぼす可能性があります。