Anvendelsen af ​​LFT (Long Fiber Thermoplastic) kompositmaterialer i kompressionsstøbeforme

LFT, som en type højtydende kompositmateriale, har en kernefordel ved, at fiberlængden typisk holdes på over 5 millimeter. Sammenlignet med korte-fiberforstærkede materialer og termohærdende materialer tilbyder den overlegne mekaniske egenskaber, genanvendelighed og støbefleksibilitet. Kompressionsstøbningsprocessen er med dens karakteristika af lukket formdrift, præcist kontrollerbart tryk og stærk stabilitet i batchproduktion blevet kernebæreren for stor-anvendelse af LFT-materialer. Samarbejdstilpasningen af ​​de to har dannet modne applikationssystemer inden for flere områder såsom biler, ny energi og husholdningsapparater, hvilket giver kernestøtte til letvægts og grøn opgradering af produkter.

 

I. Grundlaget for kompatibilitet mellem LFT-materialer og kompressionsstøbningsproces

 

Den effektive kompatibilitet mellem LFT og kompressionsstøbeværktøjer stammer fra den dybe justering af materialeegenskaber og procesprincipper. På materialeniveau bruger LFT primært polypropylen (PP) og polyamid (PA) som de almindelige matrixharpikser, kombineret med forstærkende fibre såsom glasfiber og kulfiber, og forarbejdet til lange, strimmel- eller blokformede-præforme gennem en dedikeret imprægneringsproces. Disse præforme udviser fremragende fluiditet, når de opvarmes, hvilket tillader dem at fylde formhulrummet fuldt ud under trykket fra kompressionsstøbningsprocessen. Desuden er fiberlængdetabet inden for et kontrollerbart område - kompressionsstøbningsprocessen kan opretholde den gennemsnitlige fiberlængde i slutproduktet på 4-20 millimeter, hvilket overgår sprøjtestøbningen væsentligt i denne henseende. Dette maksimerer effektivt den forstærkende effekt af lange fibre og forbedrer derved produkternes slagfasthed, krybemodstand og varmebestandighed markant.

 

På det teknologiske niveau består LFT-støbning hovedsageligt af to tekniske ruter: LFT-G (granulatstøbning) og LFT-D (online direkte støbning), som begge effektivt kan tilpasses til støbeforme. Blandt dem bruger LFT-G granulat med en længde på 12-25 millimeter som råmateriale, hvor granulat omkring 25 millimeter er mere velegnet til kompressionsstøbning. Efter opvarmning, plastificering og tryksætning i formen kan fiberlængden af ​​produktet holdes stabilt på 3,2-6,4 millimeter. LFT-D på den anden side integrerer onlinekompoundering, fiberimprægnering, ekstrudering af præforme og støbning i en enkelt proces, hvilket eliminerer halv{16}}behandlingsstadiet. Fiberlængden kan justeres fleksibelt til 10-50 millimeter, og fiberindholdet, harpiksformlen og additivforholdet kan justeres præcist i henhold til de specifikke krav til formproduktet. Det kan opfylde støbekravene for komplekst strukturerede støbeforme, og støbecyklussen kan forkortes til inden for 60 sekunder, hvilket væsentligt forbedrer effektiviteten af ​​storskalaproduktion.

 

Sammenlignet med traditionelle materialer såsom metaller, SMC (Sheet Moulding Compound) og GMT (Glass Fiber Mat Reinforced Thermoplastic), har LFT (Long Fiber Thermoplastic) kompressionsstøbte produkter betydelige fordele i balancen mellem omkostninger og ydeevne: sammenlignet med metaller er investeringen i forme og forarbejdningsudstyr lavere, vægtreduktionseffekten af produkterne er overordnet set høj og styrken af produkterne er mere end 30 %. kan reducere efterfølgende monteringsprocesser; sammenlignet med SMC er LFT-kompressionsstøbningsprocessen lugtfri og ikke-toksisk, affaldene kan genbruges og genbruges, støbehastigheden er flere gange hurtigere, og produkternes styrke og slagfasthed er bedre; sammenlignet med GMT har LFT-råmaterialet bedre flydende, kan tilpasse sig mere komplekse formhulrum, og materialeomkostningerne er lavere, mens kerneydelsen stort set er den samme.

 

 

II. Kernedesignpunkter på LFT-formstøbeforme

 

Flydeegenskaberne for LFT-materialer og kravet om fibertilbageholdelse stiller specifikke krav til det strukturelle design, temperaturkontrol og udstødningssystem af kompressionsstøbeforme. Designets rationalitet påvirker direkte kvaliteten af ​​produkterne og stabiliteten af ​​produktionen.

 

1. Form strukturelt design

Kavitetsdesignet skal fuldt ud tilpasse sig strømningsmønsteret af LFT-præforme, og vedtage en gradient-løbestruktur for at undgå skarpe hjørner og smalle slidser, der kan forårsage fiberophobning eller brud. Samtidig bør portens placering og antal optimeres ud fra produktets kompleksitet for at sikre ensartet fyldning af hulrummet. For LFT-D-processer skal støbeformens hulrumsstørrelse nøjagtigt matche specifikationerne for de online ekstruderede præforme for at reducere materialespild fra skæring og øge materialeudnyttelsen til over 95 %. Derudover bør støbeformens skilleflade designes med høj-præcisionsforsegling for at forhindre smelteoverløb under opvarmning, hvilket sikrer dimensionsnøjagtighed af produkterne, især for komponenter i bilindustrien og batteripakkedele, hvor tolerancekontrol er streng.

 

2. Design af temperatur- og trykkontrol

Formen skal være udstyret med et zoneinddelt temperaturkontrolsystem, der indstiller passende temperaturparametre baseret på egenskaberne af LFT-matrixharpiksen: kompressionsstøbningstemperaturen for PP-baseret LFT styres typisk til 180-220 grader, mens for PA-baseret LFT, på grund af højere varmemodstandskrav, skal temperaturen være øget til 2 grader for at sikre fuldstændig plastik til 002 grader for at sikre fuldstændig plastik forhindre termisk skade på fibrene. Med hensyn til trykregulering skal formen være i stand til at modstå et basisekstruderingstryk på 4-6 MPa og et kompressionsstøbetryk på 5-15 MPa. Trykbelastningshastigheden bør styres præcist gennem et hydraulisk system for at forhindre fiberbrud på grund af for højt tryk, samtidig med at produktets tæthed sikres, hvilket holder produktionsfejlprocenten under 1 %.

 

3. Udstødnings- og afstøbningsdesign

Ved LFT-kompressionsstøbning produceres en lille mængde flygtige stoffer, og restluft forbliver i hulrummet. Derfor bør formen have udstødningskanaler på kritiske steder såsom skillefladen og enden af ​​løberen, med præcis kontrol over bredden og dybden af ​​kanalerne for at lette den hurtige udslip af luft og flygtige stoffer og samtidig forhindre smeltelækage. Afformningssystemet bør anvende en flerpunkts ensartet udstødningsstruktur for at undgå ujævn kraft på produktet under udkastningen, hvilket kan forårsage deformation eller fiberafskalning. Derudover kan anti-klæbningsbehandling påføres formhulens overflade for at forbedre udstøbningsglatheden og reducere arbejdsbyrden ved efterfølgende trimningsprocesser.

 

Automotive frontramme

 

III. Kerneanvendelsesscenarier for LFT i kompressionsstøbeforme

 

1. Bilindustrien: Hovedløsningen for lette strukturelle komponenter

Bilindustrien er det mest modne anvendelsesområde for LFT-kompressionsstøbningsteknologi. Drevet af tendensen med letvægts- og ELV-miljøregler har LFT-kompressionsstøbte produkter i vid udstrækning erstattet metaller og termohærdende materialer til masseproduktion af strukturelle og semi-strukturelle komponenter. I komponenter såsom front-moduler, kofangerbjælker og instrumentpanelrammer dominerer LFT-G kompressionsstøbte produkter på grund af deres omkostningsfordele og formstabilitet. For eksempel er den forreste-enderamme på Volkswagen Golf V lavet ved hjælp af LFT-D-kompressionsstøbning, der afbalancerer strukturel styrke og krav til letvægt.

 

Inden for nye energikøretøjer er LFT-støbning en kerneunderstøttende teknologi. Endepladerne på batteripakken til NIO ET5 anvender langt glasfiberforstærket PA6 LFT-materiale, som er dannet gennem LFT-D i-linjestøbeforme. Fiberlængdetilbageholdelsen når 35 mm, og trækstyrken kan nå 180 MPa. Støbecyklussen tager kun 90 sekunder, hvilket reducerer vægten med 35 % sammenlignet med traditionelle endeplader af aluminiumslegering. Samtidig har den fremragende isoleringsydelse, hvilket effektivt undgår risikoen for batterikortslutning. De langsgående bjælker på chassiset og batteripakkens beskyttelsesplader osv. opnår forening af anti-stenslag, korrosionsbestandighed og letvægt gennem optimering af formstøbningsstrukturen med en levetid på op til 10 år eller 200.000 kilometer. Derudover anvender sæderammen, reservedæksrummet og andre dele LFT-støbningsteknologi, som kan opnå den integrerede støbning af komplekse strukturer gennem forme, hvilket reducerer antallet af dele og sænker monteringsomkostningerne.

 

2. Husholdningsapparatindustri: Opgraderingsvej for komponenter med høj-ydelse

Inden for husholdningsapparater bruges LFT-støbningsteknologi hovedsageligt til at løse problemerne med utilstrækkelig styrke og begrænset levetid for traditionelle materialer, især for komponenter i vaskemaskiner og klimaanlæg, der har krav til-belastningsbæring og vibration. En velkendt-producent af vaskemaskine bruger LFT-G PP-LGF 50 % materiale til at støbe tromlekomponenten gennem en støbeform. Ved at optimere formtemperatur- og trykparametrene forbedres produktets mekaniske egenskaber med 30% til 40%, hvilket væsentligt forbedrer komponentens slidstyrke og vibrationsmodstand. I øjeblikket er mere end 2.000 tons materialer blevet påført i partier. Derudover bruges LFT-støbte produkter til udendørs klimaanlægsbeslag, køleskabsbelastning-bærende strukturelle dele osv., som kan reducere vægten og samtidig forbedre vejrbestandigheden og levetiden og opfylde brugskravene til udendørs og komplekse arbejdsforhold.

 

3. Andre felter: Scenario-baserede udvidelsesapplikationer

Inden for entreprenørmaskiner anvendes LFT støbte produkter til beskyttelsesplader, betjeningsplatforme etc. Gennem formoptimering opnås et strukturdesign, der er modstandsdygtigt over for slag og korrosion. Sammenlignet med metaldele er de lettere og har lavere omkostninger. Inden for konstruktionsområdet anvendes LFT-støbte produkter på grund af deres vejrbestandighed og isoleringsegenskaber og formes til dekorative paneler,-bærende beslag osv. gennem specielle støbeforme, der er velegnede til langtids-udendørsscenarier. På det nye energiområde bruges LFT-støbningsteknologi også til fotovoltaiske beslag, energilagringsudstyrsskaller osv., for at opnå forening af letvægts- og isoleringsydelse i overensstemmelse med udviklingstendensen for grøn energi.

 

  

LFT New Energy Vehicle Batteribakke

 

IV. Kernefordele og tekniske udfordringer ved LFT-støbningsapplikationer

 

1. Kerneapplikationsfordele

Ud over de tidligere nævnte ydeevne- og omkostningsfordele, har LFT-støbeapplikationer også betydelige miljømæssige fordele og batchproduktionsfordele. Termoplastiske LFT-materialer kan genanvendes, og produktionsaffald og skrottede produkter kan genbruges- til støbning efter at være blevet knust og granuleret, med en tilbageholdelsesgrad af mekaniske egenskaber på over 85 %, i overensstemmelse med udviklingspolitikken for cirkulær økonomi. De lukkede formdannende egenskaber ved LFT-støbeforme har ingen VOC-emissioner, hvilket effektivt forbedrer produktionsmiljøet. Samtidig forkortes støbecyklussen med mere end 60 % sammenlignet med håndoplægningsprocesser, med en lav defektrate, der fuldt ud opfylder kravene til masseproduktion i stor skala.- Derudover har LFT-materialeformler høj fleksibilitet, og gennem samarbejdsoptimering af forme og materialeformler kan tilpassede produktfunktioner opnås, såsom tilføjelse af flammehæmmere, UV-stabilisatorer osv., for at imødekomme de særlige behov i forskellige scenarier.

 

2. Eksisterende tekniske udfordringer

Selvom LFT-støbningsapplikationer er blevet relativt modne, står de stadig over for nogle tekniske flaskehalse: For det første er det vanskeligt at kontrollere ensartetheden af ​​fiberfordelingen. Ukorrekt design af støbeformens strømningskanal kan føre til fiberagglomerering eller ujævn orientering, hvilket påvirker konsistensen af ​​produktets ydeevne. For det andet er støbning af komplekse strukturprodukter vanskelig. For dybe kaviteter og tynde-væggede dele er det nødvendigt at kontrollere formtemperaturfeltet og trykfeltet præcist for at undgå utilstrækkelig fyldning af emnet eller overdreven fiberbrud. For det tredje er omkostningstilpasningsevnen for forme utilstrækkelig. Høj-præcisions LFT-D-støbeforme har en høj startinvestering, hvilket har en vis indvirkning på den økonomiske effektivitet af små og mellemstore batchproduktioner.

 

LFT bakke

 

V. Anvendelsestendenser og udviklingsretninger I fremtiden vil anvendelsen af ​​LFT i kompressionsstøbeforme blive iterativt opgraderet omkring tre hovedretninger: "høj ydeevne, høj effektivitet og lave omkostninger".

 

På materialeniveau vil kompositpåføringen af ​​kulfiberforstærket LFT og høj-harpiksmatrix gradvist blive fremmet. Kombineret med designet af dedikerede kompressionsstøbeforme vil produkternes specifikke styrke blive yderligere forbedret, og applikationen vil blive udvidet til high-områder såsom rumfart. På procesniveau vil LFT-D-teknologien fortsat være optimeret. Gennem den intelligente interaktion mellem støbeformen og online-ekstruderingssystemet kan realtids- og præcis kontrol af støbeparametre opnås, hvilket forkorter støbecyklussen og forbedrer fiberretentionshastigheden. På formniveauet vil anvendelsen af ​​integrerede forme, hurtig formskiftende teknologi og simulerings-optimeret design blive stadig mere udbredt. Gennem simulering for at forudsige råemnets flowbane og fibrenes fordelingstilstand kan formstrukturen optimeres på forhånd, hvilket reducerer omkostningerne og cyklussen af ​​formforsøg.

 

I mellemtiden, med den kontinuerlige stramning af miljøbeskyttelsespolitikker og opgradering af letvægtskrav i forskellige industrier, vil LFT-støbningsteknologi fremskynde dens anvendelse på nye områder såsom jernbanetransitkomponenter og medicinsk udstyrsskaller. Den kollaborative innovation af forme og materialer vil blive den centrale drivkraft til at bryde gennem applikationsgrænser og fremme transformationen af ​​LFT-støbningsapplikationer fra "erstatningsteknologi" til "førende" teknologi.