Karsten Brast. Диссертация.
Резюме
В последние годы термопласты, армированные длинными волокнами (LFT), все чаще находят применение, особенно в автомобилестроении. В частности, комбинация материалов стекло/полипропилен предлагает отличное соотношение цены и качества. Хорошие механические характеристики достигаются при малом весе изделия. Еще одним преимуществом этой группы материалов является эффективная переработка, характерная для термопластов.
Классическим полуфабрикатом для производства конструктивных элементов на основе длинных волокон являются стеклоармированные термопласты в виде матов (GMT). Недостатком использования этих материалов является сложность и дороговизна двухстадийного производственного процесса. Для прессования полуфабрикаты на основе GMT приходится предварительно нагревать выше температуры расплава матрицы в энергоемких и объемных нагревательных печах.
Использование армированных длинными волокнами термопластичных гранул (LFG) также требует вторичной переработки. Чтобы иметь возможность производить термопласты, армированные длинными волокнами, без использования дорогостоящих полуфабрикатов, были разработаны одностадийных процессы.
В работе представлены и обсуждены эти методы производства, их преимущества и недостатки. Показаны тенденции развития технологий, охарактеризованы процессы прямой пластификации и прямого прессования.
Смесь подается на узел пластификации через гравиметрический дозатор, пластифицируется, откладывается в накопительную полость и затем перерабатывается методом прямого прессования. Оценивается влияние шнековой пластификации на механические свойства армированных длинными волокнами материалов на основе стекловолокна и полипропилена. Обсуждаются технологические требования к процессу пластикации с учетом минимизации повреждений и достижения оптимального распределения армирующего волокна. Для реализации благоприятного процесса переработки волокна, необходимо использовать термопластичную матрицу с низкой вязкостью. Кроме того, этим улучшается смачиваемость волокон. В зоне транспортировки ровинги с помощью проклеивающей системы должны сначала удерживаться вместе, чтобы защитить их от абразивных твердых частиц. В зоне плавления нити освобождаются и распределяются в полимерной матрице. Добавление малеинового ангидрида улучшает адгезию волокна и матрицы. Однако температурная чувствительность аддитива ограничивает выбор температурного профиля цилиндра. Механические свойства композита и структура формовочной массы определяются процессами в системе пластификации. Для этого расчетным путем оцениваются тенденции влияния структуры волокна на механические свойства.
Разработка методов точного измерения формирования отдельных волокнистых структур позволяет исследовать корреляцию с параметрами процесса. В то время как длина волокна зависит от условий дозирования в шнековом пластификаторе, уменьшение длины зоны транспортировки и зоны плавления способствуют щадящему процессу переработки материала. Повреждение волокна можно свести к минимуму, выбрав высокотемпературный профиль цилиндра, низкие скорости шнека и низкое давление переработки. Несмотря на оптимальный выбор исходных компонентов и оптимальных для волокна параметров процесса, при переработке возможно сокращение длины волокна до 30% от первоначальной длины. Равномерное распределение нити достигается за счет выбора низкой температуры цилиндра и, как правило, высокой частоты вращения. Предварительная ориентация волокна в стренге обусловлена геометрией шнека и условиями процесса пластификации. В процессе экструзии волокна ориентируются в направлении потока расплава. Конечная ориентация в значительной степени зависит от продолжительности течения расплава в канале головки. Определение механических характеристик при испытании на растяжение и при испытании на ударную вязкость показывает, что свойства материала зависят от получаемой структуры волокна. Однако корреляция с выбранными параметрами процесса пластификации затруднительна. Измеренные механические свойства прессованных изделий имеют тот же порядок, что и при переработке термопластов, армированных стекломатом. Термопласты, армированные длинными и непрерывными волокнами, могут быть вторично переработаны с добавлением нового материала в зоне дозирования путем прямого прессования. Для этого отходы материала измельчаются в гранулы большого диаметра и перерабатываются с первичным материалом в зоне пластификации. Структуру композита и полученные механические свойства можно сравнить со свойствами исходного материала. Тем не менее, явления расслоения на входе в зону пластификации могут приводить к большим колебаниям объемного содержания волокна.