Применение микросфер
в качестве армирующих агентов

 

Технология

Обработки микросфер PQCorponition

	Используйте боковой питатель: двухвинтовой экструдер длинного шага диаметром 20
	Подходящие винты: длина 24 28Д Постоянный шаг1Д
	Добавьте микросферы после стекловолокон

Устойчивость к истиранию

Что такое устойчивость к истиранию: Это устройчивость материала к износу поверхности, вызванному плоским фрикционным контактом с другим материалом. Истрирание - это отделение частиц от материала ввиду слабой связи между частицами.

Для чего используются стеклянные микрошарики: Благодаря своей твердости (примерно 6 по шкале Мооса) стеклянные микрошарики обеспечивают идеальную усойчивость к истиранию!

Устойчивость к истиранию, как правило, оценивается путем расчета массы детали до и после испытания на истирание, заключающегося в проворачивании инструмента (абразиметр Табера, ...), совершая ряд оборотов по поверхности материала.

Наример, сохранение до +1,5% массы полиамида, армированного стеклянными микрошариками и стекловолокном, по сравнению с полиамидом, армированным только стекловолокном

 

Устойчивость к образованию царапин

Что такое царапина: царапина образуется при движении острого предмета по поверхности материала. Устойчивость к образованию царапин обеспечивается твердостью материала. Пример царапины - движение острого гвоздя по поверхности материала.

Для чего используются стеклянные микрошарики: также как и в случае с устойчивостью на истирание, благодаря своей твердости (примерно 6 по шкале Мооса) стеклянные микрошарики обеспечивают идеальную устойчивость к образованию царапин!

Устойчивость к образованию царапин оценивается посредством различных систем в зависимости от рынка - от испытания вручную посредством карандаша до испытания по методу Клемена или другим методам.

 

Стабильность размеров

Что такое стабильность размеров: Способность материала сохранять свои основные или первоначальные размеры при использовании по назначению, а также при изменении температуры и влажности.

Усадка: усадка (акт или процесс уменьшения размеров) формованных пластиковых деталей может составлять до 20 процентов по объему. Кристаллические и полукристаллические материалы особенно подвержены термической усадке.
Деформация: деформация - это искажение, при котором поверхности формованной детали не соответствуют предполагаемой форме конструкции.

    

 

Равномерное распределение нагрузки
и существенно сокращает деформацию и усадку пластиковых деталей

Для чего используются стеклянные микрошарики: Эффект «шарикоподшипника» и изотропность стеклянных микрошариков обеспечивают равномерное распределение нагрузки и существенно сокращает деформацию и усадку пластиковых деталей.

Например, уменьшение значений деформации до 70% применительно к полипропилену(ПП)

 

Сферическая форма

Для чего используются стеклянные микрошарики:

Сферическая форма стеклянных микрошариков также обеспечивает дополнительные преимущества:

• Пониженная вязкость
• Усовершенствованная вязкость расплава
• Повышенная наполняемость
• Усовершенствованная пластичность
• Минимальное потребление смолы
• Низкая холодная текучесть (ползучесть)
• Рассчитываемый размер и гранулометрический состав
• Свободная ориентация
• Отсутствие острых краев
• Улучшенная организация в матрице
• Улучшенная топология
• Улучшенная ориентация и концентрация

Где требуется чистота поверхности?

Чистота поверхности является кллючевым фактором во многих отраслях промышленности, таких как автомобильная промышленность, производство крупногабаритной бытовой техники или электронная промышленность...

Чистота поверхности подвержена изменениям, в частности, при использовании стекловолокон возникает эффект «припудренности» поверхности

Чистота поверхности

Для чего используются стеклянные микрошарики: обладая сферической формой, стеклянные микрошарики
выравнивают стеклянные волокна в матрице. Такое выравнивание приведет к значительному повышению качества поверхности

Применение стеклянных микрошариков в пластмассах

Механические свойства?
Стеклянные микрошарики не предназначены для улучшения механических свойств материалов. Их сферическая форма не предназначена для этого! Однако стеклошарики идеально сочетаются со стекловолокном применительно ко всем дополнительным свойствам, которые они обеспечивают.

Свойство	Ед.	PA6	30% стекло- волокон	30% стеклянных микрошариков /  стекло волокон
Ударная прочность по Изоду (без надреза)	кДж/м2	Без разрыва	90	75
Ударная прочность по Изоду (с надрезом)	кДж/м2	8	6	6
Модуль упругости при изгибе	МПа	2900	8000	7400
Прочность на изгиб	МПа	125	155	145
Предел прочности	МПа	3200	9200	8700
Удлинение при	%	4,5	3	4

Ключевые механические свойства обеспечиваются правильным соотношением между стекловолокнами и стеклошариками

Заключение

• Устойчивость к истиранию
• Устойчивость к образованию царапин
• Стабильность размеров Чистота поверхности
• И многие другие преимущества

Стеклянные микрошарики являются универсальным материалом, обеспечивающим многие свойства пластмасс

 

Анализ практических примеров применения
стеклошариков в пластмассах

Компания: Fiat
Рынок: Автомобильный
Технология переработки: Двухвинтовая экструзия и инжекционное формование

Пример 1:  Зеркало заднего вида - Исходная точка

Требование:

• Повышение качества поверхности и стабильности размеров белая пудра на поверхности, обусловленная стекловолокнами нестабильные значения усадки и деформации
• Устойчивость к образованию царапин
• Сохранение хороших механических свойств

Решение и преимущества

Пример 1: Зеркало заднего вида – Решение и преимущества
Решение: замещение некоторой части стекловолокна твердыми стеклянными микрошариками
Исходный материал: ПП + 30% стекловолокон
Конечный материал: ПП + 20% стекловолокон + 20% Microperl® 050-20-223 (20 мкм)

Преимущества:

• Повышение качества поверхности  отсутствие белой пудры на поверхности
• Хорошие показатели стабильности размеров  стабильные значения усадки и деформации Хорошие показатели устойчивости к истиранию и образованию царапин  на 50% выше Механические свойства, обеспечиваемые стекловолокном, сохраняются

Дополнитальные преимущества:

• Увеличенный объем выпуска продукции
• Меньше производственных отходов  Сокращение затрат

Технические данные

Повышение качества поверхности

Улучшенные показатели стабильности размеров

Усадка

Технические данные

Улучшенная устойчивость к истиранию

Улучшенная устойчивость к образованию царапин

• 100 = отсутствие видимых царапин
• 80 = незначительные царапины
• 60 = царапины средней глубины
• 40 = глубокие царапины
• 20 = очень глубокие царапины

Сохранение хороших механических свойств

Сохранение хороших механических свойств Свойство	ПП	ПП + 30% стекловолокон	ПП + 30% стеклянных микрошариков	ПП + 30% ТАЛЬКА	ПП + 20% стекловолокон + 20% стеклянных микрошариков
Модуль упругости при растяжении (МПа)	2000	7500	2500	3300	7500
Предел прочности при растяжении (МПа)	25	25	27	31	32
Удлинение при разрыве (%)	300	3	62	10	38

Технические данные

• Оценка дополнительных преимуществ
  • Увеличенный объем выпуска продукции и меньшее количество отходов

 

Пример 2: PA6-GF - Исходная точка

Состав	Время переработки	Количество формованных деталей, среди которых 1000 небракованных	Общее время производст- венного процесса	Стоимость сырья	Прочие затраты (оборудование + технический персонал +...)	Общая стоимость
ПП	60 секунд	1050	18 часов	630 евро	2430 евро	3060 евро
ПП + 20% стекло-волокон + 20% стеклянных микрошариков	50	1010	15	631	2025	2656
ПП + 30% стекловолокон	65	1055	19	712	2565	3277

Стоимость сырья = количество деталей X 0,5 X цена компаунда
Затраты на оборудование = 55 евро/ч; затраты на технический персонал = 80 евро/ч

Компания: BMW
Рынок: Автомобильный
Материал: ПА6 + 30% стекловолокон
Технология переработки: Двухвинтовая экструзия и инжекционное формование

Требования:

• Повышение качества поверхности и стабильности размеров белая пудра на поверхности, обусловленная стекловолокнами нестабильные значения усадки и деформации
• Обеспечение хороших механических свойств

Пример 2: PA6-GF - Решение и преимущества

Решение: замещение 1/3 стекловолокон твердыми стеклянными микрошариками Исходный материал: PA6
+ 30% стекловолокон
Конечный материал: PA6 + 20% стекловолокон + 10% Microperl® 050-20-215 (20 мкм)

Преимущества:

• Повышение качества поверхности ⇒ отсутствие белой пудры на поверхности
• Хорошие показатели стабильности размеров ⇒ стабильные значения усадки и деформации
• Механические свойства, обеспечиваемые стекловолокном, сохраняются

Дополнительные преимущества:

• Увеличенный объем выпуска продукции Сокращение затрат
• Улучшенная устойчивость к истиранию

Пример 2: PA6-GF - Технические данные
Повышение качества поверхности

Улучшенная стабильность размеров

Воздействие стеклянных микрошариков на усадку

Подразделений пластмасс и покрытий

Сохранение хороших механических свойств

Свойство	Ед.	Метод	ПА6	30% стекловолокон	30% стеклянных микрошариков / стекловолокон
Ударная прочность по Изоду (без надреза)	кДж/м2	ISO 180/1U	Без разрыва	90	75
Ударная прочность по Изоду (с надрезом)	кДж/м2	ISO 180/1A	8	6	6
Модуль упругости при изгибе	МПа	ISO 178	2900	8000	7400
Прочность на изгиб	МПа	ISO 178	125	155	145
Предел прочности	МПа	ISO 527-2	3200	9200	8700
Удлинение при разрыве	%	ISO 527-2	4,5	3	4

Оценка дополнительных преимуществ
Увеличенный объем выпуска продукции
-14% времени переработки

Сокращение затрат
-2,4% - сокращение стоимости сырья

 

Улучшенная устойчивость к истиранию
+1,5% - сохранение массы

Пример 3: PA6-GF - Исходная точка

Компания: LG
Рынок: Корпуса для электронных приборов
Материал: АБС-пластик + 20% стекловолокон
Технология переработки: Двухвинтовая экструзия и инжекционное формование

Требования:

• Улучшение стабильности размеров
• Улучшение устойчивости к истиранию и образованию царапин
• Повышение качества поверхности
• Сохранение механических свойств

Решение и преимущества

Решение: добавить 10% стеклянных микросфер
Исходный материал: АБС-пластик + 20% стекловолокон
Конечный материал: АБС-пластик + 20% стекловолокон + 10% Microperl® 050-20-215 (20 мкм)

Преимущества:

• Улучшенные показатели стабильности размеров ⇒ более низкая, изотропная усадка
• Улучшенная устойчивость к истиранию и образованию царапин  ⇒  более устойчивое качество поверхности
• Качество поверхности ⇒ улушенная дисперсия стекловолокна/стеклянных микрошариков Сохранение механических свойств

Дополнительные преимущества: Увеличенный объем выпуска продукции

Пример 3: ABS-GF - Технические данные
Более низкая, изотропная усадка

Образец	1	2	3	4
Усадка (параллельная)	0,80 %	0,50 %	0,40 %	0,20 %
Усадка	1,00%	0,70 %	0,40 %	0,20 %

 

Улучшенная устойчивость к истиранию

Тестирование по методу Клемена, 2 кг массы, вольфрам в гранулах

 

Улучшенная устойчивость к образованию царапин

	АБС- пластик	АБС-пластик + 20%	АБС-пластик + 20% стекловолокон + 10%	АБС-пластик + 20% стеклянных
Потеря массы (%)	2,3	2,8	1,7	0,9

 

Испытание на истирание с помощью абразивной бумаги 40, 10000 циклов

Повышенное качество поверхности

Чистота поверхности, обеспеченная дисперсией стекловолокна

Сохранение механических свойств

Свойства	Ед.	Метод	АБС- пластик	20% стекловолокон	20% стекловолокон 10% стеклянных микрошариков
Ударная прочность по Шарпи (без надреза)	кДж/м2	ISO 180/1U	н.д.	22	22
Ударная прочность по Шарпи (с надрезом)	кДж/м2	ISO 180/1A	12	12	10
Модуль упругости при изгибе	МПа	ISO 178	2370	5000	5200
Прочность на изгиб	МПа	ISO 178	62	125	125
Предел прочности	МПа	ISO 527-2	38	90	95
Удлинение при	%	ISO 527-2	15	4	8

 

Оценка дополнительных преимуществ Увеличенный объем выпуска продукции
Увеличенный объем выпуска продукции при том же крутящем моменте

	АБС-пластик + 20% стекловолокон	АБС-пластик + 20% стекловолокон + 10% стеклянных микрошариков	АБС-пластик + 20% стеклянных микрошариков
Время	50 секунд	45 секунд	39 секунд
Экономия		5 секунд (10%)	11 секунд (22%)

 

Пример 4: Новая марка для ПХ
Исходная точка

До 10 - 22% экономии времени переработки

 

Рынок: Различные применения
Материал: ПХ
Технология обработки: Двухвинтовая экструзия и инжекционное формование
Требования: Улучшение стабильности размеров

 

Решение и преимущества

• Улучшение устойчивости к истиранию и образованию царапин
• Улучшение технологичности

Решение: Компания Sovitec разработала новый состав стекла, отвечающий индивидуальным требованиям OEM- производителей. Химическая структура стекла марки E естественным путем приводит к более высокой совместимости между смолами и шариками.

Исходный материал: ПХ
Конечный материал: ПХ +15% Microperl® СЗ SP 20-60 ТО (20 мкм)

 

Преимущества:

• Улучшенная стабильность размеров ^ более низкая, изотропная усадка
• Улучшенная устойчивость к истиранию и образованию царапин ► более устойчивое качество поверхности
• Повышенная технологичность

Стекло марки А ("A" обозначает щелочь, которую оно содержит). Не очень устойчиво к щелочи. Стекло марки E, это алюмоборосиликатное стекло, не содержащее щелочи (<2%)

Технические данные

Повышенная технологичность

• Добавление стеклянных микрошариков явно улучшает процесс экструзии и инжекционного формования ПХ-компаундов: эффект «шарикоподшипника», меньше дефектов, ...

Для производства 500 деталей в рамках спецификаций

Состав	Время переработк	Количество формованных деталей	Общее время производственного
ПХ	44 с	512	375 мин
ПХ + 15% стекловолокон	48 с	552	442 мин
ПХ + 1 5% стеклянных	36 с	501	300 мин

Улучшенная устойчивость к истиранию
На 64% более высокая устойчивость ПХ в течение 2х оборотов

Испытание с помощью абразиметра Табера CS10 - 1 кг	ПХ (потеря массы)	ПХ + 15% стекловолокон (потеря массы)
1000 оборотов	30 мг 180 мг	5 мг
5000 оборотов	30 мг 180 мг	30 мг
10000 оборотов	Полное истирание	65 мг

 

Повышенная устойчивость к образованию царапин

Улучшенная стабильность размеров
Деформация (%)

Примеры применения стеклянных микрошариков марки Microperl:

ПП+СТЕКЛОШАРИКИ
в продукции компании Renault,
PSA (двигатель, наружные детали.)

ПП+СТЕКЛОШАРИКИ в продукции компании Ford
(двигатель, дверные панели)

ПА+СТЕКЛОВОЛОКНА и СТЕКЛОШАРИКИ
в пластиковой детали между сиденьями и подлокотниками компании Ferrari

ПА+СТЕКЛОШАРИКИ
в продукции компании Nissan (кнопки, ...)

ПБТ+СТЕКЛОШАРИКИ в электрооборудовании

ПП+СТЕКЛОШАРИКИ Пылесос

Полиэстер + СТЕКЛОШАРИКИ в душевых системах

  

Полиэстер+СТЕКЛОШАРИКИ в грузовиках

Фенольная смола + СТЕКЛОШАРИКИ в гелькоуте

Полиэстер+СТЕКЛОШАРИКИ в раковинах

Примеры применения стеклянных микрошариков марки Microperl
Эпоксидная смола или ПУР + СТЕКЛОШАРИКИ 
в напольных покрытиях (самонивелирующиеся наливные полы, раствор, ...)

Силикон + СТЕКЛОШАРИКИ в дентоформах

ПВХ + СТЕКЛОШАРИКИ в напольных покрытиях

Мастика + СТЕКЛОШАРИКИ в картриджах

 

Преимущества стеклянных микрошариков

---

Заключение

---

Заменяя некоторую часть стекловолокон, талька, волластонита или слюды несколькими термопластичными (ПА / ПП / ПО / ПБТ / Стиролы / ПХ...) или термореактивными смолами (эпоксидная смола, полиэстер, фенол.), мы улучшаем следующие свойства:

• Стабильность размеров: деформация, усадка и изотропность Чистота поверхности: равномерный цвет и эффект
• Устойчивость к истиранию и царапинам: менее глубокие царапины и отличная устойчивость к истиранию
• Скорость переработки: увеличение объема выпуска продукции (экструзия, формование, пленка, ...) и сокращение объема отходов
• Сокращение затрат: экономия затрат

Стеклянные микросферы также используются в «специальных» сферах применения в целях обеспечения эффекта антискольжения, шарикоподшипника или других преимуществ, обусловленных свойствами твердости и сферичности.

И все эти преимущества обеспечиваются «вторичным» материалом. Который все больше и больше востребован конечными потребителями:

• Заключение о воздействии на окружающую среду
• Поставщики используют руководства по внедрению вторичного и возобновляемого материала:
• Вторичные и возобновляемые материалы используются, если это технически и экономически целесообразно
• Увеличивайте количество вторичного материала из года в год, модель за моделью (в соответствии с правилами Регламента
• ЕС 2003 года о сроке службы автомобиля)
• Использование вторичных и возобновляемых материалов - влияет отрицательно на качество, долговечность, вес, производительность и экономичность продукта.
• Вторичные материалы будут использоваться на рынке происхождения (что минимизирует углеродный след)
• Источники возобновляемого материала не должны конкурировать с поставками продуктов питания. Устойчивое предложение обеспечено (с точки зрения стабильного предложения и устойчивого роста).
• Рекомендованные вторичные и возобновляемые материалы будут иметь известное и задокументированное положительное влияние на срок годности продукции.

20 19 января 2017 г. Future of Polyolefins in the Automotive Industry from the Sustainability Perspective М.Магнара.

Исследовательско-инновационный центр Ford в Европе Go Further