Fröccsöntés prégeléssel - BME - Polimertechnika Tanszék
Fröccsöntés prégeléssel - BME - Polimertechnika Tanszék
Fröccsöntés prégeléssel - BME - Polimertechnika Tanszék
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem<br />
<strong>Polimertechnika</strong> <strong>Tanszék</strong><br />
Szálerősített anyagok fröccsöntése<br />
Kovács József Gábor
Előadásvázlat<br />
2<br />
• <strong>Fröccsöntés</strong> (szálas)<br />
• Ciklus (kiemelve a száltöltés szerepét)<br />
• Anyagok (mátrix, szál, adhézió)<br />
• Rövidszálas kompozitok<br />
• Orientáció<br />
• Összecsapási hibahely<br />
• Zsugorodás és deforfmáció<br />
• Száltöredezés<br />
• Hosszúszálas fröccsöntés<br />
• Fröccs-kompaundálás<br />
• <strong>Fröccsöntés</strong> <strong>prégeléssel</strong><br />
• Ömledékfelhordásos technológia (DMC)
<strong>Fröccsöntés</strong><br />
3<br />
• tetszőleges alakú 3D-s alkatrészeket és termékeket<br />
gyárthatunk (egy lépésben)<br />
• zárt szerszámban történő formaadással<br />
• nagy nyomású, kis viszkozitású polimerömledék gyors<br />
belövellésével<br />
• szakaszos<br />
üzemmódban<br />
• gyakorlatilag<br />
hulladékmentesen
Szálas fröccsöntés<br />
4
<strong>Fröccsöntés</strong> – ciklus<br />
5<br />
Kíméletes föccsöntés - ciklusidő
Anyagok<br />
6<br />
• Hőre lágyuló polimerek<br />
• Kristályos hőre lágyulók<br />
(PE, PP, PA, POM, PET, ...)<br />
• Amorf hőre lágyulók<br />
(PVC, PS, SAN, ABS,<br />
PMMA, PC, ...)<br />
• Hőre nem lágyuló<br />
(térhálós) polimerek<br />
• Ritka térhálós<br />
(NR, PUR, ...)<br />
• Sűrű térhálós<br />
(PF, UP, EP, ...)
Termoplasztikus műanyagok<br />
7<br />
Tulajdonságok<br />
Amorf<br />
Részben<br />
kristályos<br />
Mechanikai<br />
tulajdonságok<br />
<br />
Kúszási hajlam <br />
Vegyszerállóság <br />
Hajlítószilárdság <br />
Kritikus nyúlás [%] 0,4 .. 0,8 0,5 .. 8<br />
Bemetszésre való<br />
érzékenység<br />
<br />
Használati hőmérséklet <br />
Olvadási tartomány [ C] 10..50 1..3<br />
Zsugorodás [%] 0,3 .. 8,8 1,0 .. 3<br />
Felhasználás<br />
a kisebb<br />
vetemedési<br />
hajlamot<br />
használják ki<br />
(pl.: borítások,<br />
fedelek, tokok)<br />
olyan<br />
termékeknél, ahol<br />
nagyobb<br />
mechanikai<br />
feszültségek<br />
lépnek fel
Erősített anyagok<br />
8<br />
Adalékanyag<br />
Max.<br />
menny.,<br />
súly%<br />
Rug.<br />
mod.<br />
Nyúlás<br />
Ütésállóság<br />
Mérettartás<br />
Lángállóság<br />
üvegszál 60 <br />
ásványi anyagok 40 <br />
aramidszál 20 <br />
elasztomer 15 <br />
UV stabilizátor 1 <br />
nincs<br />
hatással<br />
nincs<br />
hatással<br />
szerves égésgátló 20 <br />
szervetlen égésgátló 40 <br />
antisztatikum 5 <br />
nincs<br />
hatással<br />
nincs<br />
hatással
Polimer kompozitok<br />
9<br />
A kompozit:<br />
• többfázisú (alkatrészeiben fázishatárokkal elválasztott)<br />
• összetett<br />
(több anyagból álló<br />
szerkezeti anyag)<br />
• erősítőanyag:<br />
• tipikusan szálerősítés,<br />
• tipikus szálátmérő: 10 m<br />
• befoglaló anyag:<br />
• mátrix<br />
Jellemzői:<br />
• nagy szilárdságú és általában nagy rugalmassági moduluszú erősítőanyag<br />
• rendszerint kisebb szilárdrágú, de szívós (ütésálló) mátrix<br />
• kitűnő kapcsolat (adhézió, tapadás) az erősítő anyag és a mátrix között<br />
• tartósan fennmarad az adhézió
Vágott, rövid szállal erősített<br />
polimer kompozitok<br />
10<br />
• érvényesek a kompozitok definíciójából következő alapelvek<br />
• minimális szálhossz meghatározható (a megfelelő beágyazottsághoz)<br />
Erőegyensúly esetén a határfelületen ( )<br />
feszültséget okozó nyíróerőt kell a szál saját<br />
szakítási szilárdsága ( f ) által behatárolt<br />
erővel szembeállítani:<br />
f<br />
R<br />
2<br />
d<br />
f<br />
2R<br />
dz<br />
f<br />
z R<br />
dz<br />
2
Vágott, rövid szállal erősített<br />
polimer kompozitok<br />
11<br />
• Minimális szálhossz meghatározása az előbbi erőegyensúly alapján<br />
• a feszültség a szálban z irányban lineárisan nő egy kritikus Lc határhosszúságig<br />
„Kelly-Tyson” összefüggés:<br />
Lc<br />
D<br />
2<br />
f<br />
fm<br />
0<br />
Lc<br />
/ 2 L- Lc / 2<br />
L<br />
z
Adhézió<br />
12
Vágott, rövid szállal erősített<br />
polimer kompozitok<br />
13<br />
Az erősítés hatásfoka több tényező miatt korlátozott:<br />
• a technikailag elérhető száltartalom (V f )<br />
korlátozott<br />
(kisebb, mint a nagyszilárdságú kompozitokban)<br />
• a hatékonyságot az Lc korlátozza<br />
(száltöredezés)<br />
• a szálorientáció hatás<br />
(a statisztikus eloszlásban orientált szálak közül<br />
csak a terheléssel közel párhuzamos szálak<br />
erősítenek)<br />
• a szálak orientációját az ömledékáramlás<br />
erőteljesen befolyásolja<br />
(szerszámkialakítás)<br />
PA6<br />
GF60
Szálhossz<br />
14<br />
Definíció:<br />
Ha a visszamaradó szálhossz nagyobb, mint 1 mm, akkor beszélünk<br />
hosszú-szálas fröccsöntésről.<br />
szálhossz > 1mm<br />
szálhossz < 1mm
Szálak hatása -<br />
mechanikai tulajdonságok<br />
15
Szálhossz<br />
16<br />
polimer + hosszú szálak = hosszú-szálas polimerek
Hosszúszálas váz<br />
17<br />
FACTOR® - a hosszúszálas váz
Hosszú-szálas alkalmazások<br />
18
Alkalmazási példák<br />
19<br />
Autóipari alkalmazások<br />
műszerfal<br />
homlokfal<br />
Ajtó modul<br />
Motortéri<br />
alkalmazások<br />
Karosszéria alatti alkatrészek
Szálak hatása -<br />
hőtani tulajdonságok<br />
20
Szálak hatása -<br />
mechanikai tulajdonságok<br />
21<br />
+
Szálak hatása -<br />
mechanikai tulajdonságok<br />
22<br />
+
Szálak hatása -<br />
mechanikai tulajdonságok<br />
23
…százalék [%]<br />
Mechanikai tulajdonságok<br />
24<br />
64<br />
56<br />
48<br />
40<br />
Rugalmassági<br />
modulusz<br />
Szilárdság<br />
32<br />
24<br />
16<br />
8<br />
Ütésállóság<br />
0<br />
Szálhossz [mm]
Szívósság<br />
Mechanikai tulajdonságok<br />
25<br />
Hosszú szállat erősített<br />
Ütésálló<br />
Rövid szállal erősített<br />
Módosítás nélkül<br />
Merevség
Orientáció a fröccsöntött<br />
termékben<br />
26<br />
folyási irány<br />
a rétegvastagságok<br />
változhatnak<br />
húzásra<br />
merev<br />
hajlításra<br />
lágy<br />
hajlításra<br />
merev<br />
húzásra<br />
lágy
<strong>Fröccsöntés</strong>i hibák típusai<br />
27<br />
• A darab hiányos<br />
• Behúzódási helyek<br />
• Lunkerek<br />
• Sorjaképződés<br />
• Nehézkes eltávolítás a szerszámból, sérülések<br />
• Hajszálrepedések<br />
• Vetemedés<br />
• Repedésképződés a beömlőcsonknál<br />
• Hólyagképződés<br />
• Folyási nyomvonalak és összecsapási nyomok<br />
• Durva vagy matt felület<br />
• Fekete csíkok a beömlőcsonknál<br />
• Hanglemezeffektus, narancshéjeffektus<br />
• Szabadsugár képződés<br />
• Delamináció<br />
• ...
Vágott, rövid szállal erősített<br />
polimer kompozitok<br />
28<br />
PP-GF40
Orientáció, összecsapás ...<br />
29
összecsapás<br />
30
összecsapás<br />
31<br />
összecsapási vonal
Szálak hatása - zsugorodás és<br />
vetemedés<br />
32
Szálak hatása - zsugorodás és<br />
vetemedés<br />
33
Szálak hatása -<br />
orientáció és zsugorodás<br />
34<br />
ASTM D955
Anyag útja – száltöredezés<br />
35<br />
Alapanyag<br />
polimer és<br />
szálak / töltőanyagok<br />
Granulálás<br />
granulátum<br />
előállítása<br />
Termék<br />
szálerősített és/vagy<br />
töltött rendszer<br />
<strong>Fröccsöntés</strong><br />
termék előállítása<br />
Extrudálás<br />
szálak bekeverése
Anyag útja – száltöredezés<br />
36<br />
Homogenizáló Kompressziós Behúzó<br />
Páncélozott<br />
Erős száltöredezés<br />
a nagy nyírás<br />
következtében.<br />
(L=0,01 mm)<br />
Szilárd ágyból<br />
kilógó szálak<br />
letöredeznek<br />
(L
Száltöredezés<br />
37
Száltöredezés<br />
38
Száltöredezés – szerszám<br />
39<br />
• Főbb részei a szerszámnak<br />
(„a polimer útja szerint”):<br />
• beömlő csatorna<br />
• elosztó csatornák (több<br />
fészkes szerszám esetén)<br />
• gát<br />
Elosztó<br />
Beömlő<br />
Termék (4 db)<br />
Gát
Nyomásesés a szerszámban<br />
40
Száltöredezés csökkentése<br />
41<br />
• Hosszúszálas granulátum<br />
(10mm – így elérhető a 6mm szálhosszúság - )<br />
• Torlónyomás csökkentése<br />
• Kíméletes plasztikálás<br />
(alacsony fordulatszám)<br />
• Ömledékhőmérséklet növelése – nyírás csökkentése<br />
(mind a plasztikálásnál, mind a befröccsöntésnél)<br />
• Gondos szerszámtervezés<br />
(szűkülő elemek, gát, …)<br />
• Megfelelő termékkialakítás, falvastagság<br />
(falvastagság 1,5mm → 4mm, a száltöredezés 30%-kal csökken)<br />
• Utónyomás hatása<br />
(hűlő ömledékbe anyagáram bejuttatása)
Hosszú szálakkal erősített<br />
fröccsöntés<br />
42<br />
• Fröccskompaundálás<br />
• <strong>Fröccsöntés</strong> <strong>prégeléssel</strong><br />
• Ömledékfelhordásos technológia (DMC)
Ömledék<br />
tároló,<br />
adagoló<br />
Szálbevezetés<br />
Fröccs-kompaunder<br />
adagoló<br />
43<br />
Fröccsdugattyú<br />
Kétcsigás<br />
extruder
<strong>Fröccsöntés</strong> <strong>prégeléssel</strong><br />
44<br />
• ICM (Injection Compression Moulding)<br />
• Nyitott szerszámba fröccsöntünk<br />
(Pl.: 1-2mm nyitva marad a szerszám)<br />
• Perem van kialakítva a szerszámban, hogy az ömledék a szerszámtérben<br />
maradjon<br />
• Befröccsöntés lassú<br />
• NINCS utónyomás, azt a feladatot<br />
a szerszám zárása veszi át
<strong>Fröccsöntés</strong> <strong>prégeléssel</strong><br />
45<br />
Fröccs<strong>prégeléssel</strong> akár vastag falú alkatrészek is előállíthatók<br />
• kis feszültségszinttel,<br />
• beszívódás mentesen,<br />
• nagy kontúrhűséggel.
Ömledékfelhordásos<br />
technológia<br />
46<br />
• DCM (Deposite Compression Molding)<br />
• Függőleges zárómechaniznus<br />
• Mozgó fröccsegység (x, y, z pozícionálás)<br />
szélesrésű szerszámmal<br />
• Nyitott szerszámba az önledék szétterítése, majd a szerszám<br />
bezárása és préselés<br />
• Száltöredezés minimális
Change language