Szálerősített anyagok fröccsöntése
Dr. KOVÁCS József Gábor
2015. november 18.
Előadásvázlat 2 / 32
• Fröccsöntés (szálas) • Ciklus (kiemelve a száltöltés szerepét) • Anyagok (mátrix, szál, adhézió) • Rövidszálas kompozitok • Orientáció • Összecsapási hibahely • Zsugorodás és deforfmáció • Száltöredezés
• Hosszúszálas fröccsöntés • Fröccs-kompaundálás
• Fröccsöntés prégeléssel • Ömledékfelhordásos technológia (DMC)
Fröccsöntés 3 / 32
• tetszőleges alakú 3D-s alkatrészeket és termékeket gyárthatunk (egy lépésben) • zárt szerszámban történő formaadással
• nagy nyomású, kis viszkozitású polimerömledék gyors belövellésével • szakaszos üzemmódban • gyakorlatilag hulladékmentesen
Fröccsöntés – ciklus 4 / 32
Kíméletes föccsöntés - ciklusidő
Anyagok 5 / 32
• Hőre lágyuló polimerek • Részben kristályos hőre lágyulók (PE, PP, PA, POM, PET, ...) • Amorf hőre lágyulók (PVC, PS, SAN, ABS, PMMA, PC, ...)
• Hőre nem lágyuló (térhálós) polimerek • Ritka térhálós (NR, PUR, ...) • Sűrű térhálós (PF, UP, EP, ...)
Termoplasztikus műanyagok 6 / 32
Amorf
Részben kristályos
Mechanikai tulajdonságok
Kúszási hajlam
Vegyszerállóság
Hajlítószilárdság
Kritikus nyúlás [%]
0,4 .. 0,8
0,5 .. 8
Bemetszésre való érzékenység
Használati hőmérséklet
Olvadási tartomány [°C]
10..50
1..3
Zsugorodás [%]
0,3 .. 8,8
1,0 .. 3
Felhasználás
a kisebb vetemedési hajlamot használják ki (pl.: borítások, fedelek, tokok)
olyan termékeknél, ahol nagyobb mechanikai feszültségek lépnek fel
Tulajdonságok
Erősített anyagok 7 / 32
Mechanikai tulajdonság? (Mit is jelent ez?) Max. menny., súly%
Rug. mod.
Nyúlás
Ütésállóság
Mérettartás
Lángállóság
üvegszál
60
ásványi anyagok
40
aramidszál
20
elasztomer
15
1
nincs hatással
nincs hatással
szerves égésgátló
20
szervetlen égésgátló
40
5
nincs hatással
nincs hatással
Adalékanyag
UV stabilizátor
antisztatikum
Polimer kompozitok 8 / 32
A kompozit:
• többfázisú (alkatrészeiben fázishatárokkal elválasztott) • összetett (több anyagból álló szerkezeti anyag) • erősítőanyag: • tipikusan szálerősítés, • tipikus szálátmérő: 10 m
• befoglaló anyag: • mátrix
Jellemzői: • • • •
nagy szilárdságú és általában nagy rugalmassági moduluszú erősítőanyag rendszerint kisebb szilárdrágú, de szívós (ütésálló) mátrix kitűnő kapcsolat (adhézió, tapadás) az erősítő anyag és a mátrix között tartósan fennmarad az adhézió
Vágott, rövid szállal erősített polimer kompozitok 9 / 32
•
Érvényesek a kompozitok definíciójából következő alapelvek.
•
Minimális szálhossz meghatározható a megfelelő beágyazottsághoz. Erőegyensúly esetén a határfelületen (t) feszültséget okozó nyíróerőt kell a szál saját szakítási szilárdsága (sf) által behatárolt erővel szembeállítani: d f f R 2 2 Rdz f z R 2 dz
•
Minimális szálhossz meghatározása az erőegyensúly alapján
•
a feszültség a szálban z irányban lineárisan nő egy kritikus Lc határ-hosszúságig „Kelly-Tyson” összefüggés:
Lc f D 2
fm
0
Lc/
2
L-Lc/2
L
z
Adhézió 10 / 32
Vágott, rövid szállal erősített polimer kompozitok 11 / 32
Az erősítés hatásfoka több tényező miatt korlátozott: •
a technikailag elérhető száltartalom (Vf) korlátozott (kisebb, mint a nagyszilárdságú kompozitokban)
•
a hatékonyságot az Lc korlátozza (száltöredezés)
•
a szálorientáció hatás (a statisztikus eloszlásban orientált szálak közül csak a terheléssel közel párhuzamos szálak erősítenek) PA6 GF60
•
a szálak orientációját az ömledékáramlás erőteljesen befolyásolja (szerszámkialakítás)
Szálhossz – alapanyag 12 / 32
szálhossz > 1mm
szálhossz < 1mm
Definíció: Ha a visszamaradó szálhossz nagyobb, mint 1 mm, akkor beszélünk hosszú-szálas fröccsöntésről.
Szálak hatása – mechanikai tulajdonságok 13 / 32
Szálak hatása – mechanikai tulajdonságok 14 / 32
…százalék [%]
64
Rugalmassági modulusz
56 48
Szilárdság
40
32 24 16
Ütésállóság
8 0
Szálhossz [mm]
Hosszú-szálas alkalmazások 15 / 32
Anyag útja – száltöredezés 16 / 32
Alapanyag polimer és szálak / töltőanyagok
Granulálás granulátum előállítása
Termék szálerősített és/vagy töltött rendszer
Fröccsöntés termék előállítása
Extrudálás szálak bekeverése
Anyag útja – száltöredezés 17 / 32
kopásálló csiga kompresszióviszony visszaáramlásgátló L/D
Homogenizáló
Kompressziós
Behúzó
Szilárd ágyból kilógó szálak letöredeznek
Erős száltöredezés a nagy nyírás következtében.
(L<1 mm)
(L=0,01 mm)
Minimális száltöredezés
Száltöredezés 18 / 32
Szálak hatása – mechanikai tulajdonságok 19 / 32
+
Orientáció a fröccsöntött termékben 20 / 32
folyási irány
a rétegvastagságok változhatnak
húzásra merev
húzásra lágy hajlításra lágy
hajlításra merev
Fröccsöntési hibák típusai 21 / 32
•
A darab hiányos
•
Behúzódási helyek
•
Lunkerek
•
Sorjaképződés
•
Nehézkes eltávolítás a szerszámból, sérülések
•
Hajszálrepedések
•
Vetemedés
•
Repedésképződés a beömlőcsonknál
•
Hólyagképződés
•
Folyási nyomvonalak és összecsapási nyomok
•
Durva vagy matt felület
•
Fekete csíkok a beömlőcsonknál
•
Hanglemezeffektus, narancshéjeffektus
•
Szabadsugár képződés
•
Delamináció
Vágott, rövid szállal erősített polimer kompozitok 22 / 32
PP-GF40
Orientáció, összecsapás ... 23 / 32
összecsapás 24 / 32
Szálak hatása - zsugorodás és vetemedés 25 / 32
Szálak hatása - zsugorodás és vetemedés 26 / 32
Szálak hatása orientáció és zsugorodás 27 / 32
ASTM D955
Száltöredezés – szerszám 28 / 32
• Főbb részei a szerszámnak („a polimer útja szerint”): beömlő csatorna • elosztó csatornák (több fészkes szerszám esetén) • gát Elosztó • termék •
Termék (4 db)
Beömlő
Gát
Hosszú szálakkal erősített fröccsöntés 29 / 32
• Fröccskompaundálás • Fröccsöntés prégeléssel • Ömledékfelhordásos technológia (DMC)
Fröccs-kompaunder 30 / 32
Ömledék tároló, adagoló
Szálbevezetés adagoló
Fröccsdugattyú
Kétcsigás extruder
Fröccsöntés prégeléssel 31 / 32
•
ICM (Injection Compression Molding)
•
Nyitott szerszámba fröccsöntünk („résnyire” „nyitva marad” a szerszám)
•
Perem van kialakítva a szerszámban, hogy az ömledék a szerszámtérben maradjon
•
Befröccsöntés lassú
•
NINCS utónyomás, azt a feladatot a szerszám zárása veszi át
Ömledékfelhordásos technológia 32 / 32
•
DCM (Deposite Compression Molding)
•
Függőleges zárómechaniznus
•
Mozgó fröccsegység (x, y, z pozícionálás) szélesrésű szerszámmal
•
Nyitott szerszámba az önledék szétterítése, majd a szerszám bezárása és préselés
•
Száltöredezés minimális
