Composites with thermoplastic matrix and automotive, Part 5

4. Vst�ikovací proces

Sušení granulátu - u navlhavých matric a vyztu�ujících plniv je nutno p�ed vlastním vst�ikovacím procesem za�adit technologickou operaci sušení granulátu. Samoz�ejm� u granulát� dodávaných od výrobce v suchém stavu tato operace odpadá. Ale v�dy je nutno sušit nespot�ebované granuláty po otev�ení jejich vzduchot�sných obal� a stejn� tak p�ípadné drt� nebo regranuláty.

Pozor na skladování granulát� v obalech s p�ístupem vzduchu - po transportu granulátu do místa zpracování m��e, v d�sledku zm�ny rosného bodu, na jejich povrchu zkondenzovat vlhkost, kterou je nutno odstranit, bu� samovolným sušením, tj. ponecháním v daném prost�edí po dobu n�kolika hodin nebo sušením v sušárnách.

Podmínky sušení jsou dány zpracovávaným materiálem, respektive jeho matricí a ur�uje je výrobce ve svém materiálovém list�. Podmínky obvykle platí pro sušení suchým, oh�átým vzduchem.

Nap�íklad pro v�tšinu LFT kompozit� s PA matricí platí následující podmínky sušení suchým vzduchem - teplota sušení 80 °C a doba sušení 4 a� 12 hodin (pozor na �loutnutí p�i delších dobách sušení ),  pro vakuované sušárny je mo�no zvýšit teplotu sušení na cca 100 °C a zkrátit dobu sušení na 3 a� 6 hodin. Za vysušené LFT kompozity s PA matricí pova�ujeme ty, je� mají zbytkovou vlhkost menší ne� 0, 2 %. Dovolený obsah zbytkové vlhkosti je op�t dán pou�itou konkrétní matricí.

Doba kontaminace vlhkostí vysušeného granulátu p�ed zpracováním, nap�íklad v násypce vst�ikovacího stroje je op�t závislá od pou�itého kompozitu, respektive jeho matrice. U PA kompozit� je to cca 1 hodina, u kompozit� s matricí nap�íklad PC nebo PBT v �ádu jednotek desítek minut.

Zpracování nevysušených materiál� má za následek hydrolitickou degradaci kompozit�, sní�ení mechanických vlastností výst�ik�, v�etn� vad povrchu.

Teplota taveniny - na teplotu taveniny má vliv:

• teplotní profil topných pásem plastika�ního válce vst�ikovacího stroje
• obvodová rychlost šneku p�i plastikaci - otá�ky šneku
• zp�tný odpor na šneku, jeho pr�b�h
• doba výdr�e taveniny v plastika�ní jednotce
• tolerance mezi h�betem šneku a vnit�ním povrchem plastika�ního válce - frik�ní �ást tepla p�ivedeného do taveniny
• rozm�r uvnit� zp�tného uzáv�ru - smykové namáhání taveniny a zvýšení její teploty

Teplotu taveniny také zvyšuje smykové namáhání ve vtokovém rozvodu, zejména v ústí vtoku, a také tok v tvarové dutin� formy, kde na taveninu p�sobí hydraulické odpory - tvarové prvky dutiny. Malé pr��ezy vtokových rozvod� a ústí vtoku mohou vést a� k tepelné degradaci taveniny.

Teplota taveniny není indikována nastavením teplot topných pásem plastika�ní komory.

Standardní profil nastavení teplot pásem plastika�ního válce je klesající od jeho trysky k násypce. Se zv�tšujícím se objemem dávky se, jak ji� bylo uvedeno, doporu�uje zm�nit profil na plochý nebo a� inverzní, tj. u násypky je teplota nejvyšší a na trysce nejni�ší. Cílem takového profilu je zajistit p�evod tepla do granulátu p�ed jeho vstupem do kompresní zóny šneku a tím minimalizovat délkovou degradaci vyztu�ujících dlouhých vláken.

Plnící prostor pod násypkou, který má vlastní chladící okruh, by se m�l udr�ovat na teplot� sušení granulátu - u PA kompozit� na teplot� 80 a� 100 °C. Takové nastavení šet�í energii a usnad�uje tepelný tok do granulátu v dávkovací zón�.

Teplota otev�ené trysky by m�la být nastavena na takovou hodnotu, aby nedocházelo k samovolnému vytékání taveniny nebo naopak, aby tryska nezamrzala.

Teplota formy - teplota formy je jedním z technologických parametr�, které rozhodují o kvalit� výst�ik�. Má vliv jak na vst�ikovací, tak i dotlakovou fázi vst�ikovacího procesu, v�etn� kvality povrchu výst�ik� a u �áste�n� krystalických plast� i na obsah krystalického podílu.

U výst�ik� s matricemi z �áste�n� krystalických materiál�, které budou následn� namáhány dalšími teplotními procesy - lakování, potisk, sterilizace, kondicionace, atd. - se doporu�uje pracovat s teplotou formy na horní hranici toleran�ního pole doporu�eného výrobcem konkrétního granulátu. Vysoká teplota formy sní�í nebezpe�í následné dokrystalizace a dosmršt�ní - zm�na rozm�r� a� mo�nost deformací.

Podle matrice a doporu�eného teplotního rozsahu formy výrobcem granulátu, teplotu formy realizujeme vodními beztlakovými - do 95 °C - nebo tlakovými - nad 100 a� do 200 °C - p�ístroji.

�išt�ní vst�ikovací jednotky - stejn� jako u b�ných vst�ikovacích granulát� i pro kompozity LFT v závislosti na jejich matrici platí, �e p�i p�erušení provozu se doporu�uje sní�it teplotu plastika�ního válce na p�íslušnou pohotovostní teplotu platnou pro danou matrici - obvykle cca 150 °C - a komoru vy�istit, aby nedošlo k materiálovému teplotnímu rozkladu a kontaminaci další výroby.

Po skon�ení výrobní dávky je v�dy nutno komoru plastika�ní jednotky vyprázdnit a p�ípadn� vy�istit. �ist�ní komor není výrazn� nutné, obvykle se jedná o výrobu technických výst�ik�, v mnoha p�ípadech v �erné barv�. Sklen�ná vlákna v kompozitu obsa�ená mají vlastní �istící efekt.

P�i kontrole taveniny vst�ikem do volného prostoru by m�l vyst�íknutý pramenec mít vzhled „lana“, s hrubým povrchem. Nesna�me se, jako u b�ných vst�ikovacích granulát�, dosáhnout lesklý a hladký povrch - ten v p�ípad� LFT materiál� ukazuje na délkovou degradaci vláken, na jejich zkrácení.

Vst�ikovací tlak a vst�ikovací rychlost - oba spolu svázané parametry - vst�ikovací tlak musí mít takovou hodnotu, aby dokázal realizovat v závislosti na všech hydraulických odporech p�i pln�ní tvarové dutiny formy polymerní taveninou nastavený pr�b�h vst�ikovací rychlosti - mají zajistit, p�ed p�epnutím ze vst�ikovacího tlaku na dotlak, objemové napln�ní tvarových dutin formy alespo� z 95 %.

Pro dosa�ení po�adované jakosti povrchu se na rozdíl od PA kompozit� s krátkými SV vlákny u PA kompozit� LFT pou�ívá pomalá vst�ikovací rychlost.

Tlaková úrove� dotlaku a doba dotlaku - obecné pravidlo �íká, �e dotlak a doba jeho p�sobení má být takové, aby se dosáhlo konstantní hmotnosti výst�iku nebo po�adovaných rozm�rových a tvarových po�adavk�. Díky tomu, �e ka�dý výst�ik je svým zp�sobem originál, není k dispozici jednotný p�ístup k jejich nastavení a toto je individuální podle konstrukce výst�iku, jeho materiálu, konstrukce formy, atd.

Stejn� jako p�i výrob� jiných výst�ik� je obvykle mo�no pracovat s n�kolika zp�soby p�epnutí ze vst�ikovacího tlaku na dotlak:

- podle tlaku v dutin� formy
- podle tlaku v hydraulickém systému vst�ikovacího stroje
- podle polohy šneku - nej�ast�ji pou�ívaný zp�sob
- podle �asu - tento zp�sob není doporu�en, proto�e nebere v potaz p�ípravu taveniny a p�epíná bez ohledu na mo�né zm�ny její viskozity, pou�ívá se jako ochranný �as zabra�ující p�epln�ní tvarové dutiny formy vst�ikovacím tlakem a vst�ikovací rychlostí p�i nep�epnutí podle jiného kritéria

Obvodová rychlost na šneku - otá�ky šneku/zp�tný odpor šneku - jedná se o parametry p�ípravy taveniny, které mají výrazný vliv na mo�nou délkovou degradaci vyztu�ujících vláken kompozitu.

Pro zabrán�ní nadm�rnému smykovému namáhání s p�ípadným zvýšením teploty a tedy mo�ností poškození vláken je nutno nastavit maximální obvodovou rychlost na šneku i v závislosti na matrici pod 0, 2 m/s, u matric jako nap�íklad PPS, PSU, PPA, PAI, PEEK, atd. pod 0, 15 m/s. P�evedeno na otá�ky šneku se jedná o co nejni�ší otá�ky.

Zp�tný odpor šneku by také m�l být co nejni�ší, jeho úrove� by m�la pouze zajistit dostate�né odplyn�ní vstupujícího granulátu a taveniny, aby byla zajišt�na konstantní hodnota dávky v ka�dém výrobním cyklu.

Oba výše uvedené parametry mají i vliv na opot�ebení šneku a plastika�ní komory a jejich co nejni�ší nastavení opot�ebení sni�uje.

Doba chlazení - je sou�ástí celkové doby cyklu a výrazn� závisí na tlouš�ce výst�iku - tlouš�ka p�i jejím výpo�tu je v druhé mocnin�, materiálu matrice, technologických parametrech vst�ikování - teploty taveniny, formy a vyhazování výst�ik� z formy.

U kompozit� typu LFT je obvykle mo�no pracovat s relativn� vysokými teplotami vyhazování výst�ik� z formy a tím ur�itým zp�sobem zkrátit dobu chlazení, respektive výrobního cyklu.

Zpracování drt� a regranulát� - hlavní výhoda kompozit� LFT je ve vyztu�ujícím efektu dlouhých vláken. Dr� p�ed p�ípadným následným zpracováním ji� jednou prošla degrada�ní historií - smykové a tepelné namáhání - v plastika�ním válci a ve form�. Regranulát, tj. dr� zpracovaná do formy granulátu prošel uvedenou historií, krom� formy ji� dvakrát.

Z uvedeného je z�ejmé, �e není mo�no, pro pevnostní výst�iky vy�adující vyztu�ení dlouhými vlákny, drt� nebo regranuláty pou�ívat.

Samoz�ejm�, proto�e se jedná o kvalitní materiály, je jejich drt� nebo regranuláty mo�no pou�ít pro výrobu pevnostn� mén� náro�ných výst�ik�.

5. Shrnutí hlavních pravidel pro zpracování LFT kompozit�

1. Granulát LFRT kompozit� by ji� p�ed vstupem do kompresní zóny šneku m�l být roztaven do taveniny

2. Profil rozd�lení teplot topných pásem plastika�ní jednotky vst�ikovacího stroje pro menší dávky - cca jeden a� jeden a p�l pr�m�ru šneku - by m�l mít mírn� klesající - od trysky k násypce - profil nebo profil plochý. V�tší dávky by m�ly mít profil od trysky k násypce stoupající

3. Pro sní�ení smykového namáhání, usnadn�ní pln�ní tvarových dutin formy taveninou a sní�ení vnit�ního pnutí ve výst�iku v d�sledku pou�ití vysokých vst�ikovacích tlak�, je nutno pracovat v oblasti horní tolerance výrobcem kompozitu doporu�eného rozp�tí teplot taveniny

4. Pro výrobu tvarových díl� forem je doporu�eno pou�ívat nástrojové ocele kalené na tvrdost 50 a� 65 HRC. P�i vst�ikování LFT kompozit� je opot�ebení menší nebo srovnatelné ne� u ekvivalentních materiál� s krátkými vlákny.

5. Teplota formy by m�la být na horní hranici doporu�eného rozp�tí - usnadní se pln�ní tvarových dutin formy, sní�í smykové namáhání, tlak v dutin� formy a zlepší jakost povrchu výst�iku

6. Ústí vtoku se umístí do oblasti s maximální tlouš�kou výst�iku, ale mimo oblast maximálních nap�tí - orientace vláken bude odpovídat po�adavku na vyztu�ující efekt

7. Ústí vtoku a rozvodné kanály - konstruovat je s velkými pr��ezy, ústí vtoku minimáln� 80 % z maximální tlouš�ky st�ny výst�iku - sní�ení smykového namáhání a zajišt�ní funkce dotlakové fáze.

P�i pou�ití horkých rozvod� volit ty s vn�jším vytáp�ním a otev�enou tryskou

8. Pro zajišt�ní sní�eného smykového namáhání a zmenšení povrchových vad, zejména v oblasti vtoku, se doporu�uje pou�ívat pomalých rychlostí vst�ikování - delší doby pln�ní tvarových dutin formy

9. Nutnost zajistit dostate�né odvzdušn�ní tvarových dutin formy, zejména s ohledem na mo�ný výskyt studených spoj�

10. Optimalizovat dotlakovou fázi pro zajišt�ní konstantní hmotnosti výst�ik� a rozm�rové a tvarové p�esnosti

11. Technologické parametry p�ípravy taveniny - obvodová rychlost na šneku ( otá�ky šneku ) a zp�tný odpor - p�ípadn� jejich profily udr�ovat na co nejni�ších hodnotách

12. Konstrukce výst�ik� vyráb�ných z LFRT kompozit� musí spl�ovat po�adavky technologi�nosti konstrukce výst�ik� z termoplast�

Záv�r

Jak ji� bylo napsáno, kompozitní materiály s termoplastickou matricí mají rozsáhlé pole pou�ití.

Z uvedeného d�vodu trh s polymerními granuláty nabízí pom�rn� širokou škálu materiál� - nej�ast�ji na bázi PP a PA , ale i PPA, PPS, PBT, PC, PUR, atd.

Krom� kompozit� s termoplastickou matricí své vyu�ití nacházejí i kompozity s reaktoplastickou matricí - nej�ast�ji kompozitní materiály typu SMC a BMC. Matrici v nich tvo�í nenasycené polyesterové prysky�ice (UP), vinylesterové prysky�ice (VE) nebo epoxidové prysky�ice (EP).

Kombinací matric a plniv se získají kompozity šité na míru p�íslušné aplikaci. Nej�ast�jší slo�ení kompozit� a technologie jejich zpracování:

- SMC ( Sheet Molding Compound ) - 28 % matrice, 29 % sklen�ných vláken (SV) o délce 25 a� 50 mm, 40 % neorganických plniv, nap�íklad uhli�itan vápenatý, kaolin, mastek, v poslední dob� i nano�ástice jílu - montmorillonit, 3 % ostatní; zpracovatelská technologie - lisování polotovar� - prepreg� - s r�zn� orientovanými a tvarovanými výztu�emi ve vytáp�ných dvoudílných ocelových formách, prepregy jsou v tzv. B stavu - viskozita matrice je tak vysoká, �e ji� nete�e, ale je lepivá

 - BMC (Bulk Molding Compound ) - 25 % matrice, 20 % SV - 6 a� 12 mm, 48 % neorganická vláknitá plniva, 7 % ostatní; zpracovatelská technologie - do vytáp�né ocelové formy se vlo�í tableta nebo voln� sm�s uvedených slo�ek, teplem dojde k roztavení reaktoplastické prysky�ice ve stavu resolu, k jeho toku a vytvrzení 

K dispozici je celá �ada technologií pro zpracování kompozit� s reaktoplastickou matricí, jako nap�íklad:

• vytvrzování v autoklávu
• ru�ní a strojní kladení prepreg�
• r�zné technologie navíjení
• lisování
• vst�ikování
• pultruze (vytla�ování )
• atd.

1. �as� »

2. �as� »

3. �as� »

4. �as� »