Aprašymas
Plastikiniai kompozitai yra plačiai naudojami pramonės šakose, pradedant vartojimo prekėmis ir baigiant pramoninėmis mašinomis, tačiau dažnai turi apribojimų: žema mechaninė stipris reikalauja brangių armuojančių pildiklių, tokių kaip stiklo pluoštas, didelis šrinkis sukelia matmenų nestabilumą, o prasta atsparumo šilumai savybė riboja naudojimą aukštoje temperatūroje. Turmalino milteliai, kuriuos galima naudoti kaip ekonomišką mineralinį pildiklį su unikaliomis stiprinimo savybėmis, pašalina šias problemas, todėl jie yra idealus plastikinių kompozitų priedas, naudojamas injektavimo procesuose.
Turmalino miltelių sustiprinimo mechanizmas plastikiniuose kompozituose yra susijęs su jų dalelių struktūra ir tarpfazės sukibimu. Skirtingai nei sferinės priedai, kurios suteikia minimalią mechaninę paramą, turmalino dalelės turi netaisyklingą, kampinę formą, kuri sukuria mechaninį užraktą su polimerų matrica (pvz., polietilenu, polipropilenu arba ABS). Šis užraktas padidina kompozito tempties stiprumą ir lenkimo modulį, nes paskirsto apkrovą per pripildytuvo-polimero tinklą. Tyrimai parodė, kad į polipropileno (PP) kompozitus pridėjus 15–20 % turmalino miltelių, tempties stiprumas padidėja 25–35 % (nuo 30 MPa iki 37–40 MPa), o lenkimo modulis – 40–50 % (nuo 1500 MPa iki 2100–2250 MPa) – palyginus su stiklo pluoštu sustiprintu PP, tačiau 30 % mažesnė kaina. Be to, miltelių didelis ilgio ir pločio santykis (3:1 iki 5:1) padidina smūginį atsparumą, mažindamas nepriklausomų plastikų trapumą. Pvz., ABS kompozitams su 18 % turmalino miltelių Izodo smūginė stiprumo vertė yra 25 kJ/m², lyginant su 18 kJ/m² nepriklausomam ABS, todėl jie tinka ilgaamžiams vartojimo prekėms, tokioms kaip elektros įrankių korpusai.
Tvarmalinio miltelių suteikiama šilumos atsparumo savybė yra kritiškai svarbus pagerinimas plastikiniuose kompozituose. Nepildyti plastikai, tokie kaip PP, paprastai turi šilumos lenkimo temperatūrą (HDT) 100–110°C, todėl jų naudojimas yra ribojamas automobilių variklių skyrių komponentuose arba elektros korpusuose. Tačiau tvarmalino aukšta terminė stabilumo savybė (lydymo temperatūra >1500°C) padidina kompozitų HDT: PP su 20 % tvarmalino milteliais turi HDT 135–145°C, o ABS kompozitai su 15 % milteliais pasiekia 120–130°C. Tai leidžia plastikiniams kompozitams išplėsti terminio našumo ribas ir pakeisti brangesnes medžiagas, tokias kaip nilonas arba poliesteris, vidutinės temperatūros aplikacijose. Be to, milteliai sumažina kompozito šilumos laidumą, todėl jie tampa naudingi elektros komponentų izoliacijai – tvarmalinu sustiprintas PP turi šilumos laidumą 0,25 W/m·K, kas yra 15 % mažiau nei nepildytas PP, sumažinant šilumos perdavimą ir gerinant energijos naudojimo efektyvumą.
Viena iš pagrindinių turmalino miltelių naudojimo injekcinio formavimo procese naudų yra sumažinimas susitraukimo. Plastikiniai kompozitai dažnai susitraukia auštant, todėl atsiranda matmenų netikslumų (pvz., išlinkimų, įtrūkimų), dėl kurių dalys tampa netinkamomis naudoti. Turmalino mažesnis šiluminio plėtimosi koeficientas (CTE: 5–8 × 10⁻⁶/°C) yra daug mažesnis nei daugelio polimerų (PP: 150 × 10⁻⁶/°C, ABS: 90 × 10⁻⁶/°C), todėl naudojant miltelius visuminis kompozito CTE sumažėja. Pavyzdžiui, PP kompozitams su 20 % turmalino miltelių susitraukimo norma yra 1,2–1,5 %, lyginant su 2,5–3,0 % neuzpildytam PP. Tokia matmenų stabilumas yra kritiškai svarbus tiksliai injekcinio formavimo detalėms, tokioms kaip pavarų krumpliaračiai, elektros jungtys ir automobilių salonų komponentai, kuriuose net 0,5 % susitraukimas gali sukelti montavimo problemas.
Naudojant turmalino miltelius plastiko liejimo procese, padidėja apdirbimo našumas. Dėl miltelių mažo drėgmės sugerties (<0,1% esant 25°C temperatūrai ir 50% drėgmei) nereikia atlikti iš anksto džiovinimo, kuris yra laiko sąnaudų reikalaujantis etapas, būtinas tokiems pripildymo medžiagoms kaip talkas ar kalcio karbonatas. Jų tepimo savybės pagerina lydalio tekėjimą injekcinėje formoje, sumažinant ciklo trukmę 10–15 % – pavyzdžiui, PP (polipropileno) krumpliaračiui su 18 % turmalino miltelių liejimo ciklas yra 45 sekundės, o be pripildymo – 55 sekundės. Be to, dėl turmalino kietumo (Mohso kietumo skalėje 7–7,5), kuris yra šiek tiek mažesnis nei stiklo pluošto (Mohso kietumas 6,5–7), mažėja mašinų ir įrankių nubrozdinimas. Tai sumažina priežiūros išlaidas ir padidina įrangos naudojimo laiką 20–30 % lyginant su stiklo pluoštu sustiprintomis kompozitinėmis medžiagomis.
Suderinamumas su įvairiomis plastiko rūšimis ir priedais daro, kad turmalino milteliai būtų universalūs. Jie veiksmingi su termoplastikais (PP, PE, ABS, PVC) ir termoreaktyviniais (epoksidinės, poliesterinės), taip pat su dažniausiai naudojamais plastiko priedais, tokiais kaip antioksidantai, UV stabilizatoriai ir dažikliai. Skirtingai nei kai kurie pripildikliai, kurie reaguoja su liepsnai atspariais priedais, turmalinas yra chemiškai inertus, todėl gali būti naudojamas liepsnai atspariuose kompozituose elektros pramonėje. Pavyzdžiui, turmalinu sustiprintas PP su liepsnai atspariu priedu atitinka UL 94 V-0 standartus, todėl tinka naudoti elektros korpusuose.
Individualūs sprendimai atitinka įvairias injekcinio formavimo pirmas. Tiekininkai siūlo turmalino miltelius su kontroliuojamu dalelių dydžiu: smulkią klasę (5–10 μm) plonasieniams gaminams (pvz., elektroniniams sujungimams) naudoti siekiant išvengti paviršiaus defektų ir stambesnę klasę (20–30 μm) storasieniams komponentams (pvz., mašinų korpusams) naudoti siekiant maksimalaus stiprumo. Paviršiumi apdorbtos klasės – padengtos titano arba silano jungiamaisiais agentais – gerina sukibimą su hidrofobiniais polimerais, tokiais kaip PE, mažina pripildytuvo susiliejimą ir užtikrina vienodą pasklidimą. Aukštos grynumo klasės (95 % ir daugiau turmalino turinys) yra ideali maisto kontaktui naudojamam plastikui (atitinkančiam FDA 21 CFR 177.1520), o kainos efektyvesnės klasės (80–90 % turinys) tinka ne maisto pramonei.
Praktinės taikymo atvejai patvirtina turmalino miltelių vertę. Kinijos prekių gamintojas 50% stiklo pluošto savo PP skalbimo miltelių butelių rankenose pakeitė turmalino milteliais, išlaikant tokį patį atsparumą tempimui, tuo tarant sumažino medžiagos kainą 25% ir įrankių nubrozdinimą 30%. Vokietijos automobilių tiekėjas naudojo turmalinu sustiprintą ABS automobilių durų vidaus skydelių gamybai, sumažinus 20% susitraukimą ir pašalinus išlinkimų problemas, dėl kurių anksčiau buvo atmestos 15% detalių. Šie atvejai rodo akivaizdžius našumo ir kainos patobulinimus, todėl turmalino milteliai tampa patraukliu pasirinkimu globaliems plastmasių gamintojams.
Užsienio prekybos prekybininkams, reklamuojant turmalino miltelius kaip plastikinių kompozitų pripildymo medžiagą, būtina pabrėžti technines savybes, kaštų taupymą ir apdorojimo privalumus. Pateikiant trečiosios šalių tyrimų atskaitas (pvz., iš SGS arba ISO), kurios patvirtina mechaninę stiprumą, karščiui atsparumą ir traukimo rodiklius, kuria pasitikėjimą. Pabrėžiant suderinamumą su esamais liejimo procesais – nereikia keisti įrangos – sumažinamos priėmimo kliūtys. Pasiūlant mėginių partijas (10–20 kg) leidžiama klientams išbandyti pripildymo medžiagą savo formulėse, o didmeninė kaina (užsakymams >1000 kg) patraukia didelio masto gamintojus.
Logistikos ir atitikimo parama yra būtina tarptautinėms pardavimams. Turmalino miltai turėtų būti supakuoti į sandariai uždarytas, drėgmę nepraleidžiančias talpas, kad būtų išvengta luitų susidarymo pervežimo metu – standartas yra 25 kg plastikiniai maišai su vidiniais sluoksniais, o stambesnėms užsakymams prieinami 1 tonos talpos maišai. Anglų kalba pateikiami TDS ir SDS dokumentai užtikrina atitikimą importo reglamentams (pvz., ES REACH, JAV FDA). Teikiant techninę pagalbą, tokia kaip rekomenduojami įkrovimo kiekiai konkrečiems polimerams ir rekomendacijos sprendžiant dispergavimo problemas, padidėja klientų pasitenkinimas ir skatina ilgalaikius partnerystės ryšius.
