Les thermoplastiques renforcés de fibres longues (LFRT) sont utilisés pour les applications de moulage par injection avec des propriétés mécaniques élevées. Bien que la technologie LFRT puisse offrir de bonnes propriétés de résistance, de rigidité et de résistance aux chocs, la méthode de traitement de ce matériau joue un rôle important dans la détermination des propriétés pouvant être obtenues dans la pièce finale.

Pour réussir le moulage des LFRT, il est nécessaire de comprendre certaines de leurs caractéristiques uniques. Comprendre les différences entre les LFRT et les thermoplastiques renforcés conventionnels a conduit au développement d'équipements, de conception et de techniques de traitement pour maximiser la valeur et le potentiel des LFRT.

La différence entre le LFRT et les composés courts classiques renforcés de fibres de verrecourts réside dans la longueur des fibres. En LFRT, la longueur des fibres est la même que la longueur des pellets. Cela est dû au fait que la plupart des LFRT sont produits par un processus de moulage par pultrusion plutôt que par un mélange de type cisaillement.

Dans la fabrication LFRT, des brins continus de mèches non torsadées en fibre de verre sont d'abord tirés dans une filière pour le revêtement et l'imprégnation de résine, et après avoir quitté la filière, cette bande continue de plastique renforcé est raccourcie ou granulée, généralement à une longueur de 10 à 12. mm. En revanche, les composés de fibres de verre courtes classiques contiennent uniquement des fibres coupées courtes de 3 à 4 mm de long, qui sont ensuite réduites à généralement moins de 2 mm dans les extrudeuses à cisaillement.

La longueur des fibres des granulés LFRT contribue à améliorer les propriétés mécaniques du LFRT (résistance aux chocs ou ténacité accrue) tout en maintenant la rigidité. Tant que les fibres conservent leur longueur pendant le processus de moulage, elles forment un « squelette interne » qui offre d'excellentes propriétés mécaniques. Cependant, un mauvais processus de moulage peut transformer un produit à fibres longues en un matériau à fibres courtes. Si la longueur des fibres est compromise lors du processus de moulage, il n'est pas possible d'atteindre le niveau de performance souhaité.

Afin de maintenir la longueur des fibres pendant le processus de moulage LFRT, trois aspects importants doivent être pris en compte : la machine de moulage par injection, la conception de la pièce et du moule, ainsi que les conditions de traitement.

Je. Considérations relatives à l'équipement

Une question fréquemment posée concernant le traitement LFRT est de savoir s'il nous est possible d'utiliser l'équipement de moulage par injection existant pour mouler ces matériaux. Dans la plupart des cas, l'équipement utilisé pour mouler les composés de fibres courtes peut également être utilisé pour mouler le LFRT, et bien que l'équipement de moulage de fibres courtes typique soit adéquat pour la plupart des pièces et produits LFRT, certaines modifications de l'équipement peuvent être apportées pour mieux aider à maintenir la longueur des fibres. .

Une vis à usage général avec une section typique « alimentation-compression-dosage » est bien adaptée à ce processus, et en réduisant le taux de compression dans la section de dosage, le cisaillement destructeur des fibres peut être réduit. Un taux de compression de la section de dosage d'environ 2:1 est optimal pour les produits LFRT. La fabrication de vis, de barillets et d'autres composants à partir d'alliages métalliques spéciaux n'est pas nécessaire car le LFRT ne subit pas autant d'usure que les thermoplastiques traditionnels renforcés de fibres de verre à coupe courte.

Un autre élément d'équipement qui pourrait bénéficier d'une révision de la conception est la pointe de la buse. Certains matériaux thermoplastiques sont plus faciles à traiter grâce à une pointe de buse conique inversée qui crée un degré élevé de cisaillement lorsque le matériau est injecté dans la cavité du moule. Cependant, cette pointe de buse peut réduire considérablement la longueur des fibres des composites à fibres longues. Il est donc recommandé d'utiliser un ensemble embout de buse/valve à fente avec une conception 100 % « écoulement libre », qui permet aux fibres longues de passer facilement à travers la buse dans la pièce.

De plus, les trous de la buse et de la porte doivent avoir un diamètre généreux de 5,5 mm (0,250 po) ou plus et ne pas avoir de bords tranchants. Il est important de comprendre comment le matériau s'écoule à travers l'équipement de moulage par injection et de déterminer où le cisaillement brisera les fibres.

II. Conception de composants et de moules

Une bonne conception des pièces et des moules peut également être très bénéfique pour maintenir la longueur des fibres du LFRT. L'élimination des angles vifs autour de certains bords (y compris les lignes de nervures, les languettes et autres éléments) évite les contraintes inutiles dans la pièce moulée et réduit l'usure des fibres.

Les pièces doivent avoir une conception de paroi nominale avec une épaisseur de paroi uniforme. De grandes variations d'épaisseur de paroi peuvent conduire à un remplissage incohérent et à une orientation indésirable des fibres dans la pièce. Lorsque des pièces plus épaisses ou plus fines sont nécessaires, évitez les changements brusques d’épaisseur de paroi pour éviter la formation de zones de cisaillement élevé qui pourraient endommager les fibres et devenir une source de concentration de contraintes. Essayez généralement d'ouvrir la porte dans la paroi la plus épaisse et de couler vers la partie la plus fine, en gardant l'extrémité remplie dans la partie la plus fine.

Les bons principes génériques de conception en plastique suggèrent que maintenir l’épaisseur de paroi inférieure à 4 mm (0,160 po) favorisera un bon écoulement uniforme et réduira le risque de piqûres et de vides. Pour les composés LFRT, l'épaisseur de paroi optimale est généralement d'environ 3 mm (0,120 pouces), avec une épaisseur minimale de 2 mm (0,080 pouces). Avec des épaisseurs de paroi inférieures à 2 mm, le matériau présente une probabilité accrue de rupture de ses fibres après son entrée dans le moule.

Les composants ne représentent qu'un aspect de la conception et il est important de considérer la manière dont le matériau entre dans le moule. Lorsque les glissières et les portes guident le matériau dans la cavité, de nombreux dommages aux fibres peuvent se produire dans ces zones s'ils ne sont pas conçus correctement.

Lors de la conception d'un moule pour le moulage de composés LFRT, un canal entièrement arrondi est optimal, avec un diamètre minimum de 5,5 mm (0,250 pouces). Toute autre forme de glissière qu'une glissière à coins entièrement arrondis aura des angles vifs qui augmenteront les contraintes pendant le processus de moulage et détruiront le renfort en fibre de verre. Les systèmes à canaux chauds avec portes ouvertes sont acceptables.

Le portail doit avoir une épaisseur minimale de 2 mm (0,080 po). Si possible, positionnez la porte le long d'un bord qui ne bloque pas l'écoulement du matériau dans la cavité. La grille à la surface de la pièce devra être tournée de 90° pour éviter de déclencher une rupture de fibre qui pourrait réduire les propriétés mécaniques.

Enfin, il est important de faire attention à l'emplacement des lignes de fusion et de savoir comment elles affectent la zone où la pièce sera chargée (ou contrainte) lors de son utilisation. Les lignes de fusion doivent être déplacées vers des zones où les niveaux de contraintes devraient être faibles grâce à un placement approprié des portes.

Une analyse informatisée du remplissage des moules peut aider à déterminer où ces lignes de fusion seront positionnées. L'analyse structurelle par éléments finis (FEA) peut être utilisée pour comparer l'emplacement des contraintes élevées avec l'emplacement des lignes de fusion identifiées lors de l'analyse de remplissage du moule.

Il convient de noter que ces conceptions de pièces et de moules ne sont que des recommandations. Il existe de nombreux exemples de pièces présentant des parois minces, des variations d’épaisseur de paroi et des caractéristiques délicates ou fines qui ont obtenu de bonnes performances grâce aux complexes LFRT. Cependant, plus on s’écarte de ces recommandations, plus il faudra de temps et d’efforts pour garantir que tous les avantages du LFRT soient concrétisés.


III. Conditions de traitement

Les conditions de traitement sont essentielles au succès du LFRT. Avec de bonnes conditions de traitement, il est possible de préparer une bonne pièce LFRT à l’aide d’une machine de moulage par injection universelle et d’un moule correctement conçu. En d’autres termes, même avec un équipement et une conception de moule appropriés, la longueur des fibres peut être compromise si de mauvaises conditions de traitement sont utilisées. Cela nécessite de comprendre ce que les fibres rencontreront pendant le processus de moulage et d'identifier les zones qui provoqueront un cisaillement excessif des fibres.

Tout d’abord, surveillez la contre-pression. La contre-pression élevée introduit une force de cisaillement importante sur le matériau qui réduira la longueur des fibres. Envisagez de commencer avec une contre-pression nulle et de l'augmenter juste assez pour permettre à la vis de revenir uniformément pendant l'alimentation. Utiliser une contre-pression de 1,5 à 2,5 bars (20 à 50 psi) est généralement suffisante pour obtenir une alimentation constante.

Les vitesses de vis élevées ont également un effet néfaste. Plus la vis tourne rapidement, plus il est probable que des solides et des matériaux non fondus pénètrent dans la section de compression de la vis, endommageant ainsi les fibres. Semblable aux recommandations pour la contre-pression, la vitesse doit être maintenue aussi basse que possible au niveau minimum requis pour stabiliser la vis de remplissage. Des vitesses de vis de 30 à 70 tr/min sont courantes lors du moulage de composés LFRT.

Au cours du processus de moulage par injection, la fusion se produit grâce à deux facteurs qui agissent ensemble : le cisaillement et la chaleur. L’objectif étant de préserver la longueur des fibres dans le LFRT en réduisant le cisaillement, davantage de chaleur sera nécessaire. En fonction du système de résine, la température de traitement d'un composé LFRT sera généralement de 10 à 30 °C supérieure à celle d'un composé moulé de manière conventionnelle.

Cependant, avant de simplement augmenter la température du fût de manière générale, il est important de noter l'inverse de la répartition de la température du fût. Généralement, la température du fût augmente à mesure que le matériau se déplace de la trémie vers la buse ; cependant, pour le LFRT, la température recommandée est plus élevée au niveau de la trémie. L'inversion de la répartition de la température provoque le ramollissement et la fonte des pastilles LFRT avant d'entrer dans la section de compression de la vis à cisaillement élevé, ce qui facilite la rétention de la longueur des fibres.

Une dernière remarque concernant le traitement implique l’utilisation de matériaux réutilisés. Le meulage des pièces moulées ou des carottes de coulée entraîne généralement une réduction de la longueur des fibres, de sorte que l'ajout de matériaux réutilisés peut affecter la longueur totale des fibres. Afin de ne pas réduire significativement les propriétés mécaniques, la quantité maximale de matériau réutilisé recommandée est de 5 %. Des quantités plus élevées de matériaux réutilisés peuvent affecter négativement les propriétés mécaniques telles que la résistance aux chocs.