Presentazione del materiale LGF TPU nel campo GF TPU
Il-poliuretano termoplastico rinforzato con fibra di vetro (GF TPU) è un materiale composito ad alte-prestazioni che combina ingegnosamente l'eccellente elasticità, resistenza all'usura e flessibilità del poliuretano termoplastico (TPU) con l'elevata resistenza, rigidità e stabilità dimensionale delle fibre di vetro (GF). L'emergere di questo materiale ha ampliato significativamente i confini dell'applicazione dei tecnopolimeri, soprattutto in condizioni difficili dove sono richieste "rigidità e flessibilità". Il composito GF TPU sta diventando una soluzione chiave per sostituire i metalli tradizionali, la gomma e altri materiali plastici tecnici.
Fibra di vetro corta (SGF) e fibra di vetro lunga (LGF)
Questo è un importante punto di distinzione del settore:
SGF TPU (fibra di vetro corta):La lunghezza della fibra è solitamente inferiore a 1 mm. È facile da lavorare e ha una finitura superficiale migliore, ma il miglioramento delle prestazioni è limitato. Migliora principalmente la rigidità.
LGF TPU (fibra di vetro lunga):La lunghezza della fibra può essere mantenuta a 5 mm o anche più di 25 mm (nel componente finale). LGF forma una struttura strutturale tridimensionale all'interno del componente, migliorando significativamente la resistenza agli urti (Impact Strength), la resistenza al creep (Creep Resistance) e la durabilità alla fatica (Fatigue Durability). Il materiale LGF TPU è la forza principale per ottenere la "sostituzione del metallo".
A cosa serve il GF TPU?
Eccezionale resistenza agli urti: quando il componente è sottoposto a impatto, questa struttura in fibra tridimensionale può disperdere l'energia dell'impatto in un volume più ampio per la trasmissione e l'assorbimento e prevenire efficacemente l'espansione di microfessure.
Eccellenti prestazioni anti-ruggine: sotto carichi continui a lungo-termine (come il precarico dei bulloni o il carico continuo-portante), la matrice di fibre di LGF può "sostenere" efficacemente l'intera struttura, inibendo significativamente il flusso della matrice polimerica, consentendo al componente di mantenere la sua forma e la forza di precarico per lungo tempo.
Eccezionale resistenza alla fatica e durata: se sottoposta a milioni di cicli di carico (come vibrazioni, flessione), la rete di fibre di LGF può inibire efficacemente l'avvio e la propagazione di cricche da fatica, consentendo alla sua durata di servizio di superare quella dei materiali compositi SGF. È particolarmente adatto per componenti di trasmissione dinamica o ambienti soggetti a vibrazioni.
Deformazione inferiore e stabilità dimensionale più elevata: sebbene tutte le fibre di vetro riducano il coefficiente di espansione termica (CLTE), le fibre lunghe di LGF si incastrano in modo più tridimensionale e casuale all'interno della cavità dello stampo, determinando velocità di contrazione simili nelle direzioni FD e TD. Ciò riduce significativamente la deformazione dei componenti, rendendolo particolarmente adatto alla produzione di componenti strutturali grandi e precisi.
Brillare brillantemente per vari settori
Industria automobilistica:
NVH e telaio: supporti motore (staffe motore), boccole del sistema di sospensione, coperture degli ammortizzatori, isolatori di vibrazioni della molla.
Gruppo propulsore e fluidi: connettori dei cavi di trasmissione, alloggiamenti dei sensori, clip del sistema di alimentazione, giunti dei tubi del carburante ad alta-pressione.
Struttura e interni/esterni: attuatori per serrature, componenti di sistemi di sospensioni pneumatiche, giunti di tubi pneumatici per camion- pesanti.
Produzione industriale e automazione:
Componenti-per carichi pesanti: rotelle-per carichi pesanti (industriali/medici), rulli industriali, raschiatori per nastri trasportatori.
Trasmissione di potenza: Giunti, ingranaggi industriali, pinze pneumatiche (Grippers).
Ambienti difficili: reti per vagliatura mineraria, componenti di macchine agricole, guarnizioni e giunti idraulici.
Elettronica ed elettrica:
Utensili elettrici: gli involucri degli utensili elettrici-di fascia alta (in particolare LGF TPU).
Cavi e connettori: guaine di cavi trasportatori di robot e automazione, nonché involucri di connettori ad alta-durevolezza.
Sport e tempo libero:
Attrezzatura da sci: Fibbie, piastre e supporti posteriori degli scarponi da sci alpino.
Velivoli e attrezzature senza pilota: braccio del telaio di un velivolo senza pilota, carrello di atterraggio, componenti strutturali di telecamere sportive.
LGF TPU: sfide e controllo delle tecniche di lavorazione
Assolutamente critico: l'essiccazione
Il TPU ha una forte proprietà igroscopica. Se l'umidità non viene rimossa adeguatamente prima della lavorazione, durante il processo di fusione ad alta-temperatura, l'umidità idrolizzerà le catene polimeriche TPU, determinando:
Degradazione per idrolisi: il peso molecolare diminuisce e le proprietà meccaniche vengono gravemente danneggiate.
Difetti dei componenti: compaiono bolle e persino (nel TPU LGF) le fibre potrebbero essere esposte. Pertanto, l'utilizzo di un efficiente essiccatore di deumidificazione per diverse ore di pre-asciugatura è una fase del processo obbligatoria.
Usura e taglio
Usura delle viti: la fibra di vetro è un materiale altamente abrasivo. Quando si lavora la resina composita GF TPU, è necessario utilizzare una vite temprata e una valvola inversa (come una vite bimetallica); in caso contrario, la durata della linea di produzione sarà estremamente breve.
Controllo del taglio: un'eccessiva velocità di rotazione della vite e una contropressione possono generare una forte forza di taglio, che è fatale nella lavorazione dei compositi LGF TPU - interromperà eccessivamente le fibre lunghe, facendo perdere loro i vantaggi prestazionali di LGF. Pertanto, deve essere adottata una finestra di elaborazione "basso taglio, bassa contropressione".
Progettazione e Iniezione di Stampi
Design del punto di accesso: la posizione e le dimensioni del punto di ingresso determinano direttamente il modello di riempimento del materiale fuso, che a sua volta determina l'orientamento finale delle fibre nel componente (come accennato in precedenza, questa è l'anisotropia). È necessario implementare un'adeguata ventilazione dello stampo per prevenire bruciature o riempimento insufficiente causati da gas intrappolati (inclusa l'umidità residua nel materiale).
Aspetto superficiale: il pellet di plastica GF TPU spesso presenta un fenomeno di "fibra fluttuante", che risulta in una superficie ruvida. Ciò ne limita l'applicazione diretta su componenti dall'aspetto di classe A- e di solito richiede la post-spruzzatura o l'uso di modifiche speciali (come l'aggiunta di lubrificanti superficiali).
Il pellet di plastica TPU LGF è un materiale altamente ingegnerizzato, lungi dall'essere una semplice "plastica con aggiunta di fibre di vetro". Il suo valore risiede nel bilanciare con precisione rigidità, tenacità, smorzamento e durata. Una conoscenza approfondita delle differenze chimiche tra poliestere e polietere, della microstruttura di LGF/SGF, dei vincoli di progettazione determinati dall'anisotropia e delle rigorose condizioni di lavorazione è fondamentale affinché le aziende possano utilizzare con successo questo materiale ad alte-prestazioni come alternativa ai metalli, ridurre i costi e ottenere innovazione di prodotto.
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