Investigation of Fiber Orientation in Injection Molding of Glass Fiber Reinforced Polymers

Cam Fiber Takviyeli Polimerlerin Plastik Enjeksiyonunda Fiber Yönlenmesinin İncelenmesi

Abstract

Controlling fiber orientation in plastic injection of glass reinforced polymers is important due to the improvement of the properties of the material. The mechanical properties and linear expansion coefficient of the material change according to the orientation of the fibers parallel to the flow direction or random orientation. The controlling of the fiber orientation depends on several critera but specifically, this is provided by the optimization of the mold design and injection molding parameters. In this study, 30% glass fiber reinforced was injectied under various injection molding conditions in order to increase the fiber orientation paralel to the flow direction. The experimental study was carried out according to the Taguchi L9 orthogonal array. The mold temperature, melt temperature and injection rate were accepted as input parameters. The thickness of the shear layer in which the fibers oriente paralel to the flow direction was taken as output. The shear layer thickness was measured over the images obtained by scanning electrone microscope. In order to investigate the dynamic mechanical behavior of the material depending on fiber orientation, Dynamical Mechanical Analysis (DMA) was applied. Storage modulus, loss modulus and tan delta values were obtained. As a result, it has been observed that higher mold temperature and melt temperature values increased shear layer thickness. Higher shear layer thickness induced higher storage modulus and loss modulus.

Özet

Cam fiber takviyeli polimerlerin plastik enjeksiyonunda fiber yönlenmesinin kontrolü, malzemeninözelliklerini geliştirmek yönünden önem taşımaktadır. Fiberlerin polimerin akış yönüne paralel veyarastgele yönlenmesine bağlı olarak malzemenin mekanik özelliği ve lineer genleşme katsayısıdeğişmektedir. Fiber yönlenmesinin kontrolü, farklı kriterlere bağlı olsa da, öncellikle kalıp tasarımınınve enjeksiyon kalıplama şartlarının optimize edilmesi ile sağlanmaktadır. Bu çalışmada, %30 cam fibertakviyeli polipropilenin farklı şartlardaki enjeksiyonu ile akışa paralel fiber yönlenmesinin gerçekleştiğikayma tabakası kalınlığının arttırılması amaçlanmıştır. Taguchi L9 matrisine göre deneysel çalışmagerçekleştirilmiştir. Çalışmada, kalıp sıcaklığı, ergiyik sıcaklığı ve enjeksiyon hızı, girdi parametreleriolarak kabul edilmiştir. Elde edilen numunelerdeki akış yönüne paralel yönlenmenin gerçekleştiği kaymatabakası kalınlığı ise çıktı olarak belirlenmiştir. Kayma tabakasının kalınlığı, elektron mikroskobundanalınan görüntüler üzerinden ölçülmüştür. Elde edilen fiber yönlenmesine bağlı olarak, malzemenindinamik mekanik davranışı ile Dinamik Mekanik Analiz (DMA) uygulanarak irdelenmiş, depolamamodülü, kayıp modülü ve tan delta değerleri elde edilmiş. Çalışmanın sonucunda, yüksek kalıp veerigiyik sıcaklığı değerlerinde, kayma tabakası kalınlığının arttığı belirlenmiştir. Kayma tabaka kalınlığıarttığında, depolama modülü ve kayıp modülü değerlerinin yükseldiği görülmüştür.