Apraksts
Plastmasas kompozītmateriālus plaši izmanto no patēriņa preču līdz pat industriālajām mašīnām, taču tiem bieži piemīt ierobežojumi: zems mehāniskais izturīgums prasa dārgus pastiprinošus piepildītājus, piemēram, stiklšķiedru, liela saraušanās izraisa izmēru nestabilitāti, bet vāja izturība pret karstumu ierobežo izmantošanu augstās temperatūrās. Turmalīna pulveris, kas ir lēts minerālpiepildītājs ar unikālām pastiprinošām īpašībām, risina šīs problēmas, padarot to par ideālu piedevu plastmasas kompozītmateriāliem, ko izmanto injekcijas formēšanas procesos.
Pastiprināšanas mehānisms ar turmalīna pulveri plastmasas kompozītos balstās uz tā daļiņu struktūru un saskarnes saistīšanu. Saplākšņu pildvielām, kas nodrošina minimālu mehānisko atbalstu, turmalīna daļiņām ir neregulāra, leņķiska forma, kas veido mehānisko bloķēšanu ar polimēra matricu (piemēram, polietilēnu, polipropilēnu vai ABS). Šī bloķēšana palielina kompozīta stiepes izturību un lieces moduli, sadalot slodzi pār pildvielas-polimēra tīklu. Testi parāda, ka pievienojot 15–20% turmalīna pulvera polipropilēna (PP) kompozītiem, stiepes izturība palielinās par 25–35% (no 30 MPa līdz 37–40 MPa) un lieces modulis palielinās par 40–50% (no 1500 MPa līdz 2100–2250 MPa) — salīdzināms ar stiklšķiedras armētu PP, taču par 30% zemāku cenu. Turklāt pulvera lielais aspektu attiecība (garuma un platuma attiecība 3:1 līdz 5:1) uzlabo triecienizturību, samazinot neaizpildītu plastmasu trauslumu. Piemēram, ABS kompozītiem ar 18% turmalīna pulvera ir Izoda triecienizturība 25 kJ/m², salīdzinot ar 18 kJ/m² neaizpildītam ABS, kas tos padara piemērotus izturīgiem patēriņa precēm, piemēram, elektroinstrumentu korpusiem.
Termiskās izturības uzlabošana ir kritiski svarīga tourmalīna pulvera ieviešanas priekšrocība plastmasas kompozītos. Neaizpildītas plastmasas, piemēram, PP, parasti ir ar 100–110 °C siltuma novirzes temperatūru (HDT), kas ierobežo to izmantošanu pielietojumos, piemēram, automašīnu aizmotora komponentos vai elektriskajās korpusos. Tomēr tourmalīna augstā termiskā stabilitāte (kušanas temperatūra >1500 °C) paaugstina kompozītu HDT: PP ar 20% tourmalīna pulvera saturu HDT ir 135–145 °C, bet ABS kompozītiem ar 15% pulvera saturu HDT ir 120–130 °C. Šāda veida termiskās veiktspējas paplašināšana ļauj plastmasas kompozītiem aizstāt dārgākas izejvielas, piemēram, nilonu vai poliesteri, vidējas temperatūras pielietojumos. Pulveris arī samazina kompozīta termisko vadītspēju, padarot to noderīgu izolācijai elektriskajos komponentos – tourmalīna pastiprinātam PP ir termiskā vadītspēja 0,25 W/m·K, kas ir par 15% zemāka nekā neaizpildītam PP, samazinot siltuma pārnesi un uzlabojot enerģijas efektivitāti.
Vēl viena no turmalīna pulvera priekšrocībām injekcijas formēšanā ir sarukšanas samazinājums. Plastmasas kompozīti bieži sarūk dzesīšanas procesā, izraisot izmēru neprecizitātes (piemēram, izliekšanos, plaisāšanu), kuras padara detaļas nelietojamas. Turmalīna zemais termiskās izplešanās koeficients (CTE: 5–8 × 10⁻⁶/°C) ir ievērojami zemāks nekā lielākajai daļai polimēru (PP: 150 × 10⁻⁶/°C, ABS: 90 × 10⁻⁶/°C), tādēļ pulvera pievienošana samazina kompozīta kopējo CTE. Piemēram, PP kompozītiem ar 20% turmalīna pulvera saturu sarukšanas līmenis ir 1,2–1,5%, salīdzinot ar 2,5–3,0% neaizpildītam PP. Šī izmēru stabilitāte ir kritiski svarīga precīziem injekcijas formētiem komponentiem, piemēram, zobratu riteņiem, elektriskajiem spraudņiem un automobiļu interjera daļām, kur pat 0,5% sarukšana var izraisīt montāžas problēmas.
Efektivitāti palielina, izmantojot turmalīna pulveri plastmasas injicēšanas formēšanā. Pulvera zema mitruma uzsūkšanās (<0,1% 25°C temperatūrā, 50% relatīvā mitruma) nozīmē, ka nav nepieciešams veikt žāvēšanu pirms apstrādes – šis laizīgais solis ir nepieciešams, izmantojot citus pildītājus, piemēram, talku vai kalcija karbonātu. Tās berzes īpašības uzlabo kušanas plūsmu injicēšanas formē, samazinot cikla ilgumu par 10–15% — piemēram, PP zobratam ar 18% turmalīna pulvera piedevu formēšanas cikls ir 45 sekundes, salīdzinot ar 55 sekundēm tīram PP bez pildītāja. Turklāt turmalīna cietība (Mohsa skala 7–7,5) ir zemāka nekā stiklšķiedrai (Mohsa skala 6,5–7), tādējādi nodarot mazāku nodilumu injicēšanas mašīnām un veidnēm. Tas samazina apkopes izmaksas un palielina iekārtu kalpošanas laiku par 20–30% salīdzinājumā ar stiklšķiedru pastiprinātiem kompozītiem.
Saderība ar dažādiem plastmasas veidiem un piedevām padara turmalīna pulveri daudzpusīgu. Tas darbojas ar termoplastikām (PP, PE, ABS, PVC) un termoreaktīvajām masām (epoksīds, poliesteris), kā arī ar parastām plastmasas piedevām, piemēram, antioksidantiem, UV stabilizatoriem un krāsvielām. Atšķirībā no dažām pildvielām, kas reaģē ar liesmu izturības līdzekļiem, turmalīns ir ķīmiski inerts, tāpēc to var izmantot liesmu izturīgos kompozītos elektriskajām lietotnēm. Piemēram, turmalīna pastiprinātais PP ar liesmu izturības piedevu atbilst UL 94 V-0 standartam, tādējādi to var izmantot elektrisko korpusu izgatavošanai.
Pielāgošanas iespējas atbilst dažādām vajadzībām pēc injekcijas formēšanas. Piegādātāji piedāvā turmalīna pulveri ar kontroli pār daļiņu izmēriem: smalkas frakcijas (5–10 μm) plānsienīgām detaļām (piemēram, elektriskajiem spraudņiem), lai izvairītos no virsmas defektiem, un rupjākas frakcijas (20–30 μm) bievsienīgām sastāvdaļām (piemēram, mašīnu korpusiem), lai maksimāli palielinātu izturību. Virsmas apstrādātas frakcijas – pārklātas ar titanāta vai silāna saistvielām – uzlabo saķeri ar hidrofobiem polimēriem, piemēram, PE, samazinot pildvielas aglomerāciju un nodrošinot vienmērīgu izkliedi. Augstas tīrības frakcijas (95 %+ turmalīna saturs) ir ideālas pārtikas kontaktplastmasām (atbilst FDA 21 CFR 177.1520), savukārt izmaksu ziņā efektīvas frakcijas (80–90 % saturs) piemērotas lietošanai ārpus pārtikas nozares).
Praksē pielietotie gadījumi apstiprina turmalīna pulvera vērtību. Ķīniešu patēriņa preču ražotājs savās PP veļas mazgāšanas līdzekļu pudeļu rokturos aizstāja 50% stiklšķiedras ar turmalīna pulveri, saglabājot to pašu izturību pret stiepšanu, vienlaikus samazinot materiāla izmaksas par 25% un rīku nodilumu par 30%. Vācu automašīnu piegādātājs izmantoja turmalīna pastiprinātu ABS materiālu interjera durvju paneļiem, sasniedzot 20% mazāku sarukumu un novēršot izliekuma problēmas, kuras iepriekš izraisīja 15% sliktu detaļu ražošanu. Šie piemēri demonstrē reālus uzlabojumus darbībā un izmaksās, padarot turmalīna pulveri par pievilcīgu izvēli globālajiem plastmasas ražotājiem.
Ārējā tirdzniecībā darbojošies uzņēmējiem, reklamējot turmalīna pulveri kā plastmasas kompozīta pildvielu, ir jāuzsver tehniskās īpašības, izmaksu ietaupījumi un pārstrādes priekšrocības. Trešo pušu testēšanas ziņojumu (piemēram, no SGS vai ISO) sniegšana, kas apliecina mehānisko izturību, siltumizturību un saraušanās ātrumus, veicina uzticību. Uzsverot saderību ar esošajiem liešanas procesiem – nav nepieciešams mainīt aprīkojumu – tiek samazinātas pieņemšanas barjeras. Iesniegšana mēģinu partijām (10–20 kg) ļauj klientiem pārbaudīt pildvielu savās formulās, savukārt lielapjoma cenas (pasūtījumiem >1000 kg) ir pievilcīgas lieliem ražotājiem.
Starptautiskajām pārdošanām ir būtiska nozīme loģistikas un atbilstības atbalsts. Turmalīna pulveri jāiepakoj plastmasas maisos ar mitruma izolācijas slāni, lai novērstu saburzīšanos pārvadājumu laikā — standarta ir 25 kg plastmasas maisi ar iekšējiem apvalkiem, bet lielākiem pasūtījumiem ir pieejami 1 tonnas kravas maisi. Angļu valodā izstrādāti TDS un SDS dokumenti nodrošina atbilstību importa noteikumiem (piemēram, ES REACH, ASV FDA). Tehniskā atbalsta sniegšana, piemēram, ieteicamo polimeru slodzes līmeņu izvēle un padomi par izkliedes problēmu novēršanu, paaugstina klientu apmierinātību un veicina ilgtermiņa sadarbības attīstību.
×
