Los termoplásticos reforzados con fibra larga (LFRT) se utilizan para aplicaciones de moldeo por inyección con altas propiedades mecánicas. Si bien la tecnología LFRT puede proporcionar buenas propiedades de resistencia, rigidez e impacto, el método de procesamiento de este material juega un papel importante para determinar qué propiedades se pueden lograr en la pieza final.

Para moldear con éxito los LFRT, es necesario comprender algunas de sus características únicas. Comprender las diferencias entre los LFRT y los termoplásticos reforzados convencionales ha impulsado el desarrollo de equipos, diseño y técnicas de procesamiento para maximizar el valor y el potencial de los LFRT.

La diferencia entre el LFRT y los compuestos reforzados con fibra de vidrio de corte corto convencional es la longitud de las fibras. En LFRT, la longitud de las fibras es la misma que la longitud de los gránulos. Esto se debe al hecho de que la mayoría de los LFRT se producen mediante un proceso de moldeo por pultrusión en lugar de un compuesto de tipo cizallamiento.

En la fabricación de LFRT, las hebras continuas de fibra de vidrio sin torcer se colocan primero en una matriz para recubrirlas e impregnarlas con resina y, después de salir de la matriz, esta tira continua de plástico reforzado se corta o se peletiza, generalmente a una longitud de 10 a 12 milímetro Por el contrario, los compuestos de fibra de vidrio cortos convencionales contienen solo fibras de corte corto de 3 a 4 mm de largo, que se reducen aún más a menos de 2 mm en las extrusoras de tipo cizalla.

La longitud de la fibra en los gránulos LFRT ayuda a mejorar las propiedades mecánicas de LFRT (mayor resistencia al impacto o tenacidad) mientras mantiene la rigidez. Siempre que las fibras mantengan su longitud durante el proceso de moldeado, forman un "esqueleto interno" que proporciona excelentes propiedades mecánicas. Sin embargo, un proceso de moldeo deficiente puede convertir un producto de fibra larga en un material de fibra corta. Si la longitud de las fibras se ve comprometida durante el proceso de moldeo, no es posible lograr el nivel de rendimiento deseado.

Para mantener la longitud de la fibra durante el proceso de moldeo por LFRT, hay tres aspectos importantes a considerar: la máquina de moldeo por inyección, el diseño de la pieza y el molde, y las condiciones de procesamiento.

I. Consideraciones sobre el equipo

Una pregunta frecuente sobre el procesamiento LFRT es si es posible que utilicemos el equipo de moldeo por inyección existente para moldear estos materiales. En la mayoría de los casos, el equipo que se usa para moldear compuestos de fibra corta también se puede usar para moldear LFRT y, aunque el equipo típico de moldeo de fibra corta es adecuado para la mayoría de las piezas y productos LFRT, se pueden hacer algunas modificaciones al equipo para ayudar a mantener mejor la longitud de la fibra. .

Un tornillo de uso general con una sección típica de "dosificación de compresión de alimentación" es muy adecuado para este proceso y, al reducir la relación de compresión en la sección de medición, se puede reducir el corte destructivo de la fibra. Una relación de compresión de la sección de medición de aproximadamente 2:1 es óptima para los productos LFRT. No es necesario fabricar tornillos, cilindros y otros componentes a partir de aleaciones metálicas especiales porque el LFRT no experimenta tanto desgaste como los termoplásticos reforzados con fibra de vidrio de corte corto tradicionales.

Otra pieza del equipo que podría beneficiarse de una revisión del diseño es la punta de la boquilla. Algunos materiales termoplásticos son más fáciles de procesar con una punta de boquilla cónica inversa que crea un alto grado de cizallamiento a medida que el material se inyecta en la cavidad del molde. Sin embargo, esta punta de boquilla puede reducir significativamente la longitud de fibra de los compuestos de fibra larga. Por lo tanto, se recomienda utilizar un conjunto de válvula/punta de boquilla ranurada con un diseño 100 % de "flujo libre", que permite que las fibras largas pasen fácilmente a través de la boquilla hacia la pieza.

Además, los orificios de la boquilla y la compuerta deben tener un diámetro generoso de 5,5 mm (0,250 in) o más y no tener bordes afilados. Es importante comprender cómo fluye el material a través del equipo de moldeo por inyección y determinar dónde romperá las fibras el corte.

II. Diseño de componentes y moldes

Un buen diseño de piezas y moldes también puede ser muy beneficioso para mantener la longitud de fibra de LFRT. La eliminación de las esquinas afiladas alrededor de algunos bordes (incluidas las líneas de las nervaduras, las lengüetas y otras características) evita tensiones innecesarias en la pieza moldeada y reduce el desgaste de las fibras.

Las piezas deben tener un diseño de pared nominal con espesor de pared uniforme. Las grandes variaciones en el grosor de la pared pueden generar un relleno inconsistente y una orientación de fibra no deseada en la pieza. Cuando se necesiten piezas más gruesas o más delgadas, evite cambios repentinos en el grosor de la pared para evitar la formación de áreas de alto cizallamiento que podrían dañar las fibras y convertirse en una fuente de concentración de tensiones. Por lo general, intente abrir la compuerta en la pared más gruesa y fluya hacia la parte más delgada, manteniendo el extremo lleno en la parte más delgada.

Los buenos principios genéricos de diseño de plásticos sugieren que mantener el espesor de la pared por debajo de 4 mm (0,160 pulg.) promoverá un buen flujo uniforme y reducirá la posibilidad de picaduras y huecos. Para los compuestos LFRT, el grosor de pared óptimo suele ser de unos 3 mm (0,120 pulgadas), con un grosor mínimo de 2 mm (0,080 pulgadas). Con espesores de pared inferiores a 2 mm, el material tiene una mayor probabilidad de que sus fibras se rompan después de entrar en el molde.

Los componentes son solo un aspecto del diseño y es importante tener en cuenta cómo entra el material en el molde. Cuando los corredores y las compuertas guían el material hacia la cavidad, se pueden producir muchos daños en las fibras en estas áreas si no se diseñan correctamente.

Al diseñar un molde para moldear compuestos LFRT, lo óptimo es un corredor completamente redondeado, con un diámetro mínimo de 5,5 mm (0,250 in). Cualquier otra forma de corredor que no sea un corredor de esquina completamente redondeada tendrá esquinas afiladas que aumentarán las tensiones durante el proceso de moldeo y destruirán el refuerzo de fibra de vidrio. Los sistemas de canales calientes con compuertas abiertas son aceptables.

La puerta debe tener un grosor mínimo de 2 mm (0,080 in). Si es posible, coloque la compuerta a lo largo de un borde que no bloquee el flujo de material hacia la cavidad. La compuerta en la superficie de la pieza deberá girarse 90° para evitar la activación de la rotura de la fibra que podría reducir las propiedades mecánicas.

Finalmente, es importante prestar atención a la ubicación de las líneas de fusión y saber cómo afectan el área donde se cargará (o tensará) la pieza durante el uso. Las líneas de fusión deben trasladarse a áreas donde se espera que los niveles de tensión sean bajos mediante la colocación adecuada de la compuerta.

Un análisis computarizado de llenado de moldes puede ayudar a determinar dónde se colocarán estas líneas de fusión. El análisis de elementos finitos (FEA) estructural se puede utilizar para comparar la ubicación de las tensiones altas con la ubicación de las líneas de fusión identificadas en el análisis de llenado del molde.

Cabe señalar que estos diseños de piezas y moldes son solo recomendaciones. Hay muchos ejemplos de piezas con paredes delgadas, variaciones de espesor de pared y características delicadas o finas que han logrado un buen rendimiento utilizando complejos LFRT. Sin embargo, cuanto más se desvía de estas recomendaciones, más tiempo y esfuerzo se requieren para garantizar que se obtengan todos los beneficios de LFRT.


tercero Condiciones de procesamiento

Las condiciones de procesamiento son críticas para el éxito de LFRT. Con las condiciones de procesamiento adecuadas, es posible preparar una buena pieza LFRT utilizando una máquina de moldeo por inyección universal y un molde diseñado adecuadamente. En otras palabras, incluso con el equipo y el diseño del molde adecuados, la longitud de la fibra puede verse comprometida si se utilizan condiciones de procesamiento deficientes. Esto requiere comprender qué encontrarán las fibras durante el proceso de moldeo e identificar las áreas que causarán un corte excesivo de las fibras.

Primero, controle la contrapresión. La alta contrapresión introduce una gran fuerza de corte en el material que reducirá la longitud de la fibra. Considere comenzar con una contrapresión cero y aumentarla solo lo suficiente para permitir que el tornillo regrese de manera uniforme durante la alimentación; usar una contrapresión de 1,5 a 2,5 bar (20 a 50 psi) suele ser suficiente para obtener una alimentación constante.

Las altas velocidades del tornillo también tienen un efecto perjudicial. Cuanto más rápido gira el tornillo, más probable es que los sólidos y el material sin fundir entren en la sección de compresión del tornillo y dañen la fibra. De manera similar a las recomendaciones para la contrapresión, la velocidad debe mantenerse lo más baja posible hasta el nivel mínimo requerido para estabilizar el tornillo de llenado. Las velocidades de tornillo de 30 a 70 r/min son comunes cuando se moldean compuestos LFRT.

Durante el proceso de moldeo por inyección, la fusión ocurre a través de dos factores que actúan juntos: cizallamiento y calor. Debido a que el objetivo es preservar la longitud de las fibras en LFRT al reducir el corte, se requerirá más calor. Dependiendo del sistema de resina, la temperatura para procesar un compuesto LFRT será normalmente de 10 a 30 °C más alta que la de un compuesto moldeado convencionalmente.

Sin embargo, antes de simplemente aumentar la temperatura del barril en todos los ámbitos, es importante tener en cuenta la inversa de la distribución de la temperatura del barril. Por lo general, la temperatura del cilindro aumenta a medida que el material se mueve desde la tolva hasta la boquilla; sin embargo, para LFRT, la temperatura recomendada es más alta en la tolva. La inversión de la distribución de temperatura hace que los gránulos LFRT se ablanden y se fundan antes de entrar en la sección de compresión del tornillo de alto cizallamiento, lo que facilita la retención de la longitud de la fibra.

Una nota final con respecto al procesamiento implica el uso de material de reutilización. El rectificado de piezas moldeadas o bebederos generalmente da como resultado longitudes de fibra más bajas, por lo que la adición de material de reutilización puede afectar la longitud total de la fibra. Para no reducir significativamente las propiedades mecánicas, la cantidad máxima de material de reutilización recomendada es del 5%. Mayores cantidades de material reutilizado pueden afectar negativamente las propiedades mecánicas, como la resistencia al impacto.