Los termoplásticos reforzados con fibras largas (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 y impacto, el método de procesamiento de este material juega un papel importante a la hora de 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 LFRT y los compuestos cortos convencionales reforzados con fibra de vidrio 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, primero se introducen hebras continuas de fibra de vidrio sin torcer en un troquel para recubrirlas e impregnarlas con resina y, después de salir del troquel, esta tira continua de plástico reforzado se corta o se peletiza, generalmente hasta una longitud de 10 a 12 mm. Por el contrario, los compuestos de fibra de vidrio corta convencionales contienen sólo fibras cortas de 3 a 4 mm de largo, que se reducen aún más a menos de 2 mm en extrusoras de tipo cizalla.

La longitud de la fibra en los gránulos LFRT ayuda a mejorar las propiedades mecánicas del LFRT (mayor resistencia al impacto o tenacidad) mientras mantiene la rigidez. Mientras las fibras mantengan su longitud durante el proceso de moldeo, 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 alcanzar el nivel deseado de rendimiento.

Para mantener la longitud de la fibra durante el proceso de moldeo 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.

yo. Consideraciones sobre el equipo

Una pregunta frecuente sobre el procesamiento LFRT es si nos es posible utilizar equipos de moldeo por inyección existentes para moldear estos materiales. En la mayoría de los casos, el equipo utilizado para moldear compuestos de fibra corta también se puede utilizar para moldear LFRT, y si bien el equipo de moldeo de fibra corta típico es adecuado para la mayoría de las piezas y productos LFRT, se pueden realizar algunas modificaciones al equipo para ayudar a mantener mejor la longitud de la fibra. .

Un tornillo de uso general con una sección típica de "alimentación-compresión-medición" es muy adecuado para este proceso y, al reducir la relación de compresión en la sección de medición, se puede reducir el cizallamiento destructivo de la fibra. Una relación de compresión de la sección de medición de aproximadamente 2:1 es óptima para 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 tradicionales reforzados con fibra de vidrio de corte corto.

Otro 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 invertida 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 las fibras de los compuestos de fibras largas. 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 pulgadas) 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 el corte romperá las fibras.

II. Diseño de componentes y moldes

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

Las piezas deben tener un diseño de pared nominal con un espesor de pared uniforme. Grandes variaciones en el espesor de la pared pueden provocar un relleno inconsistente y una orientación no deseada de las fibras en la pieza. Cuando sean necesarias piezas más gruesas o más delgadas, evite cambios repentinos en el espesor de la pared para evitar la formación de áreas de alto corte 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 principios genéricos de buen diseño plástico sugieren que mantener el espesor de la pared por debajo de 4 mm (0,160 pulgadas) promoverá un buen flujo uniforme y reducirá la posibilidad de que se formen hoyos y huecos. Para los compuestos LFRT, el espesor de pared óptimo suele ser de unos 3 mm (0,120 pulgadas), con un espesor 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 considerar cómo ingresa el material al molde. Cuando los corredores y las compuertas guían el material hacia la cavidad, pueden ocurrir muchos daños a las fibras en estas áreas si no se diseñan correctamente.

Al diseñar un molde para moldear compuestos LFRT, lo óptimo es un canal completamente redondeado, con un diámetro mínimo de 5,5 mm (0,250 pulg.). Cualquier otra forma de guía que no sea una guía de esquina completamente redondeada tendrá esquinas afiladas que aumentarán las tensiones durante el proceso de moldeo y destruirán el refuerzo de fibra de vidrio. Se aceptan sistemas de canal caliente con compuertas abiertas.

La puerta debe tener un espesor mínimo de 2 mm (0,080 pulgadas). 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 que se rompa la fibra y 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 la pieza será cargada (o estresada) durante su 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 puerta.

Un análisis computarizado del llenado del molde puede ayudar a determinar dónde se ubicarán estas líneas de fusión. El análisis estructural de elementos finitos (FEA) se puede utilizar para comparar la ubicación de tensiones elevadas 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 sólo 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 desvíe uno de estas recomendaciones, más tiempo y esfuerzo se necesitará para garantizar que se obtengan todos los beneficios de LFRT.


III. 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 lo que encontrarán las fibras durante el proceso de moldeo e identificar las áreas que causarán un corte excesivo de la fibra.

Primero, controle la contrapresión. La alta contrapresión introduce una gran fuerza de corte sobre el material que reducirá la longitud de la fibra. Considere comenzar con contrapresión cero y aumentarla solo lo suficiente para permitir que el tornillo regrese uniformemente 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 de los tornillos también tienen un efecto perjudicial. Cuanto más rápido gire el tornillo, más probable será que sólidos y material no fundido entren en la sección de compresión del tornillo y causen daños a las fibras. 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 al moldear compuestos LFRT.

Durante el proceso de moldeo por inyección, la fusión se produce mediante dos factores que actúan juntos: cizallamiento y calor. Debido a que el objetivo es preservar la longitud de las fibras en LFRT reduciendo el corte, se necesitará más calor. Dependiendo del sistema de resina, la temperatura para procesar un compuesto LFRT normalmente será 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 lo contrario de la distribución de temperatura del barril. Normalmente, la temperatura del barril aumenta a medida que el material pasa de la tolva a la boquilla; sin embargo, para LFRT, la temperatura recomendada es más alta en la tolva. Invertir la distribución de temperatura hace que los gránulos LFRT se ablanden y se derritan antes de ingresar a la sección de compresión del tornillo de alto cizallamiento, lo que facilita la retención de la longitud de la fibra.

Una nota final sobre el procesamiento implica el uso de material de reutilización. La molienda de piezas moldeadas o bebederos generalmente da como resultado longitudes de fibra más bajas, por lo que la adición de material reutilizado 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%. Cantidades mayores de material reutilizado pueden afectar negativamente a las propiedades mecánicas, como la resistencia al impacto.