Наповнювачі широко використовуються в ненасичених поліефірних смолах для контролю процесу обробки, зміни продуктивності продукту та зниження витрат на матеріали. Звичайні наповнювачі включають карбонат кальцію, діоксид кремнію, кварц, тригідрат оксиду алюмінію, тальк, глину та скляні мікросфери.
Однак додавання більшої кількості наповнювача не завжди дає кращий склад. Надмірна кількість може ускладнити змішування смоли, зменшити потік, затримати повітря, перешкодити зволоженню скловолокна та послабити готовий продукт.
Правильна система наповнювача повинна збалансувати три важливі фактори: в’язкість, механічні характеристики та загальну вартість виробництва. У цій статті пояснюється, як наповнювачі впливають на кожну з цих властивостей і як виробники можуть визначити відповідне завантаження наповнювача.
Що таке наповнювачі в ненасиченій поліефірній смолі?
Наповнювачі - це тверді частинки, дисперговані в рідкій смолі перед литтям або формуванням. Залежно від обраного матеріалу їх можна використовувати для:
Зменшіть споживання смоли
Підвищити в'язкість
Поліпшення жорсткості або твердості
Контролюйте усадку при затвердінні
Покращення стабільності розмірів
Змінити щільність
Підтримка вогнезахисних характеристик
Поліпшити зовнішній вигляд поверхні
Наповнювачі не слід плутати з армуючими волокнами. Скловолокно в основному несуть структурні навантаження, тоді як мінеральні наповнювачі зазвичай змінюють обробку, вартість, стабільність розмірів або вибрані фізичні властивості.
У застосуваннях SMC і BMC повна формувальна суміш може містити ненасичену поліефірну смолу, наповнювачі, скловолокно, пігменти, ініціатори, антиадгезиви, загусники та інші добавки.
Загальні наповнювачі та їх вплив Вплив
| наповнювача |
на в'язкість |
Можливий вплив на продуктивність |
Розгляд вартості |
| Карбонат кальцію |
Збільшується при навантаженні |
Може покращити контроль твердості та розмірів |
Зазвичай використовується для зменшення споживання смоли |
| Кремнезем або кварц |
Може значно збільшитися |
Може покращити твердість і властивості стиснення |
Залежить від розміру частинок і чистоти |
| Тригідрат оксиду алюмінію |
Зазвичай підвищує в'язкість |
Може підтримувати вогнестійкість |
Функціональна цінність може виправдати вищу вартість |
| Тальк |
Змінює потік і реологію |
Може покращити жорсткість і стабільність |
Часто відносно економічний |
| Порожнисті мікросфери |
Може збільшити в'язкість |
Зменшити щільність, але може зменшити деякі переваги |
Вища ціна може бути компенсована економією ваги |
Ефекти, показані в таблиці, є загальними тенденціями. Фактичні результати залежать від розміру частинок, форми, площі поверхні, рівня навантаження, дисперсії та сумісності зі смолою.
Як наповнювачі впливають на в'язкість
Зазвичай в’язкість є першою властивістю, яка змінюється після додавання наповнювача до ненасиченої поліефірної смоли.
Тверді частинки обмежують рух рідкої смоли. Зі збільшенням завантаження наповнювача частинки стають ближчими одна до одної та сильніше взаємодіють, внаслідок чого композиція стає густішою.
Відносини не завжди лінійні. Невелике збільшення при низькому рівні наповнювача може викликати лише помірну зміну. Таке ж збільшення при високому рівні навантаження може призвести до різкого підвищення в'язкості.
Надмірна в'язкість може призвести до:
Складне змішування та перекачування
Неповне заповнення форми
Погане змочування арматури
Повітряне захоплення
Нерівномірний розподіл наповнювача
Довший час обробки
Дефекти поверхні
Висока в'язкість не завжди є небажаною. Це може допомогти запобігти осіданню наповнювачів і зменшити провисання на вертикальних поверхнях. Правильна в'язкість залежить від процесу виробництва.
Розмір частинок
Дрібні частинки мають більшу загальну площу поверхні, ніж грубі частинки такої ж ваги. Щоб змочити цю поверхню, потрібно більше смоли, тому дрібні наповнювачі часто збільшують в’язкість сильніше.
Контрольоване поєднання дрібних і грубих частинок може підвищити ефективність пакування. Менші частинки займають проміжки між більшими, що іноді дозволяє додати більше наповнювача, не роблячи композицію надмірно густою.
Форма частинок
Округлі частинки зазвичай легше течуть, ніж кутасті, лускаті або голчасті частинки. Частинки неправильної форми створюють більший опір і можуть значно збільшити в’язкість.
Форма частинок також може впливати на жорсткість, якість поверхні та зносостійкість. Тому виробники повинні оцінювати як обробку, так і кінцеву продуктивність.
Температура і змішування
Ненасичена поліефірна смола зазвичай стає менш в'язкою при підвищенні температури. Таким чином, один і той самий наповнений склад може текти по-різному влітку та взимку.
Умови змішування також мають значення. Недостатнє змішування може залишити агломерати, тоді як надмірно агресивне змішування може ввести повітря та підвищити температуру матеріалу. Швидкість міксера, конструкція лопаті, час змішування та порядок додавання повинні бути стандартизовані.
Офіційне зображення продукту Huake HS-2250 показує смолу, упаковку та поліефірний бетон.
Як наповнювачі впливають на міцність
Вплив наповнювача на міцність складніше, ніж його вплив на в'язкість. Наповнювач може покращувати одну властивість, одночасно зменшуючи іншу.
Жорсткість і твердість
Жорсткі мінеральні частинки можуть обмежити деформацію затверділої полімерної матриці. Таким чином, правильно підібрані наповнювачі можуть покращити жорсткість, твердість поверхні, поведінку при стиску або зносостійкість.
Однак жорсткість і міцність не одне і те ж. Композиція може стати твердішою та жорсткішою, а також крихкою.
Властивості при розтягуванні та згині
Смола повинна намочитися і з’єднатися з поверхнею наповнювача. Хороша дисперсія та відповідний інтерфейс смола-наповнювач сприяють передачі напруги через матеріал.
Погана сумісність може створити слабкі межі там, де починаються тріщини. Агломеровані частинки наповнювача та захоплене повітря також діють як точки концентрації напруги.
При надмірному навантаженні може бути недостатньо смоли для ефективного зв'язування частинок і армування. У результаті міцність на розрив, подовження, ударна стійкість або міцність на вигин можуть зменшитися.
Мінеральні наповнювачі не слід розглядати як замінники армування скловолокном у конструкційних виробах із FRP.
Ударостійкість
Велика кількість твердого наповнювача часто зменшує подовження та збільшує крихкість. Це може зробити компонент більш вразливим до ударів, вібрації або повторних навантажень.
Якщо продукт зазнає удару або втоми, виробники повинні провести відповідні тести на повністю затверділому складі, а не покладатися лише на дані про чисту смолу.
Усадка та стабільність розмірів
Мінеральні наповнювачі не тверднуть і не дають усадки так само, як смоляна матриця. Заміна частини реактивної смоли стабільним твердим матеріалом може зменшити загальну усадку при затвердінні.
Це корисно для поліефірного бетону, литих виробів, компонентів SMC/BMC та інструментів. Менша усадка може підвищити точність розмірів і зменшити викривлення або видимі структури армування.
Тим не менш, наповнювач є лише частиною контролю усадки. Хімічний склад смоли, швидкість затвердіння, температура форми, товщина деталі та малопрофільні добавки також можуть впливати на результат.
Як наповнювачі впливають на вартість
Основні мінеральні наповнювачі, такі як карбонат кальцію, часто коштують дешевше за кілограм, ніж ненасичена поліефірна смола. Таким чином, заміна частини смоли наповнювачем може зменшити прямі витрати на матеріал.
Такий підхід поширений у литих виробах, штучному камені, поліефірному бетоні та формувальних сумішах.
Наприклад, Huake описує його Ненасичена поліефірна смола HS-2250 як смола з низькою в’язкістю, розроблена для поліефірного бетону, має характеристики змочування наповнювача, призначені для підтримки високого навантаження наповнювача.
Однак найдешевший склад на кілограм може не дати найдешевшу готову деталь.
Приховані витрати високого завантаження наповнювача
Надлишок наповнювача може збільшити:
Тверді мінеральні наповнювачі можуть збільшити знос насосів, змішувачів, шнеків, прес-форм і різального обладнання. Щільні наповнювачі також можуть збільшити вагу готового компонента та збільшити витрати на транспортування чи встановлення.
Тому правильний розрахунок повинен включати загальну вартість прийнятного продукту, а не лише ціни на смолу та наповнювач.
Функціональні наповнювачі
Деякі наповнювачі вибираються в першу чергу для ефективності, а не для зниження вартості.
Тригідрат оксиду алюмінію можна включити в належним чином розроблену вогнезахисну систему. Порожнисті мікросфери можуть зменшити щільність продукту. Спеціалізовані наповнювачі також можуть підтримувати покращені термічні властивості, обробку поверхні або електричні властивості.
Ці наповнювачі можуть коштувати дорожче, ніж звичайні мінерали, але їхні функціональні переваги можуть допомогти готовому продукту відповідати важливим вимогам до продуктивності.
Офіційне зображення Huake BMC показує формувальну суміш, промислову упаковку та типові формовані компоненти.
Завантаження наповнювача має відповідати процесу
Різні виробничі процеси вимагають різних характеристик в'язкості та текучості.
Склад поліефірного бетону або лиття може містити відносно велику кількість мінерального наповнювача. Смола, що наноситься вручну, має залишатися достатньо текучою, щоб належним чином змочити скловолоконну арматуру.
Системи SMC і BMC вимагають ретельно контрольованої реології. Під час формування матеріал повинен текти під дією тепла та тиску, заповнювати складні деталі форми, нести армування та успішно випускатися після затвердіння.
Хуаке Масова формова суміш описується як суміш, що містить смолу, мінеральні наповнювачі, скловолокно, ініціатори, роздільні агенти, загусники та технологічні добавки. Таким чином, його ефективність залежить від балансу повної формули.
Як оптимізувати композицію наповненої смоли
1. Визначте необхідну продуктивність
Визначте цільову в'язкість, міцність, жорсткість, ударостійкість, усадку, щільність, якість поверхні та стійкість до навколишнього середовища.
2. Виберіть відповідну смолу
Виберіть ненасичену поліефірну смолу, призначену для запланованого процесу та завантаження наповнювача. Низька початкова в'язкість може сприяти більшому вмісту наповнювача, але також слід враховувати затвердіння та механічні характеристики.
3. Контроль якості наповнювача
Перевірте розмір частинок, форму, вміст вологи, чистоту, колір і обробку поверхні. Варіації між партіями наповнювача можуть змінити в'язкість і поведінку при формуванні.
4. Перевірте кілька рівнів завантаження
Готуйте контрольовані партії з різним вмістом наповнювача. Вимірюйте в'язкість, час гелеутворення, якість затвердіння, усадку та механічні властивості, що стосуються продукту.
5. Проведення виробничих випробувань
Лабораторні тести не можуть відтворити всі заводські умови. Для випробувань слід використовувати фактичний змішувач, арматуру, форми, температури та виробничий цикл.
6. Обчисліть загальну вартість
Включіть споживання матеріалів, робочу силу, енергію, знос обладнання, тривалість циклу, транспортування, брак та обробку. Виберіть склад, який забезпечує необхідну ефективність за найнижчої надійної загальної вартості.
Поширених помилок, яких слід уникати
Виробникам слід уникати:
Додавання наповнювача без перевірки в'язкості
Припущення, що більше наповнювача завжди означає меншу вартість
Використання вологого або нещільного наповнювача
Розгляд наповнювача як структурного армування
Ігнорування повітря, що вводиться під час змішування
Зміна завантаження наповнювача без перевірки часу гелю
Масштабування лабораторної формули безпосередньо у виробництво
Порівняння даних тестування, отриманих за різних умов
З усіма матеріалами слід поводитися відповідно до їхніх паспортів безпеки. Необхідні відповідна вентиляція, засоби захисту та процедури боротьби з пилом.
Висновок
Наповнювачі можуть значно впливати на в'язкість, міцність і вартість ненасиченої поліефірної смоли.
Збільшення вмісту наповнювача зазвичай підвищує в'язкість і зменшує споживання смоли. Відповідний наповнювач може покращити жорсткість, твердість, стабільність розмірів або функціональні характеристики. Надлишок або погано диспергований наповнювач може зменшити потік, затримати повітря, послабити межу смола-наповнювач і зробити кінцевий продукт крихким.
Найкраща композиція – це не та, яка містить найбільшу кількість наповнювача. Це той, який досягає необхідних властивостей, послідовно обробляє та забезпечує найнижчу загальну вартість прийнятного готового продукту.
Виробники повинні оцінювати смолу, наповнювач, зміцнення, систему затвердіння та умови виробництва як єдину цілісну систему. Лабораторні випробування з наступними повномасштабними випробуваннями забезпечують найнадійнішу основу для визначення відповідного рівня наповнювача.
