PlasticPortal.eu - denne aktualizovaný portál pre plasty a gumu

Aktuality
Zoznámte sa s novou dutinovou doskou SIMONA® s krížovým rebrovaním

24.07.2017 | Výskum a vývoj spoločnosti SIMONA® aj ďalej zlepšuje efektivitu využitia materiálov a stabilitu dutinových dosiek. Výsledkom nových technických zmien je dutinová doska s krížovým rebrovaním s celkovou tenšou hrúbkou steny.

Všetko najlepšie, Fakuma!

20.07.2017 | Fakuma, medzinárodný veľtrh pre spracovateľov plastov, oslavuje v tomto roku svoje 25. výročie.

Ochranné relé pre optimálny výkon bez kompromisov

18.07.2017 | Potrebujete sa vyvarovať škodám spôsobenými poruchami v elektrickej rozvodnej sieti a tak si zabezpečiť, aby stroje robilo to, na čo sú určené?

Možnosti získania grantu v Slovenskej republike

14.07.2017 | Prehľad noviniek - júl 2017.

Novinka: Dosky s aretačnou drážkou od STRACK

12.07.2017 | Teraz môžeme kombinovať: Nové doštičky STRACK s drážkou ako protikus odpružených aretáciou šíber.

 
Plastikársky slovník
Portál ZÁKONY A NORMY
Portál ZÁKONY A NORMY
Aktuálne v legislatíve
Obsah PAH v predmetoch a v hračkách

03.07.2017 | Na webovej stránke ECHA je nová výzva na predkladanie pripomienok a dôkazov týkajúce sa obsahu PAH uvedeného v položke 50 prílohy XVII nariadenia REAC ...

Nová vydaná změna nařízení č. 10/2011 (nařízení PIM) o materiálech a předmětech z plastů určených pro styk s potravinami

31.05.2017 | Nařízení Komise č. (EU)2017/752 mění a opravuje nařízení PIM o materiálech a předmětech z plastů určených pro styk s potravinami:

Verejná konzultácia o pravidlách zodpovednosti výrobcu za škodu spôsobenú chybou výrobku

10.04.2017 | Európska Komisia začala na svojich webových stránkach verejnú konzultáciu o pravidlách zodpovednosti výrobcu za škodu spôsobenú chybou výrobku.

Zdravotnícke pomôcky - Systémy manažérstva kvality

07.12.2016 | Norma pre Zdravotnícke pomôcky - Systémy manažérstva kvality - Požiadavky na splnenie predpisov, z decembra 2016.

Připravuje se novela zákona č. 477/2001 Sb. o obalech

29.11.2016 | Připravovaná novela zákona č. 477/2001 Sb. o obalech se týká se povinného zpoplatnění pouze lehkých plastových odnosných tašek s tloušťkou stěny do 50 ...

 
Newsletter
CAPTCHA Image
 
Úvod > Aktuálne články > Kompozity s termoplastickou matricí a automobilový průmysl, 3. část
Kompozity s termoplastickou matricí a automobilový průmysl, 3. část
 
 
Kompozity s termoplastickou matricí a automobilový průmysl, 3. část

Kompozity s termoplastickou matricí a automobilový průmysl, 3. část

V souvislosti s enviromentální snahou výrobců automobilů snižovat jejich hmotnost, uhlíkovou stopu, emise, včetně výroby elektricky poháněných, respektive hybridních automobilů vystupuje do popředí i využití kompozitů plněných uhlíkovými vlákny.

Uhlíková a další vlákna a plniva

Uhlíková vlákna jsou krystalická a mají oproti amorfním skleněným vláknům nižší měrnou hmotnost - skleněná vlákna od cca 2, 45 do cca 2, 55 g/ccm, uhlíková vlákna od 1, 8 do 2, 0 g/ccm - při vyšších mechanických vlastnostech.

Uhlíková vlákna se převážně vyrábějí z vláken polyakrylonitrilových - PAN - vláken novoloidu, vláken fenolaldehydových a ze sulfonovaného polyethylenu.

Postup výroby uhlíkového vlákna z PAN vláken se dělí na tři etapy:

 - stabilizace - při teplotách 200 až 300 °C, za působení tahového napětí a v oxidačním prostředí je PAN vlákno stabilizováno - dojde k cyklizaci vazeb v řetězci makromolekuly PAN - vytvoření paralelních žebříkovitých makromolekul a k vzájemnému zesítění makromolekul kyslíkovými můstky - vlákno se stane netavitelným

 - karbonizace - při teplotách od 1 000 do 1 800 °C v inertním prostředí vysoce čistého dusíku ve vláknu proběhne karbonizace - odstraní se vodík a sníží obsah dusíku a kyslíku, 80 až 95 % hmotnosti tvoří uhlík, vlákno dosahuje maximální pevnosti vtahu

 - grafitizace - probíhá při teplotách do 3 000 °C v prostředí argonu, zvýší se obsah uhlíku, vznikají dokonalejší mikrokrystaly, zvyšuje se tuhost vlákna na úkor jeho pevnosti

Pro výrobu nejtužších uhlíkových vláken se používá mesofázových smol, tj. zbytků po destilaci ropných dehtů nebo dehtů z černého uhlí.

Izotropní uhelná smola a anizotropní mesofázová smola se také používají pro výrobu dutých uhlíkových vláken - dutý tvar je obvykle dosahován zvlákňovací tryskou tvaru uzavřeného C. Dutá vlákna lze také získat při teplotách oxidační stabilizace u vlhkého PAN vlákna. Kompozit plněný dutými uhlíkovými vlákny je o 25 až 40 % lehčí než kompozit s obvyklých uhlíkových vláken. 

Stejně jako skleněná vlákna, jsou uhlíková dodatečně upravována, přičemž úpravy slouží k odstranění - z povrchu vláken - látek bránících v kontaktu s matricí, k omezení adsorpce plynů na povrch vláken, k zvýšení reaktivity povrchu vůči vazebným prostředkům a matrici, k ochraně vlákna před vzájemnou abrazí - uhlíková vlákna jsou křehčí než skleněná. 

Krátká uhlíková vlákna VGCF - Vapour - Grown Carbon Fibres - s obvyklým průměrem vláken od 150 do 200 nm - se používají do kompozitů pro aplikace:

  • vyztužení a zpevnění termoplastické matrice
  • zvýšení elektrické vodivosti kompozitu
  • zvýšení tepelné vodivosti kompozitu
  • k elektromagnetickému stínění kompozitu
  • k odstraňování statické elektřiny

Poniklovaná krátká uhlíková vlákna zvyšují elektrickou vodivost a zajišťují feromagnetické vlastnosti kompozitu.

Výraznějšímu rozšíření kompozitů s uhlíkovými vlákny prozatím brání jejich relativně vysoká cena, kterou se snaží jednotlivý výrobci snížit. Cílem je dosažení ceny - pro automobilové aplikace - okolo 10, - US dolarů/kg uhlíkových vláken.

Kromě uhlíkových a skleněných vláken se do kompozitů s termoplastickou matricí používají i další druhy a typy vláken:

 - vlákna přírodní - rostlinná - typu:

  • lýková - juta, len, konopí, ramie, kenaf
  • ze semen - bavlna, kapok, kokosové vlákno
  • z listů - sisal, abaka, manilské konopí, novozélandský len

 - vlákna polymerní:

  • polyesterová, PES
  • polyethylenová, PE
  • polypropylenová, PP
  • polyakrolonitrilová, PAN
  • polyvinylalkoholová, PVAL

 - vlákna aramidová - aramid=aromatický polyamid - obchodní název Kevlar, proto i kevlarová vlákna - hlavní výhody - nízká hustota, velká odolnost proti abrazi, schopnost se plasticky deformovat při kolmém působení na vlákna, mají vysokou pevnost v tahu, vysokou tepelnou odolnost a vysoké moduly pružnosti v tahu i ohybu, jsou nehořlavé (Nomex)

 - whiskery - monokrystalová vlákna o tloušťce 0, 1 až 30 mikrometru a délce cca 0, 25 až 25 mm, mají velký povrch, tvar je rozdílný, obvykle nekruhový a závisí na krystalické struktuře monokrystalu, od ostatních výztuží se liší nejvyšší specifickou pevností a E - modulem, mají vysokou elektrickou vodivost, do kategorie whiskerů je možno zařadit i C whiskery - uhlíkové; do polymerních matric se míchají i amorfní whiskery Al - B nebo SiO2, které mají velmi vysokou vyztužující schopnost díky své extrémně vysoké pevnosti ve vztahu ke své velikosti.

Pro speciální aplikace - tepelně, elektricky vodivé plasty, plasty s antistatickými vlastnostmi, magnetické polymery, atd.  - jsou používány a vyvíjeny další plniva:

- tepelná a elektrická vodivost - částicová plniva na kovové nebo keramické bázi - stříbro, měď, hliník, oxid hlinitý, nitrid hlinitý, nitrid bóru; vláknitá plniva - saze, nanočástice uhlíku, částice syntetického grafitu, C vlákna, kovová vlákna
- magnetické plasty - magnetické feritové prášky, prášky z kysličníků vzácných zemin


Základy vstřikování kompozitů s termoplastickou matricí vyztužených dlouhými vlákny - LFRT

Jak již bylo zmíněno, jedním z největších problémů při vstřikování kompozitů s dlouhými vlákny je minimalizace degradace - zkrácení - vyztužující vláknité výztuže.

Granulát dlouho vláknitých kompozitů má tvar válečku o průměru cca 2 až 3 mm a délce 8 až 25 mm, nejčastěji cca 10 mm, přičemž délka vláken je stejná jako délka granule - pelety.

Na degradaci vyztužujících vláken má, jak je uvedeno v kapitole Kompozity s dlouhými vlákny, největší vliv příprava taveniny v plastikačním válci vstřikovacího stroje a doprava dávky taveniny do tvarové dutiny formy od okamžiku zahájení vstřikovací fáze do okamžiku přepnutí ze vstřikovacího tlaku na dotlak.

V další textu rozebereme možnosti ovlivnění a optimalizaci parametrů minimalizujících degradační vlivy na dlouho vláknité kompozity, zejména se zaměřením na nejčastěji zpracovávané kompozity s polyamidovou matricí.


1. Vstřikovací stroj

Obecně lze uvést, že kompozity typu LFRT je možno ekonomicky vstřikovat na standardních - konvenčních vstřikovacích strojích.

Jedním z hlavních úkolů vstřikovacího stroje je připravit v plastikačním válci teplotně co nejhomogennější taveninu. Vypůjčím-li si názvosloví z výpočetní techniky, tak hardware, který ovlivňuje možné zkrácení délky vláken je šnek, zpětný uzávěr na šneku, plastikační válec, topná tělesa plastikačního válce, násypka a tryska plastikačního válce.

Šnek - standardně jsou plastikační jednotky vstřikovacích strojů osazovány universálními, tří zónovými šneky s poměrem délka L/průměr D 18:1 až 22 (25):1. Šneky uvedeného typu jsou vhodné pro zpracování LFRT.

Pro snížení možnosti degradace vláken by hloubka šroubovice šneku pod násypkou měla mít hloubku alespoň 3 mm a šnek by měl mít kompresní poměr, tj. objem jednoho stoupání šneku pod násypkou k objemu jednoho stoupání šneku u jeho špičky 2:1 až 2, 5:1. Minimální průměr šneku by měl být větší než 35 mm, ale s vědomím degradace lze pracovat i se šneky menších průměrů, do cca 22 mm.

Geometrie universálního šneku - výrobci granulátů LFRT doporučují u třízónových šneků délku dávkovací zóny - u násypky - cca 60 % z celkové délky šneku, délku kompresní - prostřední - zóny cca 20 % a délku míchací zóny také cca 20 % z celkové délky šneku.

U standardních třízónových šneků se teplotní profil obvykle nastavuje tak, že u trysky je teplota nejvyšší a klesá k násypce - délka zón je obvykle rozdělena na třetiny. Vždy by, ale mělo platit, že granulát, respektive tavenina by do kompresní zóny měla, u částečně krystalických matric vstupovat ohřátá nad teplotu tání krystalického podílu.

Při použití standardního šneku nebo při větší dávce než cca 2 až 3 průměry šneku je doporučeno nastavit plochý teplotní profil nebo zejména pro větší dávky, profil obrácený, tj. klesající od násypky k trysce.

V případě správně nastavených teplotních profilech na plastikačním válci bude opotřebení šneku a vnitřního povrchu plastikační komory, zpětného uzávěru na šneku i trysky nižší než u kompozitů plněných krátkými vlákny. To je zapříčiněno skutečností, že kompozity s krátkými vlákny mají podstatně větší množství konců vláken, které způsobují abrazi než kompozity s vlákny dlouhými.

Šneky s integrovanými mixačními elementy, odvzdušňovací šneky nebo šneky vybavené jinými elementy vyvolávajícími přídavné smykové namáhání taveniny, včetně trysek plastikačních komor se statickými míchači, sítky, atp. nejsou doporučeny pro zpracování kompozitů LFT.

Násypka - pokud není použito centrálního zásobování vstřikovacího stroje je granulát dodáván do vstupu do plastikační jednotky přes násypku. Úhel sklonu násypky by měl být minimálně 45 °, optimálně 60 °, vstupní otvor do šnekové jednotky kruhový, bez přepážek, magnetické separátory nebo jiné vložky umístěné v násypce mohou bránit v plynulém zásobování šneku granulátem. Volný prostor pro pohyb granulátu s délkou 10 mm by měl být minimálně 15 mm. Vnitřní povrch násypky musí být hladký, bez vnitřních švů, vstupní otvor obdélníkový je méně výhodný než kruhový.

Doprava granulátu do násypky - LFT granule jsou v případě skleněných vláken asi 3 x až 4 x těžší než granule s krátkými vlákny. Vakuové dopravní systémy by měly granulát dopravovat pomalu, aby se snížila případná nárazová rychlost do tvarovek potrubí a násypky. Granulát by měl být dopravován na co nejkratší vzdálenost, oblouky a další tvarovky potrubí by měly být z tvrzené oceli, skla nebo keramiky, průměr potrubí minimálně 50 mm, zajistit dopad granulátu na plochu tečně.

Zpětný uzávěr na šneku - jeho úkolem je zajistit reprodukovatelné plnění tvarové dutiny nebo dutin, u více násobných forem, polymerní taveninou - vstřikovací tlak a dotlak, konstantní dávka cyklus od cyklu.

Nejčastěji používaný zpětný uzávěr je tvořen špičkou šneku, sedlem uzávěru a posuvným kroužkem.

Někdy jsou plastikační komory osazeny zpětnými uzávěry s kuličkou, ale tyto nejsou pro materiály LFT doporučeny.

Zpětný uzávěr na šneku, respektive kanály, jimiž proudí tavenina z míchací zóny plastikačního šneku  přes zpětný uzávěr před špičku šneku - posuvný kroužek je v přední poloze - a zde vytváří dávku taveniny, která bude dopravena do tvarových dutin formy - při vstřikování se posuvný kroužek posune dozadu a dosedne na sedlo, čím uzavře prostor šneku od prostoru, v němž se nahromadila vstřikovaná dávka - musí mít dostatečný průřez, aby v nich nedocházelo ke zvýšenému smykovému namáhání.

Plastikační válec - v plastikačním válci se vedením tepla z vnějších, samostatně regulovaných zdrojů - topných odporových pasů - a frikčním teplem - granulát se tře mezi hřbetem šneku a vnitřním povrchem válce - z granulátu vytváří tavenina; v odstavci pojednávajícím o geometrii šneku byly uvedeny doporučené teplotní profily;teplo do vstřikovacího válce při zpracování kompozitů typu LFRT by mělo být, z největší části, generováno právě z topných pasů:

- granulát by měl být již nataven před vstupem do kompresní zóny šneku - správný teplotní profil 
- množství tepla dodaného frikcí má být malé, tj. plastikace má probíhat s nízkými otáčkami šneku, s nízkým zpětným odporem
- teplota vstupního otvoru mezi násypkou a plastikačním válcem má mít teplotu sušení granulátu - což usnadní ohřev na teplotu taveniny - pro PA LFT 80 až 100 °C

Tryska plastikační komory - tryska plastikačního a vstřikovacího válce vstřikovacího stroje propojuje válec s vtokovým systémem vstřikovací formy. Pro materiály LFT je možno používat jak trysky otevřené, tak trysky uzavíratelné, ale preferovány jsou trysky prvně uvedené, přičemž oba typy trysek musí mít vlastní vytápění s regulací.

Trysky by měly mít výstupní průměr dostatečně velký (cca 1, 4 násobek maximální tloušťky stěny výstřiku), kanál v trysce by měl být krátký - vše s cílem snížit smykové namáhání taveniny - ohřev taveniny, degradace vláken - na minimum možného.

Dotyková plocha trysky - kulová nebo rovná - by měla být s povrchem vtokové vložky formy v co nejmenší ploše a v co nejkratším kontaktu - rozdíl teplot mezi komorou a tryskou je poměrně výrazný a zejména u delších trysek by mohlo docházet k jejich zamrzání a tedy i ke zvýšenému smykovému namáhání vstřikované taveniny.

Při použití uzavíratelných trysek je nutno vzít v úvahu, že tokové kanály v tryskách nesmí mít komplikované vedení, průtokové kanály musí být hladké, bez ostrých rohů, hran, atd. Přednost mají uzavíratelné trysky s osově posunovatelnou uzavírací jehlou, ovládanou zvenčí pákovým systémem - nejčastěji hydraulicky.

Pružinové systémy obvykle mají menší tokové průřezy - pružiny vyvolávají menší uzavírací sílu - a tedy vyšší smyková namáhání taveniny a při delším používání i nepřesnou regulaci ve fázi dotlaku - “vytahaná“ pružina. 

Přechod mezi tryskou vstřikovacího stroje a vtokovou vložkou - pro LFT kompozity platí stejné zásady jako pro všechny vstřikované materiály:

- osa formy a plastikační komory musí být stejná
- výstupní průměr trysky stroje musí být o cca 0, 5 mm menší než vstupní průměr vtokové vložky formy
- rádius koule dosedu trysky musí být o cca 1 mm menší než rádius koule vtokové vložky formy

Volba velikosti vstřikovacího stroje - opět platí obecné zásady, jako při volbě jakéhokoliv vstřikovacího stroje, kdy je nutno vzít v úvahu zejména velikost vstřikovací formy - průchod mezi vodícími sloupy nebo velikost upínacích desek stroje, stavební výšku formy, objem vstřikovaného materiálu - velikost dávky minimálně 1 až maximálně 4 průměry šneku, potřebnou uzavírací sílu, atd.

Při výběru vstřikovacího stroje pro zpracování granulátů typu LFT je, kromě obecných požadavků, potřeba pamatovat na jejich abrazivitu a obvykle nutnost pracovat s vyššími vstřikovacími tlaky, které vyvolají vyšší vnitřní tlaky v tvarových dutinách vstřikovacích forem a tedy, při určování potřebné uzavírací síly, kromě průmětné plochy vstřikovaného zdvihu počítat s vnitřním tlakem 500 až 800 barů místo standardního 500 barů.  

Rychlé určení uzavírací síly pro standardní granuláty = 5 kN (500 bar) x průmětná plocha zdvihu, včetně vtokových rozvodů v centimetrech čtverečních = potřebná uzavírací síla pro výrobu výstřiků bez přetoků v dělící rovině v kN.

Pro materiály LFRT doporučuji použít výpočet - 7, 5 kN (750 bar) x průmětná plocha.

1. časť »

2. časť »

• pokračovanie článku bude uverejnené 05.01.2015.

29.12.2014
autor: Lubomír Zeman, foto: Borealis
 
 
 
 
 
Odporučte článok Vytlačiť článok Späť
 
 

Späť


 
Najnovšia inzercia
 
 

Predaj | Bubnový magnet
20.07.2017

 
 

Predaj | Dopravníkový pás
20.07.2017

 
 

Kúpa | Drť HIPS s V2
20.07.2017

 
 
 
 
 

Predaj | HDPE a PP
19.07.2017

 
 
 
Výstavy
MALAYSIA-PLAS 2017

27.07.2017 | Formy a lisy pre spracovanie plastov.

SRI LANKA PLAST

03.08.2017 | Medzinárodná plastikárska výstava.

Plastic, Printing & Packaging, Tanzania - PPPEXPO 2017

22.08.2017 | 20. Medzinárodný veľtrh plastov, značenia, balenia.

China Composites Expo 2017

06.09.2017 | Medzinárodný veľtrh a fórum pre technológie kompozitov a aplikácií.

Drinktec 2017

11.09.2017 | Medzinárodný veľtrh nápojov a technológií

VietnamPlas

13.09.2017 | Veľtrh pre plasty a gumu.

EMO Hannover 2017

18.09.2017 | Popredný svetový veľtrh obrábania kovov.

HYBRID Expo 2017

19.09.2017 | Veľtrh pre vývoj a výrobu hybridných súčiastok a ich aplikačné sektory sa koná každé 2 roky.