Täiteaineid kasutatakse laialdaselt küllastumata polüestervaigus, et kontrollida töötlemiskäitumist, muuta toote jõudlust ja vähendada materjalikulusid. Levinud täiteainete hulka kuuluvad kaltsiumkarbonaat, ränidioksiid, kvarts, alumiiniumoksiidtrihüdraat, talk, savi ja klaasist mikrosfäärid.
Täiteaine lisamine ei anna aga alati paremat koostist. Liigne kogus võib muuta vaigu segamise keeruliseks, vähendada voolu, hoida õhku kinni, segada klaaskiu märgumist ja nõrgendada valmistoodet.
Õige täiteainesüsteem peab tasakaalustama kolme olulist tegurit: viskoossus, mehaaniline jõudlus ja kogu tootmiskulu. See artikkel selgitab, kuidas täiteained mõjutavad kõiki neid omadusi ja kuidas tootjad saavad määrata sobiva täiteaine laadimise.
Mis on täiteained küllastumata polüestervaigus?
Täiteained on tahked osakesed, mis on enne valamist või vormimist vedelas vaigus dispergeeritud. Sõltuvalt valitud materjalist saab neid kasutada:
Vähendage vaigu tarbimist
Suurendada viskoossust
Parandage jäikust või kõvadust
Kontrollige kõvenemise kokkutõmbumist
Parandage mõõtmete stabiilsust
Muutke tihedust
Toetage leegiaeglustavat jõudlust
Parandage pinna välimust
Täiteaineid ei tohiks segi ajada tugevdavate kiududega. Klaaskiud kannavad peamiselt struktuurset koormust, samas kui mineraalsed täiteained muudavad tavaliselt töötlemist, maksumust, mõõtmete stabiilsust või valitud füüsikalisi omadusi.
SMC ja BMC rakendustes võib täielik vormisegu sisaldada küllastumata polüestervaiku, täiteaineid, klaaskiude, pigmente, initsiaatoreid, vabastavaid aineid, paksendajaid ja muid lisandeid.
Levinud täiteained ja nende toime
| Täiteaine |
Mõju viskoossusele |
Võimalik mõju jõudlusele |
Kulude arvestamine |
| Kaltsiumkarbonaat |
Suureneb laadimisega |
Võib parandada kõvadust ja mõõtmete kontrolli |
Tavaliselt kasutatakse vaigu tarbimise vähendamiseks |
| Räni või kvarts |
Võib oluliselt suureneda |
Võib parandada kõvadust ja surveomadusi |
Sõltub osakeste suurusest ja puhtusest |
| Alumiiniumoksiidi trihüdraat |
Tavaliselt suurendab viskoossust |
Võib toetada leegiaeglustavat jõudlust |
Funktsionaalne väärtus võib õigustada kõrgemaid kulusid |
| Talk |
Muudab voolu ja reoloogiat |
Võib parandada jäikust ja stabiilsust |
Sageli suhteliselt ökonoomne |
| Õõnesed mikrosfäärid |
Võib suurendada viskoossust |
Vähendage tihedust, kuid võib kahandada mõningaid tugevusi |
Kõrgemat hinda võib kompenseerida kaalusääst |
Tabelis näidatud mõjud on üldised tendentsid. Tegelikud tulemused sõltuvad osakeste suurusest, kujust, pindalast, laadimistasemest, dispersioonist ja vaiguga ühilduvusest.
Kuidas täiteained mõjutavad viskoossust
Viskoossus on tavaliselt esimene omadus, mis muutub pärast täiteaine lisamist küllastumata polüestervaigule.
Tahked osakesed piiravad vedela vaigu liikumist. Täiteaine koormuse suurenedes muutuvad osakesed üksteisele lähemale ja interakteeruvad tugevamalt, mistõttu koostis muutub paksemaks.
Suhe ei ole alati lineaarne. Väike tõus madala täiteaine taseme juures võib põhjustada vaid mõõduka muutuse. Sama tõus kõrgel koormustasemel võib põhjustada viskoossuse järsu tõusu.
Liigne viskoossus võib põhjustada:
Raske segamine ja pumpamine
Mittetäielik vormi täitmine
Kehv tugevdus läbimärjaks
Õhu kinnijäämine
Täiteaine ebaühtlane jaotus
Pikem töötlemisaeg
Pinnadefektid
Kõrge viskoossus ei ole alati ebasoovitav. See võib aidata vältida täiteainete settimist ja vähendada vertikaalsete pindade longust. Õige viskoossus sõltub tootmisprotsessist.
Osakeste suurus
Peenosakeste kogupindala on suurem kui sama kaaluga jämedatel osakestel. Selle pinna niisutamiseks on vaja rohkem vaiku, nii et peentäiteained suurendavad sageli viskoossust tugevamalt.
Peente ja jämedate osakeste kontrollitud kombinatsioon võib parandada pakkimise tõhusust. Väiksemad osakesed hõivavad ruumi suuremate osakeste vahel, võimaldades mõnikord lisada rohkem täiteainet, muutmata preparaati liiga paksuks.
Osakeste kuju
Ümardatud osakesed voolavad üldiselt kergemini kui nurgelised, helbelised või nõelakujulised osakesed. Ebakorrapärased osakesed tekitavad suuremat takistust ja võivad viskoossust märgatavalt tõsta.
Osakeste kuju võib mõjutada ka jäikust, pinna kvaliteeti ja kulumiskindlust. Seetõttu peaksid tootjad hindama nii töötlemist kui ka lõpptulemust.
Temperatuur ja segamine
Küllastumata polüestervaik muutub temperatuuri tõustes tavaliselt vähem viskoosseks. Seetõttu võib sama täidetud segu suvel ja talvel erinevalt voolata.
Samuti loevad segamistingimused. Ebapiisav segamine võib jätta aglomeraate, samas kui liiga agressiivne segamine võib sisse viia õhku ja tõsta materjali temperatuuri. Segisti kiirus, laba konstruktsioon, segamisaeg ja lisamise järjekord peaksid olema standarditud.
Huake ametlikul HS-2250 tootepildil on kujutatud vaiku, pakendit ja polüesterbetooni rakendust.
Kuidas täiteained tugevust mõjutavad
Täiteaine mõju tugevusele on keerulisem kui selle mõju viskoossusele. Täiteaine võib parandada üht omadust, vähendades samal ajal teist.
Jäikus ja kõvadus
Jäigad mineraalosakesed võivad piirata kõvenenud polümeermaatriksi deformatsiooni. Õigesti valitud täiteained võivad seega parandada jäikust, pinna kõvadust, survekäitumist või kulumiskindlust.
Kuid jäikus ja tugevus ei ole samad. Koostis võib muutuda kõvemaks ja jäigemaks, muutudes samas ka rabedamaks.
Tõmbe- ja paindeomadused
Vaik peab märjaks saama ja kinnituma täitepinnaga. Hea dispersioon ja sobiv vaigu-täiteaine liides aitavad pinget läbi materjali üle kanda.
Halb ühilduvus võib tekitada nõrgad piirid, kus tekivad praod. Aglomeeritud täiteaineosakesed ja kinni jäänud õhk toimivad ka pingekontsentratsioonipunktidena.
Ülemäärase koormuse korral ei pruugi osakeste ja tugevduse tõhusaks sidumiseks olla piisavalt vaiku. Selle tulemusena võivad väheneda tõmbetugevus, pikenemine, löögikindlus või paindetugevus.
Mineraaltäiteaineid ei tohiks käsitleda klaaskiust tugevdamise asendusmaterjalina struktuursetes FRP-toodetes.
Löögikindlus
Suur kogus jäika täiteainet vähendab sageli venivust ja suurendab rabedust. See võib muuta komponendi löögi, vibratsiooni või korduva koormuse suhtes haavatavamaks.
Kui toode kogeb šokki või väsimust, peaksid tootjad läbi viima asjakohased katsed kogu kõvenenud koostisega, selle asemel, et tugineda ainult puhta vaigu andmetele.
Kokkutõmbumine ja mõõtmete stabiilsus
Mineraalsed täiteained ei kõvene ega kahane samamoodi nagu vaigumaatriks. Reaktiivvaigu osa asendamine stabiilse tahke materjaliga võib vähendada kõvenemise üldist kokkutõmbumist.
See on kasulik polüesterbetooni, valatud toodete, SMC/BMC komponentide ja tööriistarakenduste puhul. Väiksem kokkutõmbumine võib parandada mõõtmete täpsust ja vähendada kõverdumist või nähtavaid tugevdusmustreid.
Sellegipoolest on täiteaine ainult üks osa kokkutõmbumise kontrollist. Tulemust võivad mõjutada ka vaigu keemia, kõvenemiskiirus, vormi temperatuur, detaili paksus ja madala profiiliga lisandid.
Kuidas täiteained kulusid mõjutavad
Põhilised mineraalsed täiteained, nagu kaltsiumkarbonaat, maksavad sageli vähem kilogrammi kohta kui küllastumata polüestervaik. Osa vaigu asendamine täiteainega võib seega vähendada otseseid materjalikulusid.
Selline lähenemine on levinud valatud toodete, tehiskivide, polüesterbetooni ja vormisegude puhul.
Näiteks Huake kirjeldab selle HS-2250 küllastumata polüestervaik kui madala viskoossusega vaik, mis on mõeldud polüesterbetooni jaoks ja mille täiteaine niisutavad omadused on mõeldud suure täiteainekoormuse toetamiseks.
Odavaim preparaat kilogrammi kohta ei pruugi siiski toota kõige odavamat valmisosa.
Kõrge täiteaine laadimise varjatud kulud
Liigne täiteaine võib suurendada:
Kõvad mineraalsed täiteained võivad suurendada pumpade, segistite, kruvide, vormide ja lõikeseadmete kulumist. Tihedad täiteained võivad suurendada ka valmis komponendi kaalu ja tõsta transpordi- või paigalduskulusid.
Seetõttu peaks õige arvutus hõlmama vastuvõetava toote kogumaksumust, mitte ainult vaigu ja täiteaine hindu.
Funktsionaalsed täiteained
Mõned täiteained valitakse eelkõige jõudluse, mitte kulude vähendamise eesmärgil.
Alumiiniumoksiidtrihüdraati võib lisada korralikult kavandatud leegiaeglustavasse süsteemi. Õõnsad mikrosfäärid võivad vähendada toote tihedust. Spetsiaalsed täiteained võivad samuti parandada termilist käitumist, pinnaviimistlust või elektrilisi omadusi.
Need täiteained võivad maksta rohkem kui tavalised mineraalid, kuid nende funktsionaalsed eelised võivad aidata valmistootel täita olulisi toimivusnõudeid.
Huake ametlikul BMC-pildil on vormimise segu, tööstuslikud pakendid ja tüüpilised vormitud komponendid.
Täitematerjali laadimine peab protsessiga ühtima
Erinevad tootmisprotsessid nõuavad erinevat viskoossust ja vooluomadusi.
Polüesterbetoon või valuvorm võib sisaldada suhteliselt suures koguses mineraalset täiteainet. Käsitsi paigaldatav vaik peab jääma piisavalt vedel, et klaaskiust tugevdust korralikult märjaks teha.
SMC ja BMC süsteemid nõuavad hoolikalt kontrollitud reoloogiat. Vormimise ajal peab materjal voolama kuumuse ja rõhu all, täitma keerulisi vormiomadusi, kandma tugevdust ja pärast kõvenemist edukalt vabanema.
Huake'i oma Massvormimisühendit kirjeldatakse kui ühendit, mis sisaldab vaiku, mineraalseid täiteaineid, klaaskiude, initsiaatoreid, vabastavaid aineid, paksendajaid ja abiaineid. Seetõttu sõltub selle toimivus kogu koostise tasakaalust.
Kuidas optimeerida täidetud vaigu koostist
1. Määratlege nõutav jõudlus
Määrake sihtviskoossus, tugevus, jäikus, löögikindlus, kokkutõmbumine, tihedus, pinna kvaliteet ja keskkonnakindlus.
2. Valige sobiv vaik
Valige küllastumata polüestervaik, mis on mõeldud ettenähtud protsessi ja täiteaine laadimise jaoks. Madal algviskoossus võib toetada suuremat täiteainesisaldust, kuid arvesse tuleb võtta ka kõvenemist ja mehaanilist jõudlust.
3. Kontrollige täiteaine kvaliteeti
Kontrollige osakeste suurust, kuju, niiskusesisaldust, puhtust, värvi ja pinnatöötlust. Täitepartiide vahelised erinevused võivad muuta viskoossust ja vormimiskäitumist.
4. Testige mitut laadimistaset
Valmistage erineva täiteainesisaldusega kontrollitud partiid. Mõõtke viskoossust, tarretumisaega, kõvenemiskvaliteeti, kokkutõmbumist ja tootega seotud mehaanilisi omadusi.
5. Tehke tootmiskatseid
Laboratoorsed testid ei suuda reprodutseerida kõiki tehasetingimusi. Katsetes tuleks kasutada tegelikku segistit, tugevdust, vorme, temperatuure ja tootmistsüklit.
6. Arvutage kogukulu
Kaasake materjalikulu, tööjõud, energia, seadmete kulumine, tsükli aeg, transport, praak ja viimistlus. Valige koostis, mis tagab nõutava jõudluse madalaima usaldusväärse kogukuluga.
Levinud vead, mida vältida
Tootjad peaksid vältima:
Täiteaine lisamine viskoossust kontrollimata
Eeldades, et rohkem täiteainet, tähendab see alati madalamaid kulusid
Niiske või ebaühtlase täiteaine kasutamine
Täiteaine töötlemine konstruktsiooni tugevdusena
Segamise ajal siseneva õhu ignoreerimine
Täiteaine laadimise muutmine ilma geeliaega kontrollimata
Laboratoorse valemi skaleerimine otse tootmisse
Erinevates tingimustes saadud katseandmete võrdlemine
Kõiki materjale tuleb käidelda vastavalt nende ohutuskaartidele. Vaja on asjakohast ventilatsiooni, kaitsevahendeid ja tolmutõrjeprotseduure.
Järeldus
Täiteained võivad märkimisväärselt mõjutada küllastumata polüestervaigu viskoossust, tugevust ja maksumust.
Täiteainesisalduse suurendamine tõstab tavaliselt viskoossust ja vähendab vaigu kulu. Sobiv täiteaine võib parandada jäikust, kõvadust, mõõtmete stabiilsust või funktsionaalset jõudlust. Liigne või halvasti hajutatud täiteaine võib vähendada voolu, kinni hoida õhku, nõrgendada vaigu-täiteaine liidest ja muuta lõpptoote rabedaks.
Parim koostis ei ole see, mis sisaldab suurimat täiteainesisaldust. See on see, mis saavutab nõutavad omadused, töötleb järjepidevalt ja annab vastuvõetava valmistoote kohta madalaima kogumaksumuse.
Tootjad peaksid hindama vaiku, täiteainet, tugevdust, kõvenemissüsteemi ja tootmistingimusi ühe tervikliku süsteemina. Laboratoorsed testid, millele järgnevad täismahus katsed, annavad kõige usaldusväärsema aluse sobiva täiteaine taseme määramiseks.
