پرکننده ها به طور گسترده در رزین پلی استر غیر اشباع برای کنترل رفتار پردازش، اصلاح عملکرد محصول و کاهش هزینه های مواد استفاده می شوند. پرکننده های رایج عبارتند از کربنات کلسیم، سیلیس، کوارتز، آلومینا تری هیدرات، تالک، خاک رس و میکروسفرهای شیشه ای.
با این حال، افزودن پرکننده بیشتر همیشه فرمول بهتری تولید نمی کند. مقدار بیش از حد می تواند مخلوط کردن رزین را دشوار کند، جریان را کاهش دهد، هوا را به دام بیاندازد، در خیس شدن الیاف شیشه اختلال ایجاد کند و محصول نهایی را ضعیف کند.
سیستم پرکننده صحیح باید سه عامل مهم را متعادل کند: ویسکوزیته، عملکرد مکانیکی و هزینه کل تولید. این مقاله توضیح میدهد که پرکنندهها چگونه بر هر یک از این ویژگیها تأثیر میگذارند و چگونه تولیدکنندگان میتوانند بارگذاری مناسب پرکننده را تعیین کنند.
پرکننده ها در رزین پلی استر غیر اشباع چیست؟
پرکننده ها ذرات جامدی هستند که قبل از ریخته گری یا قالب گیری در رزین مایع پراکنده می شوند. بسته به مواد انتخاب شده، ممکن است از آنها برای موارد زیر استفاده شود:
پرکننده ها را نباید با الیاف تقویت کننده اشتباه گرفت. الیاف شیشه در درجه اول بارهای ساختاری را حمل می کنند، در حالی که پرکننده های معدنی معمولاً پردازش، هزینه، ثبات ابعادی یا خواص فیزیکی انتخابی را تغییر می دهند.
در کاربردهای SMC و BMC، یک ترکیب قالبگیری کامل ممکن است حاوی رزین پلیاستر غیراشباع، پرکنندهها، الیاف شیشه، رنگدانهها، آغازگرها، عوامل رهاسازی، ضخیمکنندهها و سایر افزودنیها باشد.
پرکننده های رایج و اثرات آنها اثر
| پرکننده |
بر ویسکوزیته |
تأثیر احتمالی بر عملکرد |
در نظر گرفتن هزینه |
| کربنات کلسیم |
با بارگذاری افزایش می یابد |
می تواند سختی و کنترل ابعاد را بهبود بخشد |
معمولا برای کاهش مصرف رزین استفاده می شود |
| سیلیس یا کوارتز |
ممکن است به میزان قابل توجهی افزایش یابد |
می تواند سختی و خواص فشاری را بهبود بخشد |
بستگی به اندازه و خلوص ذرات دارد |
| آلومینا تری هیدرات |
معمولا ویسکوزیته را افزایش می دهد |
می تواند عملکرد مقاوم در برابر شعله را پشتیبانی کند |
ارزش عملکردی ممکن است هزینه بالاتر را توجیه کند |
| تالک |
جریان و رئولوژی را اصلاح می کند |
ممکن است سفتی و ثبات را بهبود بخشد |
اغلب نسبتا اقتصادی است |
| میکروکره های توخالی |
می تواند ویسکوزیته را افزایش دهد |
چگالی را کاهش دهید اما ممکن است برخی نقاط قوت را کاهش دهید |
قیمت بالاتر ممکن است با کاهش وزن جبران شود |
اثرات نشان داده شده در جدول تمایلات کلی هستند. نتایج واقعی به اندازه ذرات، شکل، مساحت سطح، سطح بارگذاری، پراکندگی و سازگاری با رزین بستگی دارد.
چگونه پرکننده ها بر ویسکوزیته تأثیر می گذارند
ویسکوزیته معمولاً اولین خاصیتی است که پس از افزودن پرکننده به رزین پلی استر غیر اشباع تغییر می کند.
ذرات جامد حرکت رزین مایع را محدود می کنند. با افزایش بار پرکننده، ذرات به هم نزدیکتر میشوند و تعامل قویتری دارند و باعث ضخیمتر شدن فرمول میشوند.
رابطه همیشه خطی نیست. یک افزایش کوچک در سطح پرکننده پایین ممکن است تنها یک تغییر متوسط ایجاد کند. همین افزایش در سطح بارگذاری بالا ممکن است باعث افزایش شدید ویسکوزیته شود.
ویسکوزیته بیش از حد می تواند منجر به موارد زیر شود:
اختلاط و پمپاژ دشوار
پر کردن قالب ناقص
تقویت ضعیف خیس کردن
گیر افتادن هوا
توزیع پرکننده ناهموار
زمان پردازش طولانی تر
عیوب سطحی
ویسکوزیته بالا همیشه نامطلوب نیست. می تواند به جلوگیری از نشستن پرکننده ها و کاهش افتادگی روی سطوح عمودی کمک کند. ویسکوزیته صحیح به فرآیند تولید بستگی دارد.
اندازه ذرات
سطح کل ذرات ریز بیشتر از ذرات درشت هم وزن است. رزین بیشتری برای خیس کردن سطح مورد نیاز است، بنابراین پرکننده های ریز اغلب ویسکوزیته را به شدت افزایش می دهند.
ترکیب کنترل شده از ذرات ریز و درشت ممکن است کارایی بسته بندی را بهبود بخشد. ذرات كوچكتر فضاهاي بين ذرات بزرگتر را اشغال مي كنند و گاهي اوقات اجازه مي دهند كه پركننده بيشتري بدون ضخيم كردن فرمولاسيون اضافه شود.
شکل ذرات
ذرات گرد معمولاً راحت تر از ذرات زاویه دار، پوسته پوسته یا سوزنی شکل جریان می یابند. ذرات نامنظم مقاومت بیشتری ایجاد می کنند و ممکن است ویسکوزیته را به میزان قابل توجهی افزایش دهند.
شکل ذرات ممکن است بر سفتی، کیفیت سطح و مقاومت در برابر سایش نیز تأثیر بگذارد. بنابراین تولیدکنندگان باید هم پردازش و هم عملکرد نهایی را ارزیابی کنند.
دما و اختلاط
رزین پلی استر غیراشباع معمولاً با افزایش دما چسبندگی کمتری پیدا می کند. بنابراین همان فرمول پر شده ممکن است در تابستان و زمستان به طور متفاوت جریان یابد.
شرایط اختلاط نیز مهم است. اختلاط ناکافی می تواند آگلومراها را ترک کند، در حالی که اختلاط بیش از حد تهاجمی ممکن است باعث ایجاد هوا و افزایش دمای مواد شود. سرعت میکسر، طراحی تیغه، زمان اختلاط و ترتیب افزودن باید استاندارد شود.
تصویر رسمی محصول HS-2250 Huake رزین، بسته بندی و کاربرد بتن پلی استر را نشان می دهد.
چگونه پرکننده ها بر قدرت تأثیر می گذارند
تأثیر پرکننده بر روی استحکام پیچیدهتر از تأثیر آن بر ویسکوزیته است. یک پرکننده ممکن است یک ویژگی را بهبود بخشد در حالی که ویژگی دیگر را کاهش دهد.
سفتی و سختی
ذرات معدنی سفت و سخت می توانند تغییر شکل ماتریس پلیمری پخته شده را محدود کنند. بنابراین پرکننده های انتخاب شده به درستی ممکن است سفتی، سختی سطح، رفتار فشاری یا مقاومت در برابر سایش را بهبود بخشند.
با این حال، سفتی و استحکام یکسان نیستند. یک فرمول می تواند سخت تر و سفت تر شود و در عین حال شکننده تر شود.
خواص کششی و خمشی
رزین باید خیس شود و به سطح پرکننده بچسبد. پراکندگی خوب و رابط رزین-پرکننده مناسب به انتقال تنش از طریق مواد کمک می کند.
سازگاری ضعیف می تواند مرزهای ضعیفی را در جایی که ترک ها شروع می شوند ایجاد کند. ذرات پرکننده آگلومره و هوای به دام افتاده نیز به عنوان نقاط تمرکز تنش عمل می کنند.
در بارگذاری بیش از حد، ممکن است رزین کافی برای اتصال موثر ذرات و تقویت کننده وجود نداشته باشد. در نتیجه، مقاومت کششی، ازدیاد طول، مقاومت در برابر ضربه یا مقاومت خمشی ممکن است کاهش یابد.
پرکننده های معدنی نباید به عنوان جایگزینی برای تقویت الیاف شیشه در محصولات ساختاری FRP در نظر گرفته شوند.
مقاومت در برابر ضربه
مقادیر زیاد پرکننده سفت و سخت اغلب باعث کاهش کشیدگی و افزایش شکنندگی می شود. این می تواند یک قطعه را در برابر ضربه، لرزش یا بارگذاری مکرر آسیب پذیرتر کند.
اگر محصول شوک یا خستگی را تجربه کند، تولیدکنندگان باید آزمایشهای مربوطه را بر روی فرمول کامل پخته شده انجام دهند و نه تنها به دادههای رزین تمیز تکیه کنند.
انقباض و پایداری ابعادی
فیلرهای معدنی مانند ماتریس رزین پخت و چروک نمی شوند. جایگزینی بخشی از رزین راکتیو با مواد جامد پایدار می تواند انقباض کلی پخت را کاهش دهد.
این در بتن پلی استر، محصولات ریخته گری، اجزای SMC/BMC و کاربردهای ابزارسازی مفید است. انقباض کمتر می تواند دقت ابعاد را بهبود بخشد و تاب خوردگی یا الگوهای تقویت قابل مشاهده را کاهش دهد.
با این وجود، پرکننده تنها بخشی از کنترل انقباض است. شیمی رزین، سرعت پخت، دمای قالب، ضخامت قطعه، و افزودنی های کم مشخصات نیز می توانند بر نتیجه تأثیر بگذارند.
پرکننده ها چگونه بر هزینه تاثیر می گذارند
پرکننده های معدنی پایه، مانند کربنات کلسیم، اغلب به ازای هر کیلوگرم کمتر از رزین پلی استر غیر اشباع قیمت دارند. بنابراین جایگزینی بخشی از رزین با پرکننده می تواند هزینه مستقیم مواد را کاهش دهد.
این رویکرد در محصولات ریخته گری، سنگ مصنوعی، بتن پلی استر و ترکیبات قالب گیری رایج است.
به عنوان مثال، Huake آن را توصیف می کند رزین پلی استر غیراشباع HS-2250 به عنوان یک رزین با ویسکوزیته کم طراحی شده برای بتن پلی استر، با ویژگی های مرطوب کننده پرکننده که برای حمایت از بارگذاری پرکننده بالا طراحی شده است.
با این حال، ارزان ترین فرمولاسیون به ازای هر کیلوگرم ممکن است کم هزینه ترین قطعه نهایی را تولید نکند.
هزینه های پنهان بارگذاری پرکننده بالا
پرکننده بیش از حد می تواند افزایش یابد:
زمان اختلاط
مصرف انرژی
سایش تجهیزات
زمان پر شدن قالب
الزامات حذف هوا
تکمیل سطح
قراضه و دوباره کار کنید
پرکننده های معدنی سخت ممکن است سایش پمپ ها، میکسرها، پیچ ها، قالب ها و تجهیزات برش را افزایش دهند. پرکننده های متراکم همچنین می توانند وزن قطعه تمام شده را افزایش دهند و هزینه های حمل و نقل یا نصب را افزایش دهند.
بنابراین محاسبه صحیح باید شامل هزینه کل هر محصول قابل قبول باشد، نه فقط قیمت رزین و پرکننده.
پرکننده های کاربردی
برخی از پرکننده ها عمدتاً برای عملکرد و نه کاهش هزینه انتخاب می شوند.
تری هیدرات آلومینا ممکن است در یک سیستم مقاوم در برابر شعله با طراحی مناسب گنجانده شود. میکروسفرهای توخالی ممکن است چگالی محصول را کاهش دهند. پرکننده های تخصصی نیز ممکن است از بهبود رفتار حرارتی، پوشش سطح یا خواص الکتریکی پشتیبانی کنند.
این پرکننده ها می توانند بیشتر از مواد معدنی معمولی هزینه داشته باشند، اما مزایای عملکردی آنها ممکن است به محصول نهایی کمک کند تا الزامات عملکرد مهم را برآورده کند.
تصویر رسمی BMC Huake ترکیب قالبگیری، بستهبندی صنعتی و اجزای قالبگیری شده را نشان میدهد.
بارگیری پرکننده باید با فرآیند مطابقت داشته باشد
فرآیندهای مختلف تولید به ویسکوزیته و ویژگی های جریان متفاوتی نیاز دارند.
یک بتن پلی استر یا فرمول ریخته گری ممکن است حاوی مقدار نسبتاً بالایی پرکننده معدنی باشد. رزین دستی باید به اندازه کافی سیال بماند تا تقویت کننده الیاف شیشه به درستی خیس شود.
سیستم های SMC و BMC به رئولوژی دقیق کنترل شده نیاز دارند. در طول قالبگیری، مواد باید تحت گرما و فشار جریان داشته باشند، ویژگیهای پیچیده قالب را پر کنند، تقویتکننده را حمل کنند و پس از پخت با موفقیت آزاد شوند.
Huake's ترکیب قالبگیری فله به عنوان ترکیبی حاوی رزین، پرکنندههای معدنی، الیاف شیشه، آغازگرها، عوامل رهاسازی، ضخیمکنندهها و کمکهای پردازش توصیف میشود. بنابراین عملکرد آن به تعادل فرمول کامل بستگی دارد.
نحوه بهینه سازی فرمولاسیون رزین پر شده
1. عملکرد مورد نیاز را تعریف کنید
ویسکوزیته هدف، استحکام، سختی، مقاومت در برابر ضربه، انقباض، چگالی، کیفیت سطح و مقاومت محیطی را تعیین کنید.
2. رزین مناسب را انتخاب کنید
رزین پلی استر غیر اشباع را انتخاب کنید که برای فرآیند مورد نظر و بارگذاری پرکننده طراحی شده است. ویسکوزیته اولیه پایین ممکن است از محتوای پرکننده بالاتر پشتیبانی کند، اما عمل آوری و عملکرد مکانیکی نیز باید در نظر گرفته شود.
3. کنترل کیفیت پرکننده
اندازه ذرات، شکل، محتوای رطوبت، خلوص، رنگ و عملیات سطح را بررسی کنید. تغییرات بین دسته های پرکننده ممکن است ویسکوزیته و رفتار قالب گیری را تغییر دهد.
4. چندین سطح بارگذاری را آزمایش کنید
دسته های کنترل شده با محتویات پرکننده مختلف تهیه کنید. ویسکوزیته، زمان ژل، کیفیت پخت، جمع شدگی و خواص مکانیکی مربوط به محصول را اندازه گیری کنید.
5. آزمایشات تولید را انجام دهید
تست های آزمایشگاهی نمی توانند همه شرایط کارخانه را بازتولید کنند. آزمایشها باید از مخلوطکن، تقویتکننده، قالبها، دما و چرخه تولید واقعی استفاده کنند.
6. محاسبه هزینه کل
شامل مصرف مواد، نیروی کار، انرژی، فرسودگی تجهیزات، زمان چرخه، حمل و نقل، رد و تکمیل می شود. فرمولی را انتخاب کنید که عملکرد مورد نیاز را با کمترین هزینه کل قابل اعتماد ارائه می دهد.
اشتباهات رایجی که باید از آنها اجتناب کنید
تولیدکنندگان باید از:
افزودن پرکننده بدون بررسی ویسکوزیته
فرض اینکه پرکننده بیشتر همیشه به معنای هزینه کمتر است
استفاده از پرکننده مرطوب یا ناسازگار
درمان پرکننده به عنوان تقویت کننده ساختاری
نادیده گرفتن هوای وارد شده در حین اختلاط
تغییر بارگذاری فیلر بدون بررسی زمان ژل
مقیاس گذاری یک فرمول آزمایشگاهی به طور مستقیم در تولید
مقایسه داده های آزمون به دست آمده در شرایط مختلف
همه مواد باید بر اساس برگه اطلاعات ایمنی آنها کار شود. تهویه مناسب، تجهیزات حفاظتی و روش های کنترل گرد و غبار ضروری است.
نتیجه گیری
پرکننده ها می توانند به طور قابل توجهی بر ویسکوزیته، استحکام و هزینه رزین پلی استر غیراشباع تأثیر بگذارند.
افزایش محتوای پرکننده معمولا باعث افزایش ویسکوزیته و کاهش مصرف رزین می شود. یک پرکننده مناسب ممکن است سفتی، سختی، ثبات ابعادی یا عملکرد عملکردی را بهبود بخشد. پرکننده بیش از حد یا ضعیف ممکن است جریان را کاهش دهد، هوا را به دام بیاندازد، رابط رزین و پرکننده را ضعیف کند و محصول نهایی را شکننده کند.
بهترین فرمولاسیون فرمولاسیونی نیست که دارای بیشترین بار پرکننده باشد. این محصولی است که به خواص مورد نیاز دست می یابد، به طور مداوم پردازش می کند و کمترین هزینه کل را برای هر محصول نهایی قابل قبول ارائه می دهد.
تولیدکنندگان باید رزین، پرکننده، تقویت کننده، سیستم پخت و شرایط تولید را به عنوان یک سیستم کامل ارزیابی کنند. آزمایشات آزمایشگاهی و به دنبال آن آزمایشات در مقیاس کامل، قابل اعتمادترین مبنای را برای تعیین سطح مناسب پرکننده فراهم می کند.
