工程树脂 | 13分钟阅读

为什么长玻璃成型机可以在线复合

在欧洲,将原玻璃纤维直接混入热塑性模制件的发展迅速,现在已经到了。所谓的D-LFT有望使大型零件变得更便宜,更坚固,但是会带来新的技术风险和更高的前期投资成本。

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长玻璃纤维增​​强热塑性塑料的在线复合和成型是注射成型或压缩成型的新替代方法,既可以是预复合长玻璃粒料,也可以是玻璃毡热塑性塑料(GMT)片材。“Direct”长纤维热塑性塑料(D-LFT)的混炼和成型仍处于商业化初期。根据市场研究公司BRG Townsend Inc.在山上的一项研究,在全球2.77亿磅长纤维热塑性塑料市场中,它约占16%,即4400万磅。新泽西州的橄榄色GMT占52%,即2.77亿磅,而长纤维颗粒则占32%,即8900万磅。不包括GMT,LFT市场据说每年增长30%,D-LFT甚至比那快。

至少有六种方法在使用—some commercially available, some proprietary. The oldest versions, dating back around 10 years, feed chopped glass fibers 0.5 to 2 in. 长 into a special extruder. Newer technologies of the last three to five years feed continuous glass rovings, which are cut to length by a cutter or the extruder screw.

D-LFT的某些最新版本使用两级螺杆/柱塞注射机,其中双螺杆混合机代替了通常的单螺杆。其他D-LFT系统挤出坯料,“log,”或厚片材,将其仍放置在热压机中。后者的一种变型将原木直接挤出到压缩模具的下半部分。 (但是,由于速度太慢,机器供应商已停止使用该方法。)

所有D-LFT技术的主要特征是,它们要求加工商掌握复杂的双重工艺,该工艺将树脂和生玻璃的复合与压缩或注射成型相结合。“进行在线玻璃复合’必须要跑很多磅,而且成型机必须具有很高的技术水平,”BRG Townsend关于LFT市场的研究的合著者Robert Constable说。“责任从粒料供应商转变为模塑商。我不会’如果有人尝试并找到它,不要感到惊讶’太复杂了。加热一片Azdel并将其拍打在模具中比顺序混合和成型容易得多。”

模塑商不仅要承担自己配制原材料的责任,而且投资成本也会急剧上升。北卡罗来纳州索尔兹伯里的Meridian汽车系统公司计划为三个D-LFT压缩系统各花费约100万美元—and that’仅用于混料和自动压机进料,不包括压机本身。每个系统将占地约1500平方英尺,这还不包括夹层式的重量喂料和混合。同样,D-LFT注塑系统的成本可能比标准机器高80%。

 

为什么呢

第一个答案是节省成本,第二个答案是—in general—优越的性能。 D-LFT压缩成型使大型结构零件的价格比从购买的GMT压缩成型的零件便宜20-50%。由GE Plastics在美国以商品名Azdel提供的聚丙烯GMT售价约为1.30美元/磅。 D-LFT零件成本低于$ 1 / lb。 

“There aren’在汽车上的许多地方,可以立即消除很多成本,”R主管Frank Henning说&德国弗劳恩霍夫化学技术研究所的博士,该博士为两个D-LFT工艺的早期开发提供了支持。“That’这就是为什么D-LFT在美国将大行其道的原因。美国是全球成本驱动最激烈的汽车市场。他们无法避免这个过程。”

D-LFT压缩成型零件的冲击性能可能略低于标准GMT。模塑商和机器供应商表示,D-LFT压缩模塑零件的平均纤维长度为3/4至2英寸(19至50毫米)。

D-LFT压缩成型在欧洲和美国商业化,主要制造大型的扁平结构部件。目前,欧洲有六家大型汽车模塑商正在运行约25条生产线,并至少下了10到15个订单。到目前为止,只有两个美国利基成型商在进行D-LFT压缩成型,另外还有一个成型阶段。还有,少数R&D机进行测试和产品开发。

D-LFT injection is far newer than D-LFT压缩. It represents some cost savings versus molding 长-glass pellets, but its primary advantage is 长er ultimate fiber length and better properties than conventional 长-glass injection molding. A key reason for this is that the continuous glass rovings are pulled into the barrel downstream, where they 恩 counter resin that is already melted.

A number of sources say productivity of D-LFT injection is higher than for standard injection of 长-glass pellets. Because of the slow plastication required to avoid fiber breakage with 长-glass pellets, parts that require cycle times of over a minute reportedly can be molded in 30 sec or less with D-LFT injection (or compression) systems.

与D-LFT压缩相比,D-LFT注入使零件需要更高的流动性,但强度却更低。 D-LFT注塑成型的另一个优点是,它避免了零件上的大冲孔和产生的废品。据说D-LFT注射的最终纤维长度为7至12 mm,比D-LFT压缩过程的短,但比在标准机器中将长纤维粒料注射成型所获得的纤维长得多。

D-LFT压缩过程在德国发展最快。在不太成熟的热塑性压缩成型的法国和美国,汽车市场已尝试使用长玻璃注塑成型来获得更高的冲击强度。但是C.A总裁Randall Lawton表示,对于长玻璃粒料,无论起始玻璃长度是多少,玻璃在成品零件中的长约1/8至1/4英寸(3.2至6.4毫米)。 Lawton Co.,出售D-LFT压缩系统。那’比D-LFT注射或压缩成型中的最终玻璃长度短。 (Ticona的一位消息人士称,其Celstran长纤维颗粒生产的零件中纤维长度超过1/4英寸。“on a regular basis”但未指定达到该长度的纤维比例。)

两种类型的D-LFT都带来了另一个优势。它可以轻松回收传统GMT成型无法重复使用的冲孔料和其他废料。 D-LFT甚至可以回收传统的GMT废料,这对使用这两种工艺的模塑商来说都是一个优势。

 

D-LFT适合哪里?

评估各种D-LFT方法的成本与收益并不容易。首先,需要定义多长时间“long” glass is—in the finished part, which is the only measure that counts. Second, comparisons can easily be confusing. One must be careful to distinguish between D-LFT injection, 长-glass pellet injection, and even injection molding traditional short-glass pellets.

然后是D-LFT压缩和购买的GMT压缩成型—其中有两种截然不同的种类,它们既包含短切纤维毡,也包含连续纤维毡。然后,D-LFT压缩可以基于连续纤维,短切纤维或长纤维粒料。在所有这些替代方案中进行选择最终将取决于成本,生产率和最终零件所需的机械性能等问题。

LNP Engineering Plastics的Verton长玻璃粒料产品经理Matt Miklos告诫模塑商要意识到,零件的最终玻璃长度不能准确地表示为简单值或范围,而不能表示为统计分布或直方图。该曲线的形状取决于所使用的机器,模具,零件配置和工艺条件。即使对长玻璃粒料进行适当的模制,也需要对机器和工艺进行修改,例如没有障碍或混合部分的低剪切螺杆,较大的孔口和较低的螺杆速度。

匹兹堡PPG工业公司的技术和生产经理William Ferrell向所有长纤维市场提供粗纱,但他不相信D-LFT与长纤维颗粒竞争。“他们为这样的不同应用提供服务。如果有的话,在线LFT将继续替换压铸金属零件和需要大量组装的零件。”(PPG是GE在Azdel Inc.的合作伙伴,后者生产GE出售的Azdel板材。)但是LNP’s Miklos says, “在某些情况下,我们会遵循完全相同的部分。不断变化的市场将有一些重叠。”

许多加工商和设备供应商表示,从广义上讲,无论技术是从粗纱还是短切纤维开始,还是进入粗纱工艺,进料和复合材料的过程越连续,对玻璃纤维的损害就越小。压缩或注塑模具。他们的理由是,纤维在熔体中暴露的压力变化和湍流越多,它们最终进入零件的时间就越短。

“The choices aren’不一定是质量问题。有些零件需要25毫米玻璃,有些零件需要更多,”德国迪芬巴赫有限公司销售经理Heinrich Ernst说。“您必须知道需要达到什么冲击强度,然后确定纤维的长度以及如何最好地送入模具。”他补充说,具有较长纤维(至少长于1英寸)的反面是,与较短的纤维相比,它们流动更慢并且保留的热量更多。

Some sources say only 10 to 15 mm is the preferred fiber length to fill out thin, flat parts like car underbody panels. Such fibers also cause less warpage than 长er 20-25 mm glass, says Siegfried Kupper, head of R&RKT Kunststoffe是位于德国科恩根的全球汽车GMT和D-LFT压缩成型机的D。

 

D-LFT注塑

背负式双螺杆复合机的D-LFT注塑成型主要有两个支持者,它们都在去年秋天展示了其系统’2001年在杜塞尔多夫举行的K秀。其中之一就是克劳斯玛菲,它提供的系统重量为715至5940吨。挤出机借助向注射系统供料的熔体储存器连续运行。尽管K-M的初始系统实际上使用了姐妹公司Berstorff的相同设计,但K-M自己制造了双螺杆部分。

The other factor was Husky 射出成型 Systems, which built a demonstration system with a 330-ton press and a Coperion Werner&Pfleiderer双螺杆在注射单元顶部。赫斯基已终止该计划,原因是“缺乏严重的客户兴趣。”

D-LFT注射剂在两家欧洲汽车厂都使用克劳斯-玛菲系统进行商业销售。目前有6条生产线:法国的3条,德国的2条和密歇根州奥本山的Delta 工装 Co.的委托生产,这条生产线正在将其用于客户试验。法国Audincourt的Faurecia是第一台采用D-LFT注射成型的模塑商。它购买了K 2001所示的机器。佛吉亚现在拥有三条D-LFT注射线,第四条已订购。它使用D-LFT来制造标致车身底板和其他汽车零件。克劳斯-玛菲(Krauss-Maffei)还将在慕尼黑建立2970吨的D-LFT试验机。

 

D-LFT压缩成型

大多数制造D-LFT压缩零件的欧洲大型汽车集团最初都是对GMT进行压缩成型的,但仍然运行这两个过程。通常,D-LFT成型零件可以与GMT零件在同一模具中运行。“We’重新制造出质量更高,成本更低的零件,”瑞士立达汽车隔热板公司塑料和复合材料卓越中心主任Bernd Wulf指出。“D-LFT技术是增加市场份额的主要因素。”立达有两年了’在两条迪芬巴赫生产线上使用D-LFT的经验,并计划很快再安装两条。

贝尔斯托夫提供了一种连续生产类GMT材料的系统。用一对辊对同向旋转双螺杆挤出机进行改造,以分离连续的粗纱,加热并用熔体润湿,然后将其拉入啮合的螺杆部分。

伯斯托夫已经建造了两台能够进行D-LFT的复合挤出机,尽管它们都不与模具一起使用。一个在贝尔斯托夫’在德国的实验室。另一种是自2000年10月起在瑞士伦茨堡的Quadrant(以前称为Symalit)。它生产一种低成本的GMT片材,出售给压模商。有趣的是,Quadrant采取了这条路线来应对D-LFT压缩成型的竞争。

美国的Composite 产品展示 Inc.(CPI)于1989年开发了已知的最早的D-LFT压缩工艺,并于1991年将其商业化。CPI使用在线的两台单螺杆挤出机。一种熔化PP,另一种则用低剪切螺杆预热切割的纤维,然后将其与熔体轻轻结合。然后,化合物流到一个蓄能器,在那里活塞将其推出,然后将其转移到压缩模具中。

消费物价指数有3条生产D-LFT生产线。七年来,它已经为道奇Ram轻型货车驾驶室制作了一个3 x 5英尺的后面板。最近,它为吉普牧马人(Jeep Wrangler)模制了门围和前部联箱,并将很快为一级汽车供应商制造踏板。 消费物价指数正在建设第四个D-LFT系统,该系统将使用一种称为Woodshed的新长纤维工艺,该工艺使用金属丝涂布型模具将熔体施加到粗纱上。发明人Ron Hawley称这种最新方法“pushtrusion.”它省去了蓄能器和活塞,可以填充标准注塑模具。

1995年,沃尔沃在瑞典获得CPI许可’s D-LFT压缩 process. Volvo wanted 长-fiber parts without the high price of GMT sheet. Volvo compression molded car underbody panels and front 恩 ds, as well as a truck-cabin interior box.

沃尔沃随后将其D-LFT压缩业务剥离给了奥地利的汽车GMT成型商Polytec Composites Sweden AB。宝力达’新的D-LFT程序包括沃尔沃的发动机罩。 Polytec和沃尔沃正在试验填充30毫米玻璃纤维的尼龙以与SMC竞争。 Polytec还开发了一种切割机,用于在D-LFT机器旁边切割粗纱,而不是购买价格更高的切碎玻璃。 Polytec不’就像让挤出机螺杆切割纤维一样,因为它认为会产生更多随机的纤维长度(双螺杆挤出机制造商对此颇有争议)。

消费物价指数’s的工艺最近被许可给位于安大略省密西沙加的Decoma International,该公司将于今年晚些时候开始D-LFT压缩成型。

位于俄亥俄州代顿的Composite Technologies Co.,于1993年从前密尔沃基的Rose Extruder Co.获得了增塑剂技术,并在1999年开发了自己的D-LFT复合工艺并申请了专利’94.它使用一个34:1的L / D往复式单螺杆增塑剂和切割的玻璃纤维来供给压缩模具。 CTC使用八条D-LFT压缩线,使用玻璃垫边饰边的再生玻璃和汽车保险杠的再生TPO制造一系列非汽车复合材料零件。它可定制模具零件,如用于Huffy Sports的篮球篮和篮板的篮板。 CTC许可证Lawton公司使用其增塑剂,并为Lawton做客户试验。 CTC最近还将系统出售给了一家未具名的美国模塑商,将于今年晚些时候交付。

Coperion Werner&Pfleiderer已经提供了用于D-LFT压缩和注射的同向双螺杆混合器。连续波&P说,它有12个混料机用于D-LFT压塑成型。其中有七台是迪芬巴赫GMT印刷机的翻新产品。一台挤出机通常提供两个压模。即将在意大利阿比亚塔·普里安扎(Abiata Prianza)的Rangerplast安装的一种模具将提供三种模具。

RKT是W的最大用户&P’D-LFT复合机。它在德国,巴西,西班牙和墨西哥运行着五个系统。墨西哥普韦布洛的生产线六个月前启动,为大众-墨西哥供应零件。 RKT希望在未来几年内在南卡罗来纳州加斯托尼亚的AKsis装置上安装一条D-LFT压缩线.RKT可以模塑车身底板,隔音板和前端支架等零件。公司消息人士称,其工艺可生产2至25毫米但大部分在8至10毫米范围内的玻璃纤维零件。

迪芬巴赫’最新的D-LFT技术使用Leistritz的同向双螺杆熔化PP。将预热的连续粗纱散布成卷,然后拉入短的第二个双螺杆中,该双螺杆将玻璃与熔体结合在一起。螺钉将玻璃切成最大80毫米的随机长度。然后,该复合物通过片状模具,被切成毛坯,然后送入压模。

迪芬巴赫 has sold 17 D-LFT压缩 systems, 10 of which are in operation—nine in Europe and one in the U.S. (at Meridian). It will deliver another to Delphi 汽车行业 Systems in Troy, Mich., in August. (An existing 迪芬巴赫 R&D system at Delphi molds 长-glass pellets.)

德国Bad Sobeinheim的Polymer-Tech GmbH是第一个使用Dieffenbacher的公司 ’D-LFT压缩过程。它制造车身底板和卡车底板。其他D-LFT生产线位于瑞士和捷克的立达,以及位于德国沃思的佛吉亚内部系统公司,该公司制造仪表板托架。 迪芬巴赫在德国还拥有一个1500吨的实验室系统,能够以1300 lb / hr的速度进行生产,以供客户试用。

麦格纳Intier 汽车行业’位于安大略省纽马克特(Newmarket)的自动内饰业务部门正在开发专有的D-LFT压缩过程。

位于德国格雷夫拉斯的江森自控室内部使用一种称为Fibropress的D-LFT工艺,该工艺于1998年在内部开发。

三年前劳顿(Lawton)从德国的Kannegiesser购买了长玻璃颗粒的压缩成型工艺,并使用玻璃粗纱将其转变为D-LFT。劳顿’s的过程将连续的玻璃喂入Leistritz或Entek挤出机的36:1旋转双螺杆挤出机中。然后将复合材料送入CTC增塑剂中,以使用往复螺杆进行最终混合和计量。劳顿在大学南方研究所设有一个研究室。伯明翰的阿拉巴马州。第二台D-LFT压缩单元于2000年交付给捷克共和国的立达,为大众汽车的车体底板成型。

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