中空玻璃球，輕量化的必殺武器~

 

公隆化學提供各種規格的中空玻璃球材料，有效提升產品的附加價值。

 

時代的發展對材料提出了更高的要求，例如:鞋子更輕，車子更省油，塑料製品更環保，加工性能更優越，製品品質更好等等……這些是材料創新的源動力跟驅動力。中空玻璃球作為新型功能性填料，逐漸走到材料界的聚光燈下，為更多創新帶來無限可能。

 

中空玻璃球在樹脂體系中的應用：

 

高強度、低密度的中空玻璃球可用作各種聚合物和應用中的輕量化添加劑，同時保持或改善加工性能和材料的物理性能。中空玻璃球可用於各種樹脂體系，包括：

 

  1）聚烯烴、尼龍複合材料和其他熱塑性塑料

  2）熱固材料、液體和膏狀物

  3）片狀模塑和塊狀模塑複合材料

  4）彈性體

  5）代木/聚合物複合材料

 

中空玻璃球對樹脂體系的性能提升：

 

中空玻璃球可承受共混、注塑、擠出和其他製造工藝的溫度和壓力等加工條件。正確的使用方法，能為產品帶來品質的提升：

 

1）提高流動性能

 

中空玻璃球是微小球體，在樹脂中起到微型滾珠軸承作用，要比片狀、針狀或不規則形狀的填充粒子更具有較好的流動性，由此產生的微球效應，使混合料粘度下降，充模性能自然優異，良好的加工性能可使生產效率提高15%~20%。

 

2）降低製品的收縮性和翹曲性

 

由於球形物體是各向同性的，填充中空玻璃球能夠克服因取向造成的不同部位收縮率不一致的弊病，保證了產品的尺寸穩定，降低翹曲，解決了異型材、大型注塑產品成型加工一直存在的變形問題。此外，用中空玻璃球做填料提高填充改性材料的加工速度，提升生產效率。

 

3）較低的吸油率

 

中空玻璃球吸油率0.20~0.60cc/g，因為其圓球狀結構，單位體積的比表面積更低，吸油值更低。

 

4）體積成本更經濟

 

高性能中空玻璃球的密度僅是樹脂密度的1/5~1/2,同體積下只需要使用少量的中空玻璃球就能替換較重的其他粉體材料。當考量單位體積成本時，填充應用後可使產品減輕重量，從而減少主原料樹脂、橡膠的用量，降低產品成本。

 

中空玻璃球在熱塑性材料中的加工及使用建議：

 

要想充分發揮中空玻璃球的效果，必須保證在添加過程中空心結構保持不破損。而雙螺桿擠出機中的強剪切很容易使中空玻璃球破損，一旦中空玻璃球破碎，將成為密度為2.5g/cm³內的玻璃碎片，無法起到減重效果。這也是很多應用產品在實驗初始階段沒有達到理想效果的主要原因。所以，如何減少中空玻璃球在雙螺桿擠出機造粒過程中的破碎率，是中空玻璃球優異性能發揮的關鍵。具體可從擠出機螺紋組合、餵料與切粒方式、主機轉速、中空玻璃球耐壓強度等方面進行考慮。

 

1.雙螺桿螺紋組合的調整

 

在雙螺桿擠出機中，螺桿對物料的剪切力使得填料分散均勻。中空玻璃球的圓球形狀更容易分散，過大的剪切力反而容易導致其破碎。因此應調節嚙合段螺紋塊角度，減小剪切力。具體調節方式如下：

 

 

 

長粒子造粒條件下，

 

螺紋組合調節前後破碎率對比-

 

中空玻璃球	改善螺紋組合前	改善螺紋組合後
HS46	14-15%	3-4%
HL60S	11-12%	2-3%

(數據來源:原廠研發實驗室)

 

2.餵料方式的調整

 

為更有效的降低中空玻璃球破碎率，製程上應該：

 

1)選擇側餵料加入，減少中空玻璃球在螺桿中受到的剪切機率。

 

2)選擇長粒子造粒，減少造粒時強機械力的破壞。

 

改善螺紋組合後

 

不同餵料方式及造粒方式所造成的破碎率對比：

 

	HS46	HL60S
主餵料口破碎率短粒子	18-20%	16-18%
主餵料口破碎率長粒子	13-15%	11-13%
側餵料口破碎率短粒子	8-10%	6-8%
側餵料口破碎率長粒子	3-4%	2-3%

(數據來源:原廠研發實驗室)

 

備註：

 

1、實驗所選用的中空玻璃球型號為HS46與HL60S。

2、HS46，耐壓強度：16000psi，D90（典型值）30μm，比重0.46g/cm³。

3、HL60S，耐壓強度：18000psi，D90(典型值)55μm，比重0.60g/cm³。

 

3.雙螺桿機轉速的影響

 

轉速高時物料受到的剪切力更大，使得中空玻璃球更容易破碎。因此，保證生產工藝的前提下降低轉速，減小螺桿剪切力。

 

改善螺紋組合後，長粒子造粒及側餵料條件下

 

對比不同螺桿轉速所造成的破碎率：

 

轉速(r/min)	100	200	300	400
微球含量(wt%)	10	10	10	10
微球破碎率(%)	2.0-2.5	3.0-3.5	4.0-5.0	6.0-7.5

(數據來源:原廠研發實驗室)

 

在中空玻璃球含量為10wt%左右時，中空玻璃球的破碎率隨螺桿轉速的提升而增加，400r/min時破碎率上升到7.23%。

 

4.常見問題及解決方法

 

1）中空玻璃球在擠出過程中破碎率多少才算正常？

 

由於加工方式的問題，中空玻璃球在擠出過程中會有一定的破碎率。

 

優化方案：

 

調整螺桿組合，側餵料加入中空玻璃球，長粒子造粒，破碎率可控制在2-3%。

 

2）中空玻璃球加入後是否影響樹脂加工性能？

 

中空玻璃球是一種無機粉體填料，和其他無機填料類似，加入後可提高樹脂的耐熱性能。因此使得加工溫度升高。

 

解決方案：

 

1、擠出機在原本的加工溫度下；

2、在配方中添加少量的潤滑劑來解決。

 

3）中空玻璃球從側餵料進料後，如何保障餵料均勻性？

 

解決方案：

 

1、側餵料選擇雙螺桿強制餵料；

2、側餵料需加入攪拌棒，防止中空玻璃球“架橋”，保證進料均勻。

 

4）加入中空玻璃球後樹脂的力學性能會大幅度下降嗎？

 

加入中空玻璃球後會犧牲一部分的衝擊性能，但能提高部分彎曲模量。

 

改進方法：

 

1、添加少量增韌劑；

2、對中空玻璃球表面進行偶聯劑改性，提高中空玻璃球與樹脂的結合性能

 

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