長繊維強化熱可塑性樹脂（LFRT）は、高い機械的特性を有する射出成形用途に使用されている。 LFRT技術は優れた強度、剛性、衝撃特性を提供することができますが、この材料の加工は最終部品の性能を決定する上で重要な役割を果たします。
LFRTの形状を整えるためには、その独自の特徴を理解する必要があります。 LFRTと従来の強化熱可塑性樹脂との違いを理解することは、LFRTの価値と可能性を最大限に引き出すための機器、設計、加工技術の開発を推進してきました。
LFRTと従来の細断された短いガラス繊維強化複合材の違いは、繊維の長さにあります。 LFRTでは、繊維の長さはペレットの長さと同じです。 これは、ほとんどのLFRTはせん断型コンパウンドではなくプルトルージョン成形によって製造されるためです。
LFRT製造では、ガラス繊維ロービングの連続したストランドが、樹脂のコーティングおよび含浸のために、まずダイに引き込まれる。 ダイを出た後、連続ストリップを細断またはペレット化し、通常10〜12mmの長さに切断する。 対照的に、伝統的な短いガラス繊維複合材料は、3~4mmの長さの切断繊維のみを含み、その長さは、剪断型押出機において典型的には2mm未満に低減される。
LFRTペレットの繊維の長さは、剛性を維持しながら、耐衝撃性または靭性の増加したLFRTの機械的特性を改善するのに役立つ。 繊維が成形プロセス中に長さを保持される限り、優れた機械的特性を提供する「内部骨格」を形成する。 しかしながら、不良な成形プロセスは、長い繊維製品を短い繊維材料に変える可能性がある。 成形プロセス中に繊維の長さが損なわれると、要求されるレベルの性能を得ることができない。
LFRT成形プロセス中に繊維長を維持するために、考慮すべき3つの重要な側面があります。射出成形機、部品と金型の設計、加工条件です。
まず、機器の予防措置
LFRT処理についてよく聞かれる1つの質問は、既存の射出成形装置を使用してこれらの材料を成形できるかどうかということです。 大部分の場合、ステープルファイバー複合材を形成するための装置を使用してLFRTを形成することもできる。 典型的な短繊維成形装置は、ほとんどのLFRT部品および製品にとって満足のいくものであるが、装置のいくつかの変更は、繊維長の維持を助長することができる。
典型的な「送り圧縮計量」セクションを備えたユニバーサルスクリューは、このプロセスに非常に適しており、計量セクションの圧縮比を下げることによって繊維破壊剪断を低減することができます。 LFRT製品には、2：1メートルのセグメント圧縮比が最適です。 LFRTの摩耗は従来のチョップドガラス繊維強化熱可塑性樹脂ほどではないため、ネジ、バレルその他の部品の製造に特殊金属合金を使用する必要はありません。
設計レビューの恩恵を受ける可能性のある別のデバイスは、ノズルの先端です。 いくつかの熱可塑性材料は、材料が金型キャビティ内に射出されるときに高い程度の剪断を生成する、逆テーパーノズルチップで機械加工する方が容易である。 しかしながら、このようなノズルチップは、長繊維複合材の繊維長を著しく減少させる。 したがって、長繊維が容易にノズルを通って部品に入ることを可能にする100％「自由流動」設計のスロット付きノズル先端/弁アセンブリを使用することが推奨される。
また、ノズル及びゲートホールの直径は5.5mm（0.250インチ）以上のゆるいサイズでなければならず、鋭いエッジがない。 材料がどのように射出成形装置を通って流れるかを理解し、せん断が繊維を壊すかどうかを決定することが重要である。
第二に、部品と金型設計
良好な部品および金型設計は、LFRTの繊維長を維持するのにも役立つ。 エッジの一部（リブ、ボス、およびその他のフィーチャーを含む）の周りの鋭いコーナーを除去することにより、成形部品の不必要な応力が回避され、繊維の摩耗が低減される。
部品は、均一な肉厚の公称壁設計のものでなければならない。 壁の厚さが大きく変化すると、パッキングが不均一になり、部品の不要な繊維配向が生じる可能性があります。 厚さを厚くするか薄くする必要がある場合、繊維を損傷して応力集中の原因となる高せん断領域が形成されないように、肉厚の急激な変化を避けなければなりません。 通常、厚い壁のゲートを開き、薄い部分に充填端を保ちながら薄い部分に流れるように試みられます。
良好なプラスチック設計の一般的な原則は、4mm（0.160インチ）未満の肉厚を保つことは、良好で均一な流れを促進し、シンクおよびボイドの可能性を低減することを示唆している。 LFRT化合物については、最適な壁厚は通常約3mm（0.120インチ）であり、最小厚さは2mm（0.080インチ）である。 肉厚が2mm未満であると、型に入り込んだ後に繊維が破断する確率が高くなる。
部品は設計の一面に過ぎず、材料がどのように金型に入るかを検討することも重要です。 ランナーとゲートが材料をキャビティ内に案内するとき、適切に設計されていないと、これらの領域に多量の繊維損傷が生じる可能性がある。
LFRTコンパウンドを成形するための型を設計する場合、全半径ランナーは最小直径5.5mm（0.250インチ）で最適です。 フルラウンドチャネルに加えて、他の形態の流路は鋭いコーナーを有し、成形プロセス中の応力を増大させ、ガラス繊維の補強効果を破壊する。 ランナーが開いているホットランナーシステムも使用できます。
ゲートの最小厚さは2mm（0.080インチ）にする必要があります。 可能であれば、キャビティへの材料の流れを妨げないエッジに沿ってゲートを配置します。 部品の表面のゲートは、繊維の破損の開始を防止し、機械的特性を劣化させるために90°回転させる必要があります。
最後に、溶着線の位置と、溶着線が使用されるときに部品が負荷（または応力）を受ける領域にどのように影響するかに注意してください。 溶着ラインは、ゲートの合理的なレイアウトによって応力レベルが低下すると予想される領域に移動する必要があります。
コンピュータ充填分析は、これらの融合ラインがどこに位置するかを決定するのに役立ち得る。 充填解析で決定された構造的有限要素解析（FEA）を使用して、高い応力の位置とコンフルエンスラインの位置を比較することができます。
これらのパーツおよびモールドデザインは推奨事項に過ぎないことに注意してください。 薄い壁、壁の厚さのばらつき、および良好な性能を達成するためにLFRTコンパウンドを使用するファインまたはファインフィーチャーを持つコンポーネントの多くの例があります。 しかしながら、これらの勧告から離れて、長繊維技術の完全な利点が実現するのに必要な時間と労力が増える。
第三に、処理条件
処理条件はLFRTの成功の鍵です。 正しい加工条件が使用される限り、汎用射出成形機と適切に設計された鋳型を使用してLFRT部品を製造することが可能である。 言い換えれば、適切な設備と金型設計であっても、加工条件が悪いと繊維の長さが問題になることがあります。 これは、成形プロセス中にファイバが遭遇することを理解し、過度のファイバせん断を引き起こす領域を特定することを必要とする。
まず、背圧を監視します。 高い背圧は、材料に大きな剪断力を導入し、繊維の長さを減少させる。 背圧ゼロから始まり、供給プロセス中にスクリューが均等に引っ込められるまでそれを増加させることを考慮すると、通常、1.5〜2.5バール（20〜50psi）の背圧を使用すると、一貫した供給を得るのに十分である。
高いスクリュー速度もまた悪影響を及ぼす。 スクリューが速く回転するほど、固体および未溶融の材料がスクリュー圧縮部に入りやすくなり、繊維が損傷する可能性が高くなります。 背圧の推奨事項と同様に、スクリューを満たすために必要な最小限の圧力を可能な限り速く保つ必要があります。 LFRTコンパウンドを成形する場合、30〜70r / minのスクリュー速度が一般的です。
射出成形プロセスでは、一緒に作用する2つの要因、すなわちせん断および熱によって溶融が起こる。 目標は、せん断を減らすことによってLFRT内の繊維の長さを保護することであるので、より多くの熱が必要となる。 樹脂系によれば、処理されたLFRT化合物の温度は、通常、従来の成形コンパウンドの温度よりも10〜30℃高い。
しかし、単にバレル温度を上げる前に、バレル温度分布の逆転に注意してください。 通常、物質がホッパーからノズルに移動するにつれてバレル温度が上昇しますが、LFRTの場合、ホッパーでは温度が高くなることを推奨します。 温度分布の逆転は、LFRTペレットが高せん断スクリュー圧縮セクションに入る前に軟化し溶融することを可能にし、それによって繊維長の保持を容易にする。
