Blog

Улучшение термопластов добавками. Тони Хольц

Термопластичные смолы, естественно, обладают механическими свойствами, которые, в зависимости от материала, могут придать формованным деталям прочность, долговечность, ударопрочность и другие преимущества. Например, нейлон крепок; поликарбонаты имеют хорошую термостойкость; TPE являются гибкими и поглощают воздействие; и акрил обладают высокой степенью прозрачности. В зависимости от геометрии детали и области применения базовая смола может отлично работать. Но когда необходимо улучшить характеристики стандартного пластика, одним из самых простых способов сделать это является добавление в смолу добавок, таких как стекловолокно, керамика или минеральное армирование.

Стекловолокно

Стекловолокно является одной из наиболее часто используемых добавок в литье пластмасс под давлением. В зависимости от процента заполнения, стекловолокно значительно улучшает прочность и жесткость деталей, но с прочностью приходит хрупкость. Если деталь, к примеру, не должна выдерживать сильных ударных нагрузок и прогибов и вместо этого живет в стабильной среде, где она просто выдерживает вес, то детали со стеклом работают хорошо.

Процент заполнения варьируется, но обычно составляет от 13 до 45%. Стеклянные смолы включают ABS, нейлон, ацеталь, поликарбонат, жидкокристаллический полимер (LCP), PBT, PET и PPS, а также высокоэффективные смолы, такие как PEEK и PEI.

Добавление стекловолокна также влияет на процесс формования. Волокно представляет собой прядь, равную по длине грануле смолы. Стандартные волокна имеют длину около одной восьмой дюйма, а длинные стеклянные волокна могут иметь длину от трех восьмых до половины дюйма, в зависимости от экструзии. Если вы думаете о волокне как о рыбе, а о количестве волокон как о рыбке, как материал, протекающий через полость, рыба выстраивается в линию от носа до хвоста, проплывая через смолу. Когда стая рыб приближается к стержню, который создает отверстие в детали, школа отделяется и плавает вокруг препятствия. Это меняет угол стренги. Таким образом, чем больше геометрии или препятствий на пути потока смолы, тем больше прядей находятся под случайными углами друг к другу.

Стекловолокно также ограничивает скорость усадки основной смолы. Это ограничение отличается от носа к хвосту, чем когда перпендикулярно. Это создает нелинейную усадку и усиливает внутренние напряжения, которые увеличивают риск коробления. Незаполненные смолы обычно дают усадку равномерно во время охлаждения, в то время как стекловолокно создает различные коэффициенты усадки в потоке и поперечных осях. Предвидеть, что изменение усадки становится затруднительным в геометриях с многочисленными отверстиями, изменениями длины и формы потока, а также изменениями в номинальной толщине стенки. Добавление стекла не только повышает производительность, но и повышает риск.

Вот несколько советов по работе со стеклянными добавками. Как с любым материалом, заполненным стеклом или нет, добавление радиусов к геометрии детали может улучшить поток; смоле просто легче перемещаться по изогнутым радиусам и скруглениям, чем против угла 90º. Равномерная толщина стенок помогает смолам остывать с одинаковой скоростью. Тяга позволяет вашему литейщику упаковать деталь в форму, чтобы лучше заполнить поперечное сечение. Сглаживание пути потока путем размещения затвора на длинной оси детали и минимизации сквозных отверстий и поворотов в деталях помогает поддерживать выравнивание стекловолокон с ожидаемой усадкой в полости формы. Уделение внимания этим проблемам поможет вашему литейщику минимизировать риск, связанный с наполнителями из волокна.

Керамические наполнители

С гораздо меньшей регулярностью низкие процентные доли керамического наполнителя и минерально-армированных добавок используются для повышения термостойкости деталей. Как и стекло, наполнители также укрепляют детали, но, опять же, делают их более хрупкими. Предостережение с хрупкими частями заключается в том, что они подвержены растрескиванию или образованию трещин при ударе.

Дизайнеры должны также подумать о форме используемого наполнителя. Стекловолокно длинное и стройное; оно имеет направление от носа к хвосту. Но минеральные наполнители, как правило, представляют собой плоские чешуйки, которые имеют разные размеры и направление. Порошок симметричный; он хорошо упаковывается и более равномерно распределяется в поперечном сечении детали, что снижает риск деформации из-за наполнителя. Порошок также обычно не изменяет равномерную скорость усадки до линейной скорости усадки. Это может только немного уменьшить скорость усадки. Стеклянная бусина – другая форма наполнителя, которая отличается по размерам. Подумайте о яме с шариком: бусинка обычно имеет форму шара; он хорошо укладывается и увеличивает тепловое отклонение материала, но обычно не увеличивает прочность конструкции, как наполнители из стекловолокна. Шариковая яма лежит равномерно и сводит к минимуму влияние на равномерную усадку. Опять же, это помогает уменьшить внутренние напряжения, вызванные наполнителем.

Теплопроводящие смолы

Protolabs также теперь поддерживает некоторые теплопроводящие смолы, основанные на геометрии и простоте заполнения. Линия продуктов CoolPoly из теплопроводящих термопластов использует специальный запатентованный наполнитель для создания их проводящих свойств, которые попадают где-то между пластиком и металлом. Материалы хорошо подходят для тех, кто хочет уменьшить вес деталей и увеличить свободу дизайна. Имейте в виду, однако, что сложные геометрии, такие как тонкие стены и мелкие детали, могут помешать использованию теплопроводящих смол.

Давайте переключимся с добавок, которые модифицируют механические свойства смол, на добавки, которые модифицируют их косметику (например, красители). Многие формовщики предлагают ограниченный выбор красителей – у Protolabs их около 45 – которые можно добавлять в базовую смолу, обычно без дополнительной зарядки. Термопластичные базовые смолы в основном состоят из черного, натурального и прозрачного; красители могут быть добавлены к последним двум. В протолабах обычно используется смесь из 3% salt-and-pepper с меньшим процентным содержанием прозрачных смол, таких как поликарбонат. Смесь не является точным совпадением цветов. Даже если материал может принимать определенный краситель, цвета деталей остаются приблизительными. Некоторые моделисты сообщают вам (с помощью онлайн-приложения), какие красители работают с какими материалами.

Предварительно составленная смола

Когда продукт требует точного цветового соответствия или использования нескольких добавок для обеспечения работы деталей и смол в заданной среде, разработчикам необходимо предоставить формовщикам предварительно смешанную смолу. Предварительное смешивание означает, что поставщик смолы (например, polyone.com или RTPcompany.com ) смешивает все добавки в одну таблетку, обеспечивая равномерное распределение и цвет. Все гранулы одинаковы в предварительно смешанном материале, а не в смеси соли и перца, которая имеет случайную дисперсию гранул.

Формовщики не обязательно являются экспертами по материалам; однако, они имеют всестороннее понимание обычно используемых материалов, основанных на промышленности и геометрии. Они могут предложить альтернативы или две или три разные смолы, которые могут работать. Простое использование нескольких смол для испытаний поможет в точной настройке геометрии и выборе материала.

Автор

Tony Holtz (Тони Хольц) – инженер-прикладник в Protolabs, т.: (877) 479-3680; e-mail: customerservicve@protolabs.com.

Источник: www.machinedesign.com.