L'aplicació de materials compostos LFT (Long Fiber Thermoplastic) en matrius d'emmotllament per compressió

LFT, com a tipus de material compost d'alt rendiment-, té un avantatge bàsic perquè la longitud de la fibra normalment es manté en més de 5 mil·límetres. En comparació amb els materials-reforçats amb fibres curtes i els materials termoestables, ofereix propietats mecàniques superiors, reciclabilitat i flexibilitat d'emmotllament. El procés d'emmotllament per compressió, amb les seves característiques de funcionament del motlle tancat, pressió controlable amb precisió i una forta estabilitat en la producció per lots, s'ha convertit en el suport bàsic per a l'aplicació a gran-escala de materials LFT. L'adaptació col·laborativa dels dos ha format sistemes d'aplicació madurs en múltiples camps com ara automòbils, noves energies i electrodomèstics, proporcionant suport bàsic per a l'actualització lleugera i ecològica dels productes.

 

I. El fonament de la compatibilitat entre els materials LFT i el procés d'emmotllament per compressió

 

La compatibilitat eficient entre LFT i les eines d'emmotllament per compressió prové de la profunda alineació de les propietats del material i els principis del procés. A nivell de material, LFT utilitza principalment polipropilè (PP) i poliamida (PA) com a resines de matriu principal, combinades amb fibres de reforç com ara fibra de vidre i fibra de carboni, i es processen en preformes llargues, en forma de tira o de bloc- mitjançant un procés d'impregnació dedicat. Aquestes preformes presenten una excel·lent fluïdesa quan s'escalfen, cosa que els permet omplir completament la cavitat del motlle sota la pressió del procés d'emmotllament per compressió. A més, la pèrdua de longitud de la fibra es troba dins d'un rang controlable - el procés d'emmotllament per compressió pot mantenir la longitud mitjana de la fibra en el producte final en 4-20 mil·límetres, superant significativament l'emmotllament per injecció en aquest sentit. Això maximitza eficaçment l'efecte de reforç de les fibres llargues, millorant així significativament la resistència a l'impacte, la resistència a la fluència i la resistència a la calor dels productes.

 

A nivell tecnològic, l'emmotllament LFT consta principalment de dues vies tècniques: LFT-G (emmotllament de grànuls) i LFT-D (emmotllament directe en línia), ambdues que es poden adaptar de manera eficient a matrius d'emmotllament. Entre ells, LFT-G utilitza grànuls amb una longitud de 12-25 mil·límetres com a matèries primeres, i els grànuls d'uns 25 mil·límetres són més adequats per a l'emmotllament per compressió. Després d'escalfar, plastificar i pressuritzar al motlle, la longitud de la fibra del producte es pot mantenir de manera estable a 3,2-6,4 mil·límetres. LFT-D, d'altra banda, integra la combinació en línia, la impregnació de fibres, l'extrusió de preformes i l'emmotllament en un sol procés, eliminant l'etapa de processament del producte semi-acabat. La longitud de la fibra es pot ajustar de manera flexible a 10-50 mil·límetres, i el contingut de fibra, la fórmula de la resina i la relació d'additius es poden ajustar amb precisió segons els requisits específics del producte del motlle. Pot complir els requisits d'emmotllament dels motlles d'estructura complexa i el cicle d'emmotllament es pot escurçar en 60 segons, millorant significativament l'eficiència de la producció a gran escala.

 

En comparació amb els materials tradicionals com els metalls, SMC (Sheet Molding Compound) i GMT (Glass Fiber Mat Reinforced Thermoplastic), els productes modelats per compressió LFT (Long Fiber Thermoplastic) tenen avantatges significatius en l'equilibri de cost i rendiment: en comparació amb els metalls, la inversió en motlles i equips de processament és menor, l'efecte de reducció de pes dels components pot arribar a reduir un 30% més que la resistència total dels components processos de muntatge posteriors; en comparació amb SMC, el procés d'emmotllament per compressió LFT és inodor i no -tòxic, les restes es poden reciclar i reutilitzar, la velocitat d'emmotllament és diverses vegades més ràpida i la força i la resistència a l'impacte dels productes són millors; en comparació amb GMT, la matèria primera LFT té una millor fluïdesa, es pot adaptar a cavitats de motlle més complexes i el cost del material és més baix, mentre que el rendiment bàsic és bàsicament el mateix.

 

 

II. Punts de disseny del nucli de matrius d'emmotllament per compressió LFT

 

Les característiques de fluïdesa dels materials LFT i el requisit de retenció de fibra imposen exigències específiques sobre el disseny estructural, el control de temperatura i el sistema d'escapament de les matrius d'emmotllament per compressió. La racionalitat del disseny afecta directament la qualitat dels productes i l'estabilitat de la producció.

 

1. Disseny estructural del motlle

El disseny de la cavitat s'ha d'adaptar completament al patró de flux de les preformes LFT, adoptant una estructura de corredor degradat per evitar cantonades afilades i ranures estretes que poden provocar aglomeració o trencament de fibres. Al mateix temps, la ubicació i el nombre de la porta s'han d'optimitzar en funció de la complexitat del producte per garantir un ompliment uniforme de la cavitat. Per als processos LFT-D, la mida de la cavitat del motlle ha de coincidir amb precisió amb les especificacions de les preformes extruïdes en línia per reduir els residus de material del tall i augmentar la utilització del material fins a més del 95%. A més, la superfície de separació del motlle s'ha de dissenyar amb un segellat d'alta-precisió per evitar el desbordament de la fosa durant l'escalfament, garantint la precisió dimensional dels productes, especialment per als components de la indústria de l'automòbil i les peces de la bateria on el control de tolerància és estricte.

 

2. Disseny de control de temperatura i pressió

El motlle ha d'estar equipat amb un sistema de control de temperatura zonificat, establint els paràmetres de temperatura adequats en funció de les característiques de la resina de matriu LFT: la temperatura d'emmotllament per compressió per a LFT basat en PP-normalment es controla a 180-220 graus, mentre que per a LFT basat en PA, a causa dels requisits de resistència a la calor més elevats, la temperatura s'ha d'augmentar fins a 200 graus per evitar la preformació plàstica. dany a les fibres. Pel que fa al control de la pressió, el motlle ha de ser capaç de suportar una pressió bàsica d'extrusió de 4-6 MPa i una pressió d'emmotllament per compressió de 5-15 MPa. La taxa de càrrega de pressió s'ha de controlar amb precisió a través d'un sistema hidràulic per evitar el trencament de la fibra a causa d'una pressió excessiva, alhora que garanteix la densitat del producte, mantenint la taxa de defecte de producció per sota de l'1%.

 

3. Disseny d'escapament i desmoltatge

Durant l'emmotllament per compressió LFT, es produeix una petita quantitat de substàncies volàtils i l'aire residual queda a la cavitat. Per tant, el motlle ha de tenir canals d'escapament en llocs crítics com la superfície de separació i l'extrem del corredor, amb un control precís de l'amplada i la profunditat dels canals per facilitar l'escapada ràpida d'aire i volàtils alhora que s'evita les fuites de la fosa. El sistema de desemmotllament hauria d'adoptar una estructura d'expulsió uniforme de diversos-punts per evitar una força desigual sobre el producte durant l'expulsió, que podria provocar deformacions o peladura de la fibra. A més, es pot aplicar un tractament anti-adherència a la superfície de la cavitat del motlle per millorar la suavitat del desemmotllament i reduir la càrrega de treball dels processos de retallat posteriors.

 

Marc frontal d'automòbil

 

III. Escenaris bàsics d'aplicació de LFT en matrius d'emmotllament per compressió

 

1. Indústria de l'automoció: la solució principal per a components estructurals lleugers

La indústria de l'automòbil és el camp d'aplicació més madur de la tecnologia d'emmotllament per compressió LFT. Impulsats per la tendència de la lleugera i les normatives ambientals ELV, els productes modelats per compressió LFT han substituït àmpliament els metalls i els materials termoestables per a la producció massiva de components estructurals i semi-estructurals. En components com ara mòduls frontals-, bigues de para-xocs i marcs del tauler d'instruments, els productes modelats per compressió LFT-G dominen a causa dels seus avantatges de cost i de l'estabilitat del modelat. Per exemple, el marc frontal-del Volkswagen Golf V es fa amb modelat per compressió LFT-D, equilibrant la resistència estructural i els requisits de lleugeresa.

 

En el camp dels vehicles de nova energia, l'emmotllament LFT és una tecnologia de suport bàsica. Les plaques finals del paquet de bateries de NIO ET5 adopten un material PA6 LFT reforçat amb fibra de vidre llarga, que es forma mitjançant motlles de modelat en línia LFT-D-. La retenció de la longitud de la fibra arriba als 35 mm i la resistència a la tracció pot arribar als 180 MPa. El cicle d'emmotllament només triga 90 segons, reduint el pes en un 35% en comparació amb les plaques tradicionals d'aliatge d'alumini. Al mateix temps, té un excel·lent rendiment d'aïllament, evitant eficaçment el risc de curtcircuit de la bateria. Les bigues longitudinals del xassís i les plaques protectores de la bateria, etc., aconsegueixen la unificació de l'impacte anti-pedres, resistència a la corrosió i lleugeresa mitjançant l'optimització de l'estructura del motlle d'emmotllament, amb una vida útil de fins a 10 anys o 200.000 quilòmetres. A més, el marc del seient, el compartiment del pneumàtic de recanvi i altres peces adopten la tecnologia d'emmotllament LFT, que pot aconseguir l'emmotllament integrat d'estructures complexes mitjançant motlles, reduint el nombre de peces i reduint els costos de muntatge.

 

2. Indústria d'electrodomèstics: actualització de la ruta dels components d'alt-rendiment

En el camp dels electrodomèstics, la tecnologia d'emmotllament LFT s'utilitza principalment per resoldre els problemes de resistència insuficient i vida útil limitada dels materials tradicionals, especialment per als components de rentadores i aparells d'aire condicionat que tenen requisits de càrrega-i vibració. Un -conegut fabricant de rentadores utilitza material LFT-G PP-LGF al 50% per modelar el component del tambor a través d'un motlle d'emmotllament. En optimitzar els paràmetres de temperatura i pressió del motlle, les propietats mecàniques del producte es milloren entre un 30% i un 40%, millorant significativament la resistència al desgast i la resistència a la vibració del component. Actualment, s'han aplicat més de 2.000 tones de materials per lots. A més, els productes modelats LFT s'utilitzen per a suports d'aire condicionat a l'aire lliure, peces estructurals de càrrega-de la nevera, etc., que poden reduir el pes alhora que milloren la resistència a la intempèrie i la vida útil, complint els requisits d'ús de les condicions de treball complexes i exteriors.

 

3. Altres camps: aplicacions d'expansió basades en escenari-

En l'àmbit de la maquinària de construcció, els productes modelats LFT s'utilitzen per a plaques protectores, plataformes d'operació, etc. Mitjançant l'optimització del motlle, s'aconsegueix un disseny d'estructura resistent a l'impacte ia la corrosió. En comparació amb les peces metàl·liques, són més lleugeres i tenen uns costos més baixos. En l'àmbit de la construcció, els productes modelats LFT s'utilitzen per la seva resistència a la intempèrie i les seves propietats d'aïllament, i es formen en panells decoratius, suports de càrrega-, etc. mitjançant motlles especials, adequats per a escenaris d'ús exterior-a llarg termini. En el nou camp energètic, la tecnologia d'emmotllament LFT també s'utilitza per a suports fotovoltaics, carcassa d'equips d'emmagatzematge d'energia, etc., aconseguint la unificació del rendiment lleuger i d'aïllament, d'acord amb la tendència de desenvolupament de l'energia verda.

 

  

Safata de bateria de vehicles LFT New Energy

 

IV. Avantatges bàsics i reptes tècnics de les aplicacions d'emmotllament LFT

 

1. Avantatges bàsics de l'aplicació

A més dels avantatges de rendiment i costos esmentats anteriorment, les aplicacions d'emmotllament LFT també tenen un valor ambiental significatiu i avantatges de producció per lots. Els materials termoplàstics LFT es poden reciclar i els residus de producció i els productes de ferralla es poden re-utilitzar per a l'emmotllament després de ser triturats i granulats, amb una taxa de retenció de propietats mecàniques superior al 85%, d'acord amb la política de desenvolupament de l'economia circular. Les característiques de formació de motlles tancats dels motlles d'emmotllament LFT no tenen emissions de COV, millorant eficaçment l'entorn de producció. Al mateix temps, el cicle d'emmotllament s'escurça en més d'un 60% en comparació amb els processos d'aixecament-manuals, amb una baixa taxa de defectes, que compleixen plenament els requisits de la producció massiva a gran-escala. A més, les fórmules de material LFT tenen una gran flexibilitat i, mitjançant l'optimització col·laborativa de motlles i fórmules de materials, es poden aconseguir funcions de producte personalitzades, com ara afegir retardants de flama, estabilitzadors UV, etc., per satisfer les necessitats especials de diferents escenaris.

 

2. Reptes tècnics existents

Tot i que les aplicacions d'emmotllament LFT han esdevingut relativament madures, encara s'enfronten a alguns colls d'ampolla tècnics: en primer lloc, és difícil controlar la uniformitat de la distribució de la fibra. Un disseny inadequat del canal de flux del motlle pot provocar una aglomeració de fibres o una orientació desigual, afectant la consistència del rendiment del producte. En segon lloc, l'emmotllament de productes d'estructura complexa és difícil. Per a peces de cavitat profunda i parets fines-, és necessari controlar amb precisió el camp de temperatura del motlle i el camp de pressió per evitar l'ompliment insuficient del blanc o el trencament excessiu de la fibra. En tercer lloc, l'adaptabilitat de costos dels motlles és insuficient. Els motlles d'emmotllament LFT-D d'alta-precisió tenen una inversió inicial elevada, la qual cosa té un cert impacte en l'eficiència econòmica de la producció en lots petits i mitjans.

 

Safata LFT

 

V. Tendències d'aplicació i direccions de desenvolupament En el futur, l'aplicació de LFT en motlles d'emmotllament per compressió s'actualitzarà iterativament al voltant de tres direccions principals: "alt rendiment, alta eficiència i baix cost".

 

A nivell de material, es promourà gradualment l'aplicació composta de LFT reforçat amb fibra de carboni i matriu de resina d'alt rendiment. Combinat amb el disseny de motlles d'emmotllament per compressió dedicats, la resistència específica dels productes es millorarà encara més i l'aplicació s'ampliarà a camps-de gamma alta com ara l'aeroespacial. A nivell de procés, la tecnologia LFT-D es continuarà optimitzant. Mitjançant la interacció intel·ligent entre el motlle i el sistema d'extrusió en línia, es pot aconseguir el-temps real i un control precís dels paràmetres d'emmotllament, escurçant el cicle d'emmotllament i millorant la taxa de retenció de fibra. A nivell de motlle, l'aplicació de motlles integrats, la tecnologia de canvi ràpid de motlles i el disseny-optimitzat per simulació s'estendrà cada cop més. Mitjançant la simulació per predir la trajectòria del flux del blanc i l'estat de distribució de les fibres, l'estructura del motlle es pot optimitzar per endavant, reduint el cost i el cicle de les proves del motlle.

 

Mentrestant, amb l'enduriment continu de les polítiques de protecció del medi ambient i l'actualització de les demandes lleugeres en diverses indústries, la tecnologia d'emmotllament LFT accelerarà la seva aplicació en camps emergents com ara components de trànsit ferroviari i carcassa d'equips mèdics. La innovació col·laborativa de motlles i materials es convertirà en la força motriu principal per trencar els límits de l'aplicació, promovent la transformació de les aplicacions d'emmotllament LFT de tecnologia "substitutiva" a tecnologia "líder".