היישום של חומרים מרוכבים LFT (Long Fiber Thermoplastic) במות דחוס

ל-LFT, כסוג של-חומר מרוכב בעל ביצועים גבוהים, יש יתרון מרכזי בכך שאורך הסיבים נשמר בדרך כלל על יותר מ-5 מילימטרים. בהשוואה לחומרים מחוזקים בסיבים קצרים- וחומרים תרמוסטיים, הוא מציע תכונות מכניות מעולות, יכולת מיחזור וגמישות דפוס. תהליך יציקת הדחיסה, עם המאפיינים של פעולת תבנית סגורה, לחץ הניתן לשליטה מדויקת ויציבות חזקה בייצור אצווה, הפך לנושא הליבה ליישום -בקנה מידה גדול של חומרי LFT. ההתאמה המשותפת של השניים יצרה מערכות יישומים בוגרות בתחומים מרובים כגון רכב, אנרגיה חדשה ומכשירי חשמל ביתיים, המספקות תמיכת ליבה לשדרוג קל משקל וירוק של מוצרים.

 

I. הבסיס לתאימות בין חומרי LFT ותהליך דפוס דחיסה

 

התאימות היעילה בין LFT וכלי דפוס דחיסה נובעת מהיישור העמוק של תכונות החומר ועקרונות התהליך. ברמת החומר, LFT משתמשת בעיקר בפוליפרופילן (PP) ובפוליאמיד (PA) כשרפי המטריצה ​​המרכזיים, בשילוב עם סיבי חיזוק כגון סיבי זכוכית וסיבי פחמן, ומעובדים לפרפורמים ארוכים, בצורת רצועה או בלוק- באמצעות תהליך הספגה ייעודי. פרפורמים אלה מפגינים נזילות מצוינת כאשר הם מחוממים, ומאפשרים להם למלא במלואו את חלל התבנית תחת הלחץ של תהליך יציקת הדחיסה. יתרה מכך, אובדן אורך הסיבים הוא בטווח הניתן לשליטה - תהליך יציקת הדחיסה יכול לשמור על אורך הסיבים הממוצע במוצר הסופי על 4-20 מילימטרים, מה שעולה משמעותית על ביצועי הזרקה בהקשר זה. זה ממקסם ביעילות את השפעת החיזוק של סיבים ארוכים, ובכך משפר משמעותית את עמידות הפגיעה, עמידות הזחילה ועמידות החום של המוצרים.

 

ברמה הטכנולוגית, יציקת LFT מורכבת בעיקר משני מסלולים טכניים: LFT-G (יציקת גרגירים) ו-LFT-D (יציקה ישירה מקוונת), ששניהם ניתנים להתאמה יעילה לתבנית יציקה. ביניהם, LFT-G משתמשת בגרגירים באורך של 12-25 מילימטרים כחומרי גלם, כאשר גרגירים בסביבות 25 מילימטרים מתאימים יותר לייצור דחיסה. לאחר חימום, פלסטיק ולחץ בתבנית, ניתן לשמור על אורך הסיבים של המוצר ביציבות על 3.2-6.4 מילימטרים. LFT-D, לעומת זאת, משלב תרכובות מקוונות, הספגת סיבים, אקסטרוזיה של טרום פורמים ודפוס לתהליך אחד, ומבטל את שלב עיבוד המוצר המוגמר למחצה. ניתן להתאים את אורך הסיבים בצורה גמישה ל-10-50 מילימטרים, וניתן להתאים במדויק את תכולת הסיבים, נוסחת השרף ויחס התוספות בהתאם לדרישות הספציפיות של מוצר התבנית. זה יכול לעמוד בדרישות הדפוס של תבניות בעלות מבנה מורכב, וניתן לקצר את מחזור הדפוס תוך 60 שניות, מה שמשפר משמעותית את היעילות של ייצור בקנה מידה גדול.

 

בהשוואה לחומרים מסורתיים כמו מתכות, SMC (Sheet Molding Compound) ו-GMT (Glass Fiber Mat Reinforced Thermoplastic), למוצרי יציקות דחיסה LFT (Long Fiber Thermoplastic) יש יתרונות משמעותיים במאזן העלות והביצועים: בהשוואה למתכות, ההשקעה בתבניות וציוד עיבוד נמוכה יותר, השפעת הפחתת המשקל של המוצרים היא יותר מ-30%, והשפעת החוזק של המוצרים היא גבוהה מ-30% יכול להפחית את תהליכי ההרכבה הבאים; בהשוואה ל-SMC, תהליך יציקת הדחיסה LFT הוא חסר ריח ואינו-רעיל, ניתן למחזר את הפיסות ולעשות בהם שימוש חוזר, מהירות היציקה מהירה פי כמה, והחוזק וקשיחות ההשפעה של המוצרים טובים יותר; בהשוואה ל-GMT, לחומר הגלם LFT יש נזילות טובה יותר, יכול להסתגל לחללי עובש מורכבים יותר, ועלות החומר נמוכה יותר, בעוד שביצועי הליבה זהים בעצם.

 

 

II. נקודות עיצוב ליבה של תבניות דחיסה LFT

 

מאפייני הזרימה של חומרי LFT והדרישה לשמירה על סיבים מטילים דרישות ספציפיות על התכנון המבני, בקרת הטמפרטורה ומערכת הפליטה של ​​מתבניות דחוס. הרציונליות של העיצוב משפיעה ישירות על איכות המוצרים ועל יציבות הייצור.

 

1. עיצוב מבני עובש

עיצוב החלל חייב להתאים באופן מלא לדפוס הזרימה של תבניות LFT, תוך אימוץ מבנה רץ שיפוע כדי למנוע פינות חדות וחריצים צרים שעלולים לגרום להצטברות או שבירה של סיבים. יחד עם זאת, יש לבצע אופטימיזציה של מיקום השער ומספרו בהתאם למורכבות המוצר כדי להבטיח מילוי אחיד של החלל. עבור תהליכי LFT-D, גודל החלל של התבנית חייב להתאים במדויק למפרטים של תבניות האקסטרוד המקוונות כדי להפחית את פסולת החומר מחיתוך ולהגדיל את ניצול החומרים ליותר מ-95%. בנוסף, יש לתכנן את משטח ההפרדה של התבנית באיטום-בדיוק גבוה כדי למנוע הצפת התכה במהלך החימום, מה שמבטיח דיוק ממדי של המוצרים, במיוחד עבור רכיבים בתעשיית הרכב וחלקי מארז סוללות שבהם בקרת סובלנות קפדנית.

 

2. עיצוב בקרת טמפרטורה ולחץ

התבנית צריכה להיות מצוידת במערכת בקרת טמפרטורה אזורית, תוך הגדרת פרמטרי טמפרטורה מתאימים בהתבסס על המאפיינים של שרף המטריצת LFT: טמפרטורת יציקת הדחיסה עבור LFT מבוסס PP- נשלטת בדרך כלל על 180-220 מעלות, ואילו עבור LFT מבוסס PA, בשל דרישות עמידות חום גבוהות יותר, הטמפרטורה צריכה להיות מוגברת לפני צורה של 002 מעלות ל-2 מעלות פלסטיק. למנוע נזק תרמי לסיבים. מבחינת בקרת לחץ, על התבנית לעמוד בלחץ שחול בסיסי של 4-6 מגפ"ס ובלחץ יציקת דחיסה של 5-15 מג"פ. יש לשלוט במדויק על קצב העמסת הלחץ באמצעות מערכת הידראולית כדי למנוע שבירה של סיבים עקב לחץ מופרז תוך הבטחת צפיפות המוצר, תוך שמירה על שיעור פגמי הייצור מתחת ל-1%.

 

3. עיצוב אגזוז ופירוק

במהלך יציקת דחיסה LFT, נוצרת כמות קטנה של חומרים נדיפים, ושארית אוויר נשארת בחלל. לכן, לתבנית צריכה להיות תעלות פליטה במקומות קריטיים כמו משטח הפרידה וקצה הרץ, עם שליטה מדויקת על רוחב ועומק התעלות כדי להקל על בריחה מהירה של אוויר וחומרים נדיפים תוך מניעת דליפת נמס. מערכת פירוק התבנית צריכה לאמץ מבנה פליטה אחיד מרובה-נקודות כדי למנוע כוח לא אחיד על המוצר במהלך הפליטה, שעלול לגרום לעיוות או לקילוף סיבים. בנוסף, ניתן ליישם טיפול נגד-הדבקות על פני חלל התבנית כדי לשפר את החלקות של הוצאת התבנית ולהפחית את עומס העבודה של תהליכי חיתוך הבאים.

 

מסגרת קדמית לרכב

 

III. תרחישי יישום ליבה של LFT במות דפוס דחיסה

 

1. תעשיית הרכב: הפתרון העיקרי לרכיבים מבניים קלים

תעשיית הרכב היא תחום היישום הבוגר ביותר של טכנולוגיית דפוס דחיסה LFT. מונעים על ידי המגמה של תקנות קלות משקל ותקנות סביבתיות ELV, מוצרים יצוקים בדחיסה LFT החליפו באופן נרחב מתכות וחומרים תרמוסטיים לייצור המוני של רכיבים מבניים וחצי-מבניים. ברכיבים כגון מודולים קדמיים-, קורות פגוש ומסגרות לוח מכשירים, מוצרים מעוצבים בדחיסה LFT-G שולטים בשל יתרונות העלות ויציבות הדפוס שלהם. לדוגמה, המסגרת הקדמית- של פולקסווגן גולף V מיוצרת באמצעות יציקת דחיסה LFT-D, איזון חוזק מבני ודרישות קל משקל.

 

בתחום רכבי האנרגיה החדשים, דפוס LFT הוא טכנולוגיה תומכת ליבה. לוחות הקצה של ערכת הסוללות של NIO ET5 מאמצים חומר PA6 LFT מחוזק בסיבי זכוכית ארוכים, שנוצר באמצעות תבניות LFT-D in-קו. שימור אורך הסיבים מגיע ל-35 מ"מ, וחוזק המתיחה יכול להגיע ל-180MPa. מחזור הדפוס לוקח רק 90 שניות, ומפחית את המשקל ב-35% בהשוואה ללוחות הקצה המסורתיים של סגסוגת אלומיניום. יחד עם זאת, יש לו ביצועי בידוד מעולים, המונעים למעשה את הסיכון לקצר בסוללה. הקורות האורכיות של השלדה ולוחות ההגנה של ערכת הסוללות וכו' משיגות איחוד של פגיעות אבן-, עמידות בפני קורוזיה וקל משקל באמצעות אופטימיזציה של מבנה התבנית, עם חיי שירות של עד 10 שנים או 200,000 קילומטרים. בנוסף, מסגרת המושב, תא הצמיגים הרזרבי וחלקים אחרים מאמצים את טכנולוגיית יציקת LFT, שיכולה להשיג את היציקה המשולבת של מבנים מורכבים באמצעות תבניות, להפחית את מספר החלקים ולהוזיל את עלויות ההרכבה.

 

2. תעשיית מכשירי חשמל ביתיים: שדרוג נתיב של רכיבים בעלי ביצועים גבוהים-

בתחום מכשירי החשמל הביתיים, טכנולוגיית דפוס LFT משמשת בעיקר כדי לפתור את הבעיות של חוזק לא מספיק וחיי שירות מוגבלים של חומרים מסורתיים, במיוחד עבור רכיבים של מכונות כביסה ומזגנים שיש להם דרישות נשיאה- של עומס ורעידות. יצרן מכונות כביסה ידוע-משתמש בחומר LFT-G PP-LGF 50% כדי ליצוק את רכיב התוף דרך תבנית יציקה. על ידי אופטימיזציה של פרמטרי הטמפרטורה והלחץ של התבנית, התכונות המכניות של המוצר משתפרות ב-30% עד 40%, מה שמשפר משמעותית את עמידות הבלאי ועמידות הרעידות של הרכיב. נכון לעכשיו, יותר מ-2,000 טונות של חומרים יושמו בקבוצות. בנוסף, מוצרים מעוצבים מסוג LFT משמשים לתושבת מזגנים חיצונית, חלקי מבנה-נושאים במקרר וכו', שיכולים להפחית משקל תוך שיפור עמידות מזג האוויר וחיי השירות, תוך עמידה בדרישות השימוש של תנאי עבודה חיצוניים ומורכבים.

 

3. שדות אחרים: יישומי הרחבה מבוססי-תרחיש

בתחום מכונות הבנייה משתמשים במוצרים יצוקים LFT ללוחות מגן, במות תפעול וכדומה. באמצעות ייעול עובש, מושג תכנון מבנה עמיד בפני פגיעות וקורוזיה. בהשוואה לחלקי מתכת, הם קלים יותר ובעלויות נמוכות יותר. בתחום הבנייה משתמשים במוצרים מעוצבים ב-LFT בשל עמידותם במזג האוויר ובתכונות הבידוד שלהם, ומתגבשים לפנלים דקורטיביים, תושבת -נושא עומס וכו' באמצעות תבניות מיוחדות, המתאימות לתרחישי שימוש חיצוני-לטווח ארוך. בתחום האנרגיה החדש, טכנולוגיית יציקת LFT משמשת גם עבור סוגריים פוטו-וולטאיים, קונכיות ציוד אחסון אנרגיה וכו', ומשיגה איחוד של ביצועי קל משקל ובידוד, בהתאם למגמת הפיתוח של אנרגיה ירוקה.

 

  

מגש סוללה לרכב אנרגיה חדש LFT

 

IV. יתרונות הליבה ואתגרים טכניים של יישומי יציקת LFT

 

1. יתרונות יישום ליבה

בנוסף ליתרונות הביצועים והעלות שהוזכרו קודם לכן, ליישומי יציקת LFT יש גם ערך סביבתי משמעותי ויתרונות ייצור אצווה. חומרי LFT תרמופלסטיים ניתנים למיחזור, וניתן לעשות שימוש חוזר בפסולת ייצור ובמוצרים שנגרמו ליציקה לאחר כתישה וגרגירה, עם שיעור שימור של תכונות מכניות של למעלה מ-85%, בהתאם למדיניות הפיתוח של הכלכלה המעגלית. למאפייני יצירת התבנית הסגורה של תבניות ה-LFT אין פליטת VOC, מה שמשפר למעשה את סביבת הייצור. במקביל, מחזור היציקה מתקצר ביותר מ-60% בהשוואה לתהליכי הנחת-ידניים, עם שיעור פגמים נמוך, העומד במלוא הדרישות של ייצור המוני-בקנה מידה גדול. בנוסף, נוסחאות חומר LFT הן בעלות גמישות גבוהה, ובאמצעות אופטימיזציה משותפת של תבניות ונוסחאות חומרים, ניתן להשיג פונקציות מותאמות אישית של המוצר, כגון הוספת מעכבי בעירה, מייצבי UV וכו', כדי לענות על הצרכים המיוחדים של תרחישים שונים.

 

2. אתגרים טכניים קיימים

למרות שיישומי דפוס LFT הפכו בשלים יחסית, הם עדיין מתמודדים עם כמה צווארי בקבוק טכניים: ראשית, קשה לשלוט באחידות של חלוקת הסיבים. תכנון שגוי של תעלת זרימת העובש עלול להוביל להצטברות סיבים או כיוון לא אחיד, ולהשפיע על עקביות ביצועי המוצר. שנית, העיצוב של מוצרי מבנה מורכבים קשה. עבור חלל עמוק וחלקים דקים-, יש צורך לשלוט במדויק על שדה טמפרטורת התבנית ושדה הלחץ כדי למנוע מילוי לא מספיק של הריק או שבירה מוגזמת של סיבים. שלישית, יכולת הסתגלות העלות של תבניות אינה מספקת. לתבניות לייצור LFT-בדיוק גבוה- יש השקעה ראשונית גבוהה, שיש לה השפעה מסוימת על היעילות הכלכלית של ייצור אצווה קטנה ובינונית.

 

מגש LFT

 

V. מגמות יישומים וכיווני פיתוח בעתיד, היישום של LFT בתבניות דחיסה ישודרג באופן איטרטיבי סביב שלושה כיוונים עיקריים: "ביצועים גבוהים, יעילות גבוהה ועלות נמוכה".

 

ברמת החומר, היישום המרוכב של LFT מחוזק בסיבי פחמן ומטריצת שרף עם ביצועים גבוהים- יקודם בהדרגה. בשילוב עם העיצוב של תבניות ייעודיות של דפוס דחיסה, החוזק הספציפי של המוצרים ישופר עוד יותר, והיישום יורחב לתחומים-מתקדמים כגון תעופה וחלל. ברמת התהליך, טכנולוגיית LFT-D תמשיך להיות אופטימלית. באמצעות האינטראקציה החכמה בין התבנית למערכת האקסטרוזיה המקוונת, ניתן להשיג-זמן אמת ובקרה מדויקת על פרמטרי היציקה, לקצר את מחזור היציקה ולשפר את קצב החזקת הסיבים. ברמת התבנית, היישום של תבניות משולבות, טכנולוגיה לשינוי מהיר של עובש ועיצוב אופטימלי-יהפוך לנפוץ יותר ויותר. באמצעות סימולציה לניבוי מסלול הזרימה של הריק ומצב ההפצה של הסיבים, ניתן לבצע אופטימיזציה מראש של מבנה העובש, ולהפחית את העלות והמחזור של ניסויי העובש.

 

בינתיים, עם הידוק מתמשך של מדיניות הגנת הסביבה ושדרוג הדרישות הקלות בתעשיות השונות, טכנולוגיית יציקת LFT תאיץ את היישום שלה בתחומים מתפתחים כמו רכיבי מעבר רכבת וקונכיות ציוד רפואי. החדשנות השיתופית של תבניות וחומרים תהפוך לכוח המניע הליבה לפרוץ את גבולות היישום, ולקדם את השינוי של יישומי יציקת LFT מטכנולוגיית "תחליף" לטכנולוגיה "מובילה".