Thomas Birr, Диссертация
Резюме
Тема изготовления несущих элементов и конструкций и замены металлов и сплавов полимерными материалами является как никогда актуальной в настоящее время. Для промышленного массового производства важную роль играют литьевые термопласты, армированные длинными волокнами.
Распределение длины волокна в изделии наряду с выбором наполнителя и матрицы является ключевым аспектом в отношении механических свойств такого материала. Более длинные армирующие волокна повышают жесткость, прочность и ударопрочность. Эти преимущества позволяют достичь снижение веса деталей или снижение стоимости материалов.
При переработке термопластов, армированных длинным волокном, в обычной одношнековой литьевой машине происходит истирание, сжатие, разрушение волокна, вызванное реологическими эффектами. В результате реальные механические свойства материала существенно отличается от теоретических из-за выбранного процесса переработки.
Данная работа посвящена исследованию альтернативного метода переработки армированных термопластов — использования планетарного валкового экструдера в качестве узла пластификации. Цель работы — уменьшение истирания волокна во время процессов плавления и гомогенизации, изучение влияния конфигурации машины, технологических параметров на результирующие свойства материала.
Давление экструзии, удельная производительность и время переработки были идентифицированы как ключевые факторы влияния на истирание волокна при использовании планетарного валкового экструдера. Повреждение волокна характеризуется и оптимизируется на основе анализа распределения длины волокна в экструдате. На основании экспериментальных данных получено общее представление о работе планетарного валкового экструдера, сделаны выводы о процессах и видах течения, происходящих при переработке длинноволокнистого материала. Планетарно-роликовый экструдер предназначен, в основном, для задач компаундирования и изначально не подходил для производства изделий методом литья под давлением. Для достижения этой возможности он был дополнен системой накопления расплава и системой впрыска, характерной для процесса литья под давлением. Конструирование и испытание данной системы, в котором особое внимание уделяется переработке материалов, армированных волокном, описано в данной работе. Для обеспечения сопоставимости результатов с обычными процессами литья под давлением проведены исследования с использованием пултрудируемых гранул на основе полипропилена и стекловолокна, которые широко распространены для промышленного производства. Использование планетарного валкового экструдера в качестве пластикатора позволило достичь незначительное повреждение волокна в процессе переработки. Кроме того, исследования показали, что процессы прямой переработки термопластов, армированных длинным волокном, также возможны и могут быть оптимизированы с целью уменьшения истирания волокна.