A töltőanyagokat széles körben használják a telítetlen poliészter gyantában a feldolgozási viselkedés szabályozására, a termék teljesítményének módosítására és az anyagköltségek csökkentésére. A gyakori töltőanyagok közé tartozik a kalcium-karbonát, szilícium-dioxid, kvarc, alumínium-oxid-trihidrát, talkum, agyag és üveg mikrogömbök.
Több töltőanyag hozzáadása azonban nem mindig eredményez jobb készítményt. A túlzott mennyiség megnehezítheti a gyanta keverését, csökkentheti az áramlást, felfoghatja a levegőt, akadályozhatja az üvegszál kinedvesedését, és gyengítheti a készterméket.
A megfelelő töltőrendszernek három fontos tényezőt kell egyensúlyban tartania: viszkozitás, mechanikai teljesítmény és teljes gyártási költség. Ez a cikk elmagyarázza, hogy a töltőanyagok hogyan befolyásolják ezeket a tulajdonságokat, és hogyan határozhatják meg a gyártók a megfelelő töltőanyag-terhelést.
Mik azok a töltőanyagok a telítetlen poliészter gyantában?
A töltőanyagok folyékony gyantában diszpergált szilárd részecskék öntés vagy formázás előtt. A kiválasztott anyagtól függően a következőkre használhatók fel:
Csökkentse a gyantafogyasztást
Növelje a viszkozitást
A merevség vagy a keménység javítása
Szabályozza a kikeményedési zsugorodást
A méretstabilitás javítása
Módosítsa a sűrűséget
Támogatja a lángálló teljesítményt
A felület megjelenésének javítása
A töltőanyagokat nem szabad összetéveszteni az erősítő szálakkal. Az üvegszálak elsősorban szerkezeti terhelést hordoznak, míg az ásványi töltőanyagok általában módosítják a feldolgozást, a költségeket, a méretstabilitást vagy a kiválasztott fizikai tulajdonságokat.
Az SMC és BMC alkalmazásokban a komplett formázómassza telítetlen poliészter gyantát, töltőanyagokat, üvegszálakat, pigmenteket, iniciátorokat, leválasztó szereket, sűrítőanyagokat és egyéb adalékokat tartalmazhat.
Gyakori töltőanyagok és hatásaik
| Töltőanyag |
Hatás a viszkozitásra |
Lehetséges hatás a teljesítményre |
Költségmegfontolás |
| Kalcium-karbonát |
A betöltéssel nő |
Javíthatja a keménységet és a méretszabályozást |
Általában a gyantafogyasztás csökkentésére használják |
| Szilícium-dioxid vagy kvarc |
Jelentősen növekedhet |
Javíthatja a keménységet és a nyomó tulajdonságokat |
A részecskemérettől és a tisztaságtól függ |
| Alumínium-oxid-trihidrát |
Általában növeli a viszkozitást |
Támogathatja a lángálló teljesítményt |
A funkcionális érték magasabb költséget indokolhat |
| talkum |
Módosítja az áramlást és a reológiát |
Javíthatja a merevséget és a stabilitást |
Gyakran viszonylag gazdaságos |
| Üreges mikrogömbök |
Növelheti a viszkozitást |
Csökkentse a sűrűséget, de csökkenthet bizonyos erősségeket |
A magasabb árat ellensúlyozhatja a súlymegtakarítás |
A táblázatban látható hatások általános tendenciák. A tényleges eredmények a részecskemérettől, alaktól, felülettől, terhelési szinttől, diszperziótól és a gyantával való kompatibilitástól függenek.
Hogyan befolyásolják a töltőanyagok a viszkozitást
A viszkozitás általában az első tulajdonság, amely megváltozik, miután töltőanyagot adnak a telítetlen poliészter gyantához.
A szilárd részecskék korlátozzák a folyékony gyanta mozgását. A töltőanyag-terhelés növekedésével a részecskék közelebb kerülnek egymáshoz, és erősebben lépnek kölcsönhatásba, aminek következtében a készítmény sűrűbbé válik.
A kapcsolat nem mindig lineáris. Kismértékű emelés alacsony töltőanyagszint mellett csak mérsékelt változást eredményezhet. Ugyanez a növekedés magas terhelési szinten a viszkozitás meredek emelkedését okozhatja.
A túlzott viszkozitás a következőket okozhatja:
Nehéz keverés és szivattyúzás
Hiányos formakitöltés
Gyenge erősítés átnedvesedett
Levegő bezáródás
Egyenetlen töltőanyag-eloszlás
Hosszabb feldolgozási idő
Felületi hibák
A magas viszkozitás nem mindig nem kívánatos. Megakadályozhatja a töltőanyagok lerakódását és csökkentheti a függőleges felületek megereszkedését. A megfelelő viszkozitás a gyártási folyamattól függ.
Részecskeméret
A finom részecskék összfelülete nagyobb, mint az azonos tömegű durva részecskéknek. Több gyanta szükséges a felület nedvesítéséhez, így a finom töltőanyagok gyakran erősebben növelik a viszkozitást.
A finom és durva részecskék szabályozott kombinációja javíthatja a csomagolás hatékonyságát. A kisebb részecskék helyet foglalnak el a nagyobb részecskék között, néha lehetővé téve több töltőanyag hozzáadását anélkül, hogy a készítmény túlzottan vastag lenne.
Részecske alakja
A lekerekített részecskék általában könnyebben áramlanak, mint a szögletes, pelyhes vagy tű alakú részecskék. A szabálytalan részecskék nagyobb ellenállást hoznak létre, és jelentősen növelhetik a viszkozitást.
A részecskék alakja befolyásolhatja a merevséget, a felület minőségét és a kopásállóságot is. A gyártóknak ezért a feldolgozási és a végső teljesítményt egyaránt értékelniük kell.
Hőmérséklet és keverés
A telítetlen poliésztergyanta általában kevésbé viszkózus a hőmérséklet emelkedésével. Ugyanaz a töltött készítmény ezért nyáron és télen eltérően folyhat.
A keverési feltételek is számítanak. Az elégtelen keverés agglomerátumokat hagyhat maga után, míg a túl agresszív keverés levegőt juttathat be és növelheti az anyag hőmérsékletét. A keverő sebességét, a lapát kialakítását, a keverési időt és az adagolás sorrendjét szabványosítani kell.
A Huake hivatalos HS-2250 termékképe a gyantát, a csomagolást és a poliészter beton alkalmazását mutatja.
Hogyan hatnak a töltőanyagok az erőre
A töltőanyag szilárdságra gyakorolt hatása bonyolultabb, mint a viszkozitásra gyakorolt hatása. A töltőanyag javíthatja az egyik tulajdonságot, miközben csökkenti a másikat.
Merevség és keménység
A merev ásványi részecskék korlátozhatják a kikeményített polimer mátrix deformációját. A megfelelően kiválasztott töltőanyagok ezért javíthatják a merevséget, a felületi keménységet, a nyomóképességet vagy a kopásállóságot.
A merevség és a szilárdság azonban nem ugyanaz. Egy készítmény keményebbé és merevebbé válhat, miközben törékennyé is válhat.
Szakító és hajlítási tulajdonságok
A gyantának nedvesnek kell lennie, és hozzá kell tapadnia a töltőanyag felületéhez. A jó diszperzió és a megfelelő gyanta-töltőanyag felület segíti a feszültség átadását az anyagon.
A rossz kompatibilitás gyenge határokat hozhat létre ott, ahol a repedések kezdődnek. Az agglomerált töltőanyag részecskék és a bezárt levegő feszültségkoncentrációs pontként is működnek.
Túlzott terhelés esetén előfordulhat, hogy nincs elég gyanta a részecskék és az erősítés hatékony megkötéséhez. Ennek eredményeként csökkenhet a szakítószilárdság, a nyúlás, az ütésállóság vagy a hajlítószilárdság.
Az ásványi töltőanyagokat nem szabad az üvegszál-erősítést helyettesítő anyagként kezelni a szerkezeti FRP termékekben.
Ütésállóság
A nagy mennyiségű merev töltőanyag gyakran csökkenti a nyúlást és növeli a ridegséget. Ez sebezhetőbbé teheti az alkatrészt ütésekkel, vibrációkkal vagy ismételt terhelésekkel szemben.
Ha a termék sokkot vagy kifáradást tapasztal, a gyártóknak megfelelő vizsgálatokat kell végezniük a teljes kikeményedett készítményen, ahelyett, hogy csak a tiszta gyanta adatokra hagyatkoznának.
Zsugorodás és méretstabilitás
Az ásványi töltőanyagok nem kötnek ki és nem zsugorodnak ugyanúgy, mint a gyantamátrix. A reaktív gyanta egy részének stabil szilárd anyagra cseréje csökkentheti a teljes kikeményedési zsugorodást.
Ez hasznos a poliészter betonban, öntött termékekben, SMC/BMC alkatrészekben és szerszámalkalmazásokban. Az alacsonyabb zsugorodás javíthatja a méretpontosságot és csökkentheti a vetemedést vagy a látható megerősítési mintákat.
Ennek ellenére a töltőanyag csak egy része a zsugorodás szabályozásának. A gyanta kémiája, a térhálósodási sebesség, a forma hőmérséklete, az alkatrész vastagsága és az alacsony profilú adalékok is befolyásolhatják az eredményt.
Hogyan befolyásolják a töltőanyagok a költségeket
Az alapvető ásványi töltőanyagok, például a kalcium-karbonát kilogrammonkénti költsége gyakran kevesebb, mint a telítetlen poliésztergyanta. A gyanta egy részének töltőanyaggal történő cseréje tehát csökkentheti a közvetlen anyagköltséget.
Ez a megközelítés általános az öntött termékekben, a műkőben, a poliészter betonban és a formázóanyagokban.
Például Huake leírja A HS-2250 telítetlen poliésztergyanta alacsony viszkozitású gyanta, amelyet poliészterbetonhoz terveztek, és töltőanyag-nedvesítő tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek célja a nagy töltőanyag-terhelés támogatása.
A kilogrammonkénti legolcsóbb készítmény azonban nem biztos, hogy a legalacsonyabb költségű kész alkatrészt eredményezi.
A magas töltőanyag-betöltés rejtett költségei
A túlzott töltőanyag növelheti:
A kemény ásványi töltőanyagok növelhetik a szivattyúk, keverők, csavarok, formák és vágóberendezések kopását. A sűrű töltőanyagok növelhetik a kész alkatrész súlyát és növelhetik a szállítási vagy beépítési költségeket.
A helyes számításnak ezért tartalmaznia kell az elfogadható termékenkénti összköltséget, nem csak a gyanta és a töltőanyag árát.
Funkcionális töltőanyagok
Egyes töltőanyagokat elsősorban a teljesítmény, nem pedig a költségcsökkentés miatt választanak ki.
Az alumínium-oxid-trihidrát beépíthető egy megfelelően kialakított égésgátló rendszerbe. Az üreges mikrogömbök csökkenthetik a termék sűrűségét. A speciális töltőanyagok javíthatják a termikus viselkedést, a felületi minőséget vagy az elektromos tulajdonságokat is.
Ezek a töltőanyagok drágábbak lehetnek, mint a közönséges ásványok, de funkcionális előnyeik elősegíthetik, hogy a késztermék megfeleljen a fontos teljesítménykövetelményeknek.
A Huake hivatalos BMC-képen formázómassza, ipari csomagolás és reprezentatív öntött alkatrészek láthatók.
A töltőanyag betöltésének meg kell egyeznie a folyamattal
A különböző gyártási eljárások eltérő viszkozitást és folyási jellemzőket igényelnek.
A poliészter beton vagy öntvénykészítmény viszonylag nagy mennyiségű ásványi töltőanyagot tartalmazhat. A kézzel felhordható gyantának elég folyékonynak kell maradnia ahhoz, hogy megfelelően nedvesítse az üvegszál-erősítést.
Az SMC és BMC rendszerek gondosan ellenőrzött reológiát igényelnek. A fröccsöntés során az anyagnak hő és nyomás alatt kell áramolnia, ki kell töltenie az összetett forma jellemzőit, hordoznia kell a megerősítést, és a kikeményedés után sikeresen el kell engednie.
Huake-é A Bulk Molding Compound leírása szerint gyantát, ásványi töltőanyagokat, üvegszálakat, iniciátorokat, leválasztó szereket, sűrítőanyagokat és feldolgozási segédanyagokat tartalmazó vegyület. Teljesítménye ezért a teljes készítmény egyensúlyától függ.
Hogyan optimalizáljuk a töltött gyantakészítményt
1. Határozza meg a szükséges teljesítményt
Határozza meg a cél viszkozitást, szilárdságot, merevséget, ütésállóságot, zsugorodást, sűrűséget, felületminőséget és környezeti ellenállást.
2. Válassza ki a megfelelő gyantát
Válasszon egy telítetlen poliészter gyantát, amelyet a tervezett folyamathoz és a töltőanyag betöltéséhez terveztek. Az alacsony kezdeti viszkozitás támogathatja a magasabb töltőanyag-tartalmat, de figyelembe kell venni a kikeményedést és a mechanikai teljesítményt is.
3. A töltőanyag minőségének ellenőrzése
Ellenőrizze a szemcseméretet, alakot, nedvességtartalmat, tisztaságot, színt és felületkezelést. A töltőanyag tételek közötti eltérések megváltoztathatják a viszkozitást és a formázási viselkedést.
4. Teszteljen több terhelési szintet
Készítsen ellenőrzött tételeket különböző töltőanyag-tartalommal. Mérje meg a viszkozitást, a gélesedési időt, a térhálósodási minőséget, a zsugorodást és a termékre vonatkozó mechanikai tulajdonságokat.
5. Gyártási kísérletek lefolytatása
A laboratóriumi vizsgálatok nem képesek minden gyári állapotot reprodukálni. A kísérleteknél a tényleges keverőt, a megerősítést, a formákat, a hőmérsékletet és a gyártási ciklust kell használni.
6. Számítsa ki a teljes költséget
Tartalmazza az anyagfelhasználást, a munkaerőt, az energiát, a berendezések kopását, a ciklusidőt, a szállítást, a selejteket és a befejezést. Válassza ki azt a készítményt, amely a legalacsonyabb megbízható összköltség mellett biztosítja a szükséges teljesítményt.
Gyakori hibák, amelyeket el kell kerülni
A gyártóknak kerülniük kell:
Töltőanyag hozzáadása a viszkozitás ellenőrzése nélkül
Ha több töltőanyagot feltételezünk, az mindig alacsonyabb költséget jelent
Nedves vagy inkonzisztens töltőanyag használata
Töltőanyag kezelése szerkezeti megerősítésként
A keverés során bevezetett levegő figyelmen kívül hagyása
A töltőanyag betöltésének megváltoztatása a gélidő ellenőrzése nélkül
Laboratóriumi képlet közvetlenül a gyártásba skálázása
Különböző körülmények között kapott vizsgálati adatok összehasonlítása
Minden anyagot a biztonsági adatlapjuk szerint kell kezelni. Megfelelő szellőztetés, védőfelszerelés és pormentesítő eljárások szükségesek.
Következtetés
A töltőanyagok jelentősen befolyásolhatják a telítetlen poliésztergyanta viszkozitását, szilárdságát és költségét.
A töltőanyag-tartalom növelése általában növeli a viszkozitást és csökkenti a gyantafogyasztást. Egy megfelelő töltőanyag javíthatja a merevséget, a keménységet, a méretstabilitást vagy a funkcionális teljesítményt. A túlzott vagy rosszul diszpergált töltőanyag csökkentheti az áramlást, felfoghatja a levegőt, gyengítheti a gyanta-töltőanyag határfelületet, és törékennyé teheti a végterméket.
Nem az a legjobb készítmény, amely a legnagyobb töltőanyag-terhelést tartalmazza. Ez az, amelyik eléri a kívánt tulajdonságokat, folyamatosan dolgozza fel, és a legalacsonyabb összköltséget szállítja elfogadható késztermékenként.
A gyártóknak a gyantát, a töltőanyagot, az erősítést, a térhálósító rendszert és a gyártási feltételeket egy teljes rendszerként kell értékelniük. A megfelelő töltőanyagszint meghatározásához a laboratóriumi vizsgálatok, majd a teljes körű vizsgálatok adják a legmegbízhatóbb alapot.
