Types of conductive thermoplastics - replacement of metallic materials in engineering structures, part 4

Termoplasty s magnetickými vlastnostmi

Magnetické termoplasty lze nap�íklad nalézt na:  

- www.barlogplastics.de - KEBABLEND/M
- www.ms - schramberg.de
- www.cibas.it
- www.polymerpowderstechnology.com
- www.pptcltd.co.uk, zde i tepeln� a elektricky vodivé termoplasty
- www.max.co.jp
- www.iandp.co.jp

Uvedené firmy vyráb�jí a dodávají:

- sintrované magnety
- plastové deskové magnety
- plasty a kompozity
- systémy zabudování magnet�
- standardní upínací systémy pro magnety
- výpo�ty v oblasti pou�ití magnet�

Magnety jsou nej�ast�ji vyráb�ny z:

- tvrdých feritových látek
- kysli�ník� vzácných zemin - NdFeB - Neodymium - Iron. Boron

   - SmCo - Samarium - Cobalt
   - Sm FeN - Samarium - Iron - Nitride

Typické hodnoty maximální magnetické indukce - T:

- ferit izotropní - 0, 21
- ferit anizotropní - 0, 40
- SmCo - 1, 02
- NdFeB - 1, 32

Magnetické plasty, respektive výrobky z nich je mo�no nej�ast�ji vyrobit t�mito technologickými postupy:

- od specializovaného výrobce nakoupený magnetický polotovar se zast�íkne p�íslušným polymerním materiálem
- polotovar - kompozit - polymerní matrice a plnivo z magnetického feritového prášku nebo prášku z kysli�ník� vzácných zemin - se lisuje, vytla�uje nebo vst�ikuje
- nej�ast�jšími matricemi jsou PA 6, PA 12, PPS - jejich pou�ití závisí i na teplot� materiálu, jím� polotovar obst�ikujeme
- vyrobený polotovar je mo�no pou�ít jako ji� hotový výrobek nebo jako insert pro další zpracování - zast�íknutí
- vst�ikování nebo vytla�ování specializovaným kompaundérem vyrobených polymern� pojených magnetických kompozit�.

obr.: Dr�ení magnet� z KEBABLEND  M, vyrobeného p�i 2K vst�ikovacím procesu, Foto: BARLOG plastics GmbH

Záv�r - Technologie vst�ikování tepeln�, elektricky vodivých a magnetických termoplast�

Obecn� je mo�no uvést, �e mezi vst�ikováním standardních termoplast�, respektive kompozitních materiál� se standardními �ásticovými nebo vyztu�ujícími plnivy a granuláty s tepeln� nebo elektricky vodivými vlastnostmi a magnetickými vlastnostmi není prakticky �ádný výrazný rozdíl.

P�i pou�ití všech druh� a typ� vst�ikovacích termoplast� v�dy musí platit, �e vyráb�ný výst�ik musí odpovídat po�adavk�m technologi�nosti konstrukce výst�ik� z termoplast�.

P�i konstrukci výst�ik� zejména z tepeln� vodivých kompozit�, ale i elektricky vodivých a magnetických, je výhodné ov��ení jak jejich tepelných vlastností, tak i pln�ní formy polymerní taveninou, ov��it systém temperace formy, deformace a smršt�ní, p�ípadn� rozlo�ení vyztu�ujících plniv pomocí n�kterého simula�ního programu.

V opa�ném p�ípad�, granulát s t�mi nejlepšími vlastnostmi je granulátem relativn� drahým - podle odebraného mno�ství od cca 7,  -  do cca 11,  - EUR a bohu�el, vyhozeným do skupiny nepoda�ených aplikací.

Obdobn� to platí i pro vst�ikovací formu, její� konstrukce se prakticky neliší od b�ných forem.

Z pohledu pou�itého materiálu forem na výrobu tvarových díl�, je nutno vzít do úvahy, �e ve form� se budou zpracovávat kompozitní materiály s abrazivními a v mnoha p�ípadech korozivními plnivy.

Tepeln� vodivé materiály:

• sušení  - standardní
• teplota taveniny - u tepeln� a elektricky vodivých materiál� je doporu�ena, pro udr�ení po�adovaných elektrických vlastností, vyšší ne� p�i zpracování standardních granulát� - o cca 10 a� 25 °C
• teplota formy - stejná jako u standardních granulát�
• zp�tný odpor na šneku - nízký
• vst�ikovací rychlost - st�ední
• �išt�ní plastika�ní komory - standardní, HD - PE, HI - PS
• horký rozvod - je akceptovatelný
• vyhazovací úkos - minimáln� 1 ° na stranu
• odvzdušn�ní - hloubka odvzduš�ovacího kanálu od 0, 013 do 0, 025 mm
• velké pr��ezy ústí vtoku
• recyklace - obecn� do cca 20 %, proto�e se vyráb�jí r�zné aplikace s r�znými po�adavky je dobré odzkoušet procento p�ídavku drt� nebo recyklátu
• odstra�ování vad výst�ik� - platí stejná pravidla a záv�ry jako u standardních materiál�

Elektricky vodivé materiály:

• sušení - standardní
• teplota taveniny - stejná jako u standardních materiál�
• profil teploty na topných pásmech plastika�ní komory - obrácený oproti standardu, tj. u trysky nejni�ší teplota, u násypky nejvyšší - nutné pro zachovaní vodivostních vlastností
• teplota formy - standardní
• zpracovávají se materiály z velké �ásti napln�né vláknitým vyztu�ujícím plnivem a proto:

      - nízké otá�ky šneku p�i plastikaci

      - nízký zp�tný odpor na šneku

      - nízká vst�ikovací rychlost

• �išt�ní plastika�ní komory - standardní, HD - PE, HI - PS
• vyhazovací úkos - minimáln� 0, 5 °na stranu
• velké pr��ezy ústí vtoku
• horký rozvod - ano
• odvzdušn�ní - hloubku minimalizovat - cca 0, 003 a� 0, 005 mm, potom musí být pro dostate�ný odvod vzduch velká ší�ka odvzduš�ovacích kanál�
• recyklace -  obecn� do cca 20 %, proto�e se vyráb�jí r�zné aplikace s r�znými po�adavky je dobré odzkoušet procento p�ídavku drt� nebo recyklátu
• odstra�ování vad výst�ik� - platí stejná pravidla a záv�ry jako u standardních materiál�
• pozor - vady povrchu jsou prakticky neodstranitelné - vyplývají z podstaty materiálu - st�íb�ení, tokové �áry, apod.

Magnetické materiály:

• jedná se o vysoce pln�né granuláty, abrazivní, s mo�ností korozivního napadání materiálu formy i plastika�ní komory vst�ikovacího stroje
• sušení - standardní
• teplota taveniny - vyšší ne� u b�ných materiál� se stejným polymerem - o cca 10 a� 20 °C
• teplota formy - vyšší - o cca 10 a� 15 °C
• doba setrvání taveniny na teplot� v plastika�ní komo�e a horkém rozvodu formy - co nejkratší - m��e docházet k tepelné degradaci a� odd�lení plniva od matrice
• objem vst�ikované dávky - maximáln� cca 60 % z max. objemu plastika�ní komory.

Praktické zkušenosti - vývoj t�lesa reflektoru:

• zadání - vývoj reflektoru LED svítidla s napa�enou odraznou vrstvou na jisk�eném povrchu, bez nutnosti pou�ít hliníkový chladi�, tj. t�leso má fungovat i jako chladi�
• rozm�ry reflektoru - spodní pr�m�r cca 140 mm, výška cca 80 mm
• vst�ikovaný materiál - tepeln� i elektricky vodivý granulát na bázi PA 66 od firmy PolyOne, typ THERMA TECH TT 6600 - 5001, tepelná vodivost - p�es rovinu 4, 5 a� 5, 5 W/mK, v rovin� 19 a� 21 W/mK
• porovnání vybraných vlastností je uvedeno v p�ilo�ené tabulce, hodnoty p�evzaty z materiálových list� p�íslušných granulát�
• postup vývoje - 3D návrh reflektoru - úprava návrhu podle zásad technologi�nosti konstrukce výst�ik� z termoplast� - simula�ní výpo�ty - úprava dílu podle výsledku simulací
• konstrukce jednonásobné vst�ikovací formy - tvarové díly z materiálu 1. 2343, 52 +/ -  2 HRC – vst�ikování pilotního dílu pro ov��ení mo�nosti výroby a vlastností materiálu Therma Tech - pokovení zkušebních díl�
• na základ� simulace navr�en vtok - ty�ový studený vtokový kanál o pr�m�ru ústí na výst�iku min. 8 mm
• v míst� uchycení LED diody velká tlouš�ka dílu, podélná �ebra na vn�jším povrchu výst�iku
• pilotní pokus definují p�ilo�ené fotografie ve fotogalerii - vzorová desti�ky firmy PolyOne, vzorník jisk�ených desén� a tvar� té�e firmy, výst�ik pilotní desky o rozm�rech 90x90x4 mm, ústí vtoku o rozm�rech 3x5 mm
• parametry sušení granulátu - 80 °C/6 hodin, doporu�ený zbytkový obsah vlhkosti v granulátu max. 0, 2 %
• teplota taveniny 295 °C  - doporu�ení výrobce 275 a� 300 °C
• teplota formy 120 °C  - doporu�ení výrobce 80 a� 105 °C
• b�nými tunelovými ústími vtoku tvarové dutiny forem nešly naplnit - malý pr��ez ústí
• problém - velmi rychlý odvod tepla a velmi nesnadné odstran�ní od výst�iku odtr�eného tvaru, nap�. �ebra z formy - b�n� se odstra�uje s pomocí roz�havené plan�ety, v p�ípad� materiálu Therma Tech tento z roz�havené plan�ety okam�it� odvede teplo a plan�etou se nepoda�í zatrhlou �ást výst�iku natavit a z tvaru odstranit, obdobn� nešel vytáhnout utr�ený ty�ový vtok z vtokové vlo�ky formy - roz�havený vrut okam�it� p�i dotyku s vtokem zchladl 

• materiál dob�e te�e - obsahuje grafit, který p�sobí jako mazadlo
• zkušební deska s jisk�eným povrchem VDI 3400 Ref. 31 šla bez problém� pokovit
• díl šel, op�t bez problém�, vrtat  
• kruhové nálitky na zkušebním vzorku se lehce odlamovaly, materiál je k�ehký - viz fotogalerii
• vzhled dílu - viz fotogalerii
  
  

tabulka

Záv�r projektu - na základ�, z pilotního projektu, zjišt�ných skute�ností a kone�ného termínu p�edstavení nového reflektoru, je projekt z vodivého plastu pozastaven; reflektor bude, v této fázi �ešení, vyroben standardn� s hliníkovým chladi�em. V další etap� bude rozhodnuto pokra�ovat ve vývoji reflektoru jako chladi�e nebo jej p�evzít z první etapy �ešení a hliníkový chladi� nahradit výst�ikem z tepelné vodivého plastu.

1. �as� »

2. �as� »

3. �as� »