Simèches de verre or fibres de verre courtes, fibre de verre de première qualité or prix de la fibre de carbonesont ajoutés à la matrice thermoplastique, le but est essentiellement d'améliorer les propriétés mécaniques et structurelles du polymère.Il existe de nombreuses différences entre les deux principales méthodes de renforcement des thermoplastiques pour le moulage par injection, depuis la manière dont ils sont combinés avec la matrice polymère jusqu'au niveau de performance qu'ils peuvent fournir, et une forme de fibre peut être plus adaptée. L'autre est plus adaptée, mais pour le shaper, la principale différence entre les fibres courtes et longues réside dans le degré de transformation de celles-ci.
Transformation de thermoplastiques renforcés de fibres longues
L'objectif principal du traitement des thermoplastiques renforcés de fibres longues est de maintenir la longueur des fibres, ce qui est essentiel pour optimiser la résistance et la ténacité.La rupture des fibres peut avoir un impact négatif sur les propriétés du composite polymère et peut finalement annuler les avantages de l'utilisation de fils en fibre de verre.Une mauvaise manipulation et une conception défectueuse des outils et des composants, ou l'utilisation d'équipements ou de configurations de traitement non optimisés, peuvent entraîner une rupture des fibres.
Contrairement aux plastiques renforcés de fibres coupées, les matériaux renforcés de fibres longues sont généralement fabriqués par pultrusion.Le processus implique des étirementsverres itinérantimprégné de résine thermoplastique à travers une filière d'imprégnation spéciale (afin que la résine puisse s'enrouler et lier les fibres), puis couper les brins extrudés en granulés, les fibres des granulés mesurent généralement 12 mm. Les caractéristiques longues et pleines de longueur sont un renforcement de fibres unidirectionnel , et cette longueur est essentielle pour permettre au polymère de transférer efficacement la contrainte vers des fibres plus résistantes.
Lorsque ces granulés sont utilisés pour le moulage par injection, les fibres longues sont alignées et étroitement enroulées pour former un squelette interne qui confère résistance et ténacité.Comparés aux matériaux chargés de fibres courtes, les composites renforcés de fibres longues, qu'ils soientfibres de verreou des fibres de carbone, offrent des rapports résistance/poids plus élevés, une résistance aux chocs, une durée de vie en fatigue cyclique plus longue, une résistance thermique plus large et une meilleure stabilité dimensionnelle.
Ces matériaux durables offrent des performances structurelles comparables à celles du métal, tout en étant plus légers que le métal et capables de tirer parti des avantages en matière d'efficacité de traitement du moulage par injection.Tissu en fibre de carbone 1kest particulièrement précieux en remplacement du métal car ils sont 70 % plus légers que l'acier et plus légers que l'acier.L'aluminium est 40 % plus léger, de sorte que les composites renforcés de fibres longues peuvent être utilisés pour fabriquer des composants exigeants dans les domaines de l'automobile, des articles de sport, de l'aérospatiale, des biens de consommation et des équipements industriels.Les résines de base typiques comprennent le polyamide (PA ou nylon), le polypropylène (PP), le polyuréthane thermoplastique rigide (ETPU) et les résines haute température telles que le polyétheréthercétone (PEEK), le polyphtalamide (PPA) et le polyamide.Éther imide (PEI), etc. Bien que tout thermoplastique puisse être renforcé avec des fibres, seuls certains offrent des performances supérieures car ils sont mieux renforcés.Plus précisément, les résines semi-cristallines sont mieux renforcées par des fibres que les résines amorphes, ce qui signifie que leur rigidité et leur résistance sont encore augmentées.
Points de traitement des matériaux renforcés de fibres longues
Comparé aux résines non modifiées ou granulaires chargées de poudre, le moulage de composites renforcés de fibres longues présente certaines exigences en matière de moules, de portes, d'équipements de moulage et de conception de pièces.Les procédés utilisés pour traiter ces matériaux diffèrent également de ceux des polymères renforcés de fibres courtes.
Comme mentionné précédemment, le maintien de la longueur des fibres est la clé du succès.Les facteurs pouvant provoquer un raccourcissement de la longueur des fibres comprennent la pression élevée et le cisaillement de la vis d'injection, tout comme les angles vifs du moule et du système de canaux.Pour maintenir la longueur des fibres, il y a 3 points de traitement clés à prendre en compte :
1. Matériau et conception du moule
Bien que les fibres longues s'usent moins sur le moule que les fibres courtes car il y a moins d'extrémités de fibres en forme d'aiguille qui affectent le moule, le même type d'acier pour moule convient aux polymères renforcés à fibres longues et à fibres courtes, les plus courants. est de l'acier pour moule P20, qui peut résister à plus de 100 000 injections en continu.Si une durabilité plus élevée est requise (au-dessus de 100 000 cycles d’injection), l’acier au chrome-molybdène H13 ou l’acier trempé à l’air A9 sont de meilleurs choix.En général, les moules durcis constituent le meilleur choix pour le traitement des thermoplastiques renforcés de fibres.Les moules usés peuvent être remis à neuf grâce à la technologie de galvanoplastie.Des moules en aluminium peuvent même être utilisés si des prototypes doivent être réalisés afin de valider la conception.
2. Équipement de formage
Les thermoplastiques renforcés de fibres longues peuvent être traités à l'aide d'un équipement de moulage par injection standard avec seulement quelques modifications non permanentes pour préserver la longueur des fibres et s'adapter à des viscosités plus élevées.Une vis basse pression ou à usage général avec une bague anti-retour qui permet un écoulement libre en haut est recommandée.Des buses à usage général peuvent être utilisées, mais les buses en nylon doivent être évitées car leur forme de sablier (conçue pour empêcher la bave) restreint le débit, crée un cisaillement et provoque l'abrasion des fibres.Une autre astuce pour réduire le cisaillement consiste à éviter les conceptions de buses à cône inversé.En général, des trous de buse plus grands (minimum 5,6 mm) facilitent le passage des résines visqueuses renforcées par des fibres.
Une bonne règle de base pour toute machine d’injection est d’injecter seulement 60 à 70 % du volume.Une taille de tir trop importante augmente le temps de réinitialisation, tandis qu'une taille de tir trop faible signifie que le matériau reste plus longtemps dans le canon, conduisant potentiellement à une dégradation.
3. Conditions de traitement
En ce qui concerne le traitement, il est important de résoudre deux problèmes : le gauchissement et le fluage.En général, les pièces thermoplastiques renforcées de fibres longues subissent moins de déformations que lesfibre de verre à brins courtspièces parce que l'enroulement du filament réduit le retrait différentiel, mais les pièces à fibres longues moulées par injection se déforment toujours, l'une des raisons étant que les fibres s'écoulent le long de l'alignement d'orientation, tout en améliorant la résistance des pièces, peut conduire à une anisotropie.Pour éviter la déformation, d'autres emplacements de grille ou conceptions de pièces peuvent être utilisés pour éviter un alignement excessif des fibres dans les zones qui ne nécessitent pas une résistance élevée pour résister aux charges structurelles.
Conserver l'avantage des fibres longues
Le moulage réussi de composites renforcés de fibres longues nécessite certaines modifications des directives de conception et des paramètres de traitement applicables aux résines non renforcées et aux composés de fibres courtes.Pour tirer le meilleur parti des renforts en fibres longues (qui coûtent plus cher que les matériaux non chargés ourenfort de brins coupés en fibre de verreen raison de leur haute performance), les meilleures pratiques doivent être suivies tout au long du processus.Si les fibres longues sont cassées ou mal alignées en raison d'une manipulation incorrecte, d'une conception de matrice ou d'une configuration d'équipement incorrecte, leurs avantages en termes de résistance et de ténacité seront diminués, voire perdus.
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Heure de publication : 21 octobre 2022