Yüksek yoğunluklu dolgu masterbatch, plastik endüstrisinde en çok kullanılan bileşim ürünlerinden biri haline geldi, çünkü dönüştürücüler, bir polimer ürününe ağırlık, sertlik ve boyut stabilitesini eklerken, malzeme maliyetini düşük veya orta düzeyde tutabiliyor. Yüksek yoğunluklu dolgu masterbatch, genellikle kalifornium karbonat, barit sulfat veya talk gibi çok yüksek oranda inorganik tozun, polimer taşıyıcı içine çok yüksek oranda (çoğunlukla ağırlıkça %70'ten fazla) dağıtıldığı konsantre bir karışımdır. Wanplas fabrikası olan Kerke, 12 yıldan fazla bir süredir, dolgu masterbatch üreticilerine paralel dönen çift şaftlı karıştırma extruderleri tedarik etmektedir ve bu kılavuz, satın alınabilir, iyi dağıtılmış bir ürünü kırılgan, eşit olmayan bir üründen ayıran pratik mühendislik bilgilerini bir araya getirmektedir.
Ağırlık ve dayanıklılık, doldurulmuş masterbatch için alınan çoğu satın alma kararının temelini oluşturan iki özelliktir. Ağırlık, tercih edilen dolgu maddesinin yoğunluğuna bağlıdır, ancak dayanıklılık, bükme modülü ile ifade edilir ve dolgu şekli, partikül boyutu, yüzey işlemi ve son yükleme gibi faktörlerden büyük ölçüde etkilenir. Bu makale, her değişkenin nasıl seçildiği ve kontrol edildiği, ve karışım hattının nasıl düzenlendiği ve bu şekilde karışımın nasıl daima sağlandığı konularını açıklamaktadır. Sonunda, doldurma derecelendirmesi ve ağ sayısı, stearik asit ve titanat bağlama, taşıyıcı reçine ve MFI eşleştirme, bükme modülü ile darbe dengesi, filtre basınç değerine göre dağıtım testi, ko-rotasyonlu çift silindirli ekstrüderdeki vida eleman kombinasyonu, yan besleme, vakum boşaltma ve üç ana peletleme yöntemini anlayacaksınız.
Bu kılavuzda, teknik referanslar, tanıtım iddialarının yerine polimer biliminden gelen konsensüse uygun olarak verilmiştir ve tüm maliyet referansları, kesin rakamlar yerine Düşük, Orta, Yüksek, Çok Yüksek ve Premium gibi oransal etiketler kullanmaktadır. Kerke, Wanplas markasına aittir ve Wanplas'ın özel fabrikalarının ağı, tam plastik değer zincirini kapsamaktadır. Burada açıklanan bileşim extruderleri, karışım, geri dönüşüm ve levha üretim hatlarıyla doğal bir şekilde entegre edilmektedir.
Yüksek yoğunluklu dolgu masterbatch nedir ve ağırlık neden önemlidir?
Yüksek yoğunluklu dolgu masterbatch, bir inorganik dolguyu, polimer taşıyıcı içinde yüksek konsantrasyonda dağıtılmış bir ön karıştırılmış konsantre olup, bu dolgu, film fırlatma, enjeksiyon kalıplama, boru ekstrüzyon veya levha ekstrüzyon sırasında doğal bir reçineye ölçülerek eklenebilir. Masterbatch formatı, doğrudan serbest tozun yeni peletlerle karıştırılması durumunda, düşük dispersiyon, tozlanma ve istikrarsız üretim verimi elde edilirken, doğru bir şekilde karıştırılmış masterbatch, temiz bir şekilde beslenir ve homojen özellikler sunar. Yüksek yoğunluk terimi, yüksek dolgu yüklenmesi ve birçok sınıfta, son ürünün yoğunluk değerini artıran baryum sulfat gibi yoğun bir dolgu kullanımı anlamına gelir.
Ağırlık, çeşitli ticari nedenlerden dolayı önemlidir. Miktar veya adet bazında satılan ürünlerde, müşteri belirli bir ağırlığa ihtiyaç duyduğu durumlarda, örneğin askı takımları, çiçek saksıları, mobilya parçaları, kablo kaplamaları ve yapay taşlar gibi, eklenen mineral ağırlık, kaliteyi ifade eder ve reçine tüketimini azaltır. Ses yalıtım ve koruma uygulamalarında, daha yüksek yoğunluk akustik ve gama ışınımının azalmasını artırır. Tarım filmleri ve dokuma torbalar için, orta düzeyde dolgu yükleme, maliyeti azaltırken işlenebilirlik özelliklerini korur. Mühendislik zorluğu, makinenin mekanik bütünlüğünü bozmadan mümkün olduğunca fazla dolgu malzemesi eklemekten ibarettir.
Her yüksek yoğunluklu dolgu masterbatch için en önemli sayı, spesifik ağırlığıdır, çünkü bu, belirli bir masterbatch oranının ne kadar ağırlık katkısı sağladığını belirler. Masterbatch, 1,9 ila 2,1 g/cm3 aralığında bulunan kalsiyum karbonat, 2,0 ila 2,2 g/cm3 aralığında bulunan talksanlı bir sınıf ve 2,8 ila 3,2 g/cm3 aralığında bulunan baryum sülfat sınıfına bağlı olarak yüklenme düzeyine göre inşa edilir. Aşağıdaki tablo, ağırlık ve sertlik açısından en önemli özelliklere ilişkin olarak üç ana dolgu maddesini karşılaştırır.
Ağırlık bazlı formülasyonlar için dolgu maddesi özellik karşılaştırması
| Property | Calcium Carbonate (CaCO3) | Barium Sulfate (BaSO4) | Talc |
|---|---|---|---|
| Specific gravity (g/cm3) | 2.7 | 4.3 | 2.8 |
| Typical particle size | 1 to 20 micrometer | 2 to 15 micrometer | 2 to 20 micrometer |
| Particle shape | Irregular / cubic | Acicular / angular | Plate-like (lamellar) |
| Relative raw cost | Low | Medium to High | Low to Medium |
| Effect on flexural modulus | Moderate increase | Moderate increase | Strong increase |
| Effect on impact strength | Reduces | Reduces | Reduces, less with coupling |
| Typical max loading in MB | 80 to 85 percent | 80 to 90 percent | 70 to 80 percent |
Ağırlık ana hedef olduğunda ve maliyetin düşük kalması gerektiğinde, kalifornium karbonat standart dolgu maddesidir. En yüksek spesifik ağırlık gerektiğinde, baryum sülfat, fiyatı orta veya yüksek olmasına rağmen seçilir. Talc, ağırlıktan daha çok sertlik ve ısı deformasyon sıcaklığı önemli olduğunda seçilir, çünkü plaka şeklindeki partikülleri polimer matrisini iki boyutta güçlendirir.
Malzemeler: CaCO3, BaSO4 ve Talc
Dolgu sınıfının seçimi, her yüksek yoğunluklu dolgu masterbatch projesi için ilk mühendislik kararını oluşturur ve bu karar, partikül boyutunu mikrometre cinsinden ortalama çap olarak veya numaralı çapak sayısı olarak ifade eder. Açma sayısı, tozu tutan ekran süzgecinin her lineer inçteki iplik sayısını belirtir, bu nedenle daha yüksek bir açma sayısı daha ince bir toz anlamına gelir. Geleneksel bir çalışma dönüşümü, yaklaşık 1250 mesh'in yaklaşık 10 mikrometreye, 2500 mesh'in yaklaşık 5 mikrometreye ve 3000 mesh'in yaklaşık 4,5 mikrometreye karşılık geldiği şeklindedir, ancak partikül şekliyle birlikte kesin dönüşümler değişir. Dolgu masterbatch için pratik sınıflar 800 mesh, yaklaşık 18 mikrometreden 3000 mesh, yaklaşık 4,5 mikrometreye kadar değişir.
Kalsiyum karbonat, doğal kireçtaşıdan öğütülerek elde edilen ezilmiş kalsiyum karbonat (GCC) veya 0,1-3 mikrometreye kadar daha ince ve daha homojen parçacıklar içeren sentetik bir kalite olan precipitasyonlu kalsiyum karbonat (PCC) olarak sağlanır. GCC, düşük maliyetli ve madde dolgu masterbatch'in temel ürünüdür; PCC ise premium maliyetlidir ancak daha parlak, ince ve daha kolay dağıtılan ürünler sunar ve ince filmler ve kaplamalar için uygundur. Daha ince parçacıklar bükme modülünü ve yüzey pürüzlülüğünü artırır, ancak aynı zamanda taşıyıcı tarafından ıslatılması gereken yüzey alanını da artırır. Bu nedenle, daha ince bir kalite daha fazla yapıştırıcı ve daha yoğun karıştırma enerjisi gerektirir.
Baryum sülfat, mineral formunda baryt veya kurutulduğunda blanc fixe olarak adlandırılır ve yaklaşık 4,3 g/cm3 olan yüksek yoğunluğu ve kimyasal inertliği nedeniyle değerlidir. Formülasyondaki asitlerle tepkime etmez, radyopak olup, bileşiği güçlü bir şekilde sarartmadan mükemmel bir ağırlık katkısı sağlar. Kübik parçaları, eş-çevirme yapabilen çift vidalı ekstrüderde iyi dağılır ve kalınlaştırıcı olarak kullanıldığında, kalsiyum karbonattan daha yoğundur, bu nedenle BaSO4 masterbatch, daha düşük bir kütle oranıyla aynı ağırlık artışına ulaşır ve bazı darbe dayanımını korur. Müzakere, orta ila yüksek düzeyde olan ham maliyet ve vida ve silindirlerde daha fazla abrasif aşınma demektir, bu nedenle aşınmaya dayanıklı vida elemanları önerilir.
Talc, plakalı veya lamel şeklinde bir yapıya sahip su içeren magnezyum silikatıdır. Orijinal oranının, plağın çapı ile kalınlığı arasındaki oran, maden ve öğütleme derecesine bağlı olarak 5:1'den 20:1'e kadar değişebilir. Yüksek oranlı talc, etkin bir güçlendirici dolgu maddesidir: bükme modülünü güçlü bir şekilde artırır, orta yükte 10 ila 30 derece Celsius arasında ısı deformasyon sıcaklığını iyileştirir ve polipropilende kristalleşmeyi hızlandıran bir nükleantaj aracı olarak işlev görür. Talc hafif bir abrasiftir ve plaketleri karıştırma sırasında bozulmamalıdır, bu nedenle aşırı agresif karıştırma yapılmamalıdır. Masterbatch için talik sınıfları genellikle 800 mesh, yaklaşık 18 mikrometreden 3000 mesh, yaklaşık 4,5 mikrometreye kadar değişir ve ince duvarlı enjeksiyon kalıplaması için daha ince sınıflar tercih edilir.
Açma, mikron ve uygulama haritalandırması
| Mesh count | Approx. mean size (micrometer) | Bulk density | Typical application |
|---|---|---|---|
| 800 mesh | 15 to 18 | Medium | Pipe, profile, thick injection parts |
| 1250 mesh | 9 to 11 | Medium | Woven sack, general film, sheet |
| 2500 mesh | 4 to 6 | Low | Thin film, laminating, surface-sensitive parts |
| 3000 mesh | 4 to 5 | Low | Premium thin film, high-gloss coatings |
Daha ince bir tozun hacim yoğunluğu daha düşüktür ve besleme boşluğunda daha fazla boş hacme yer verir. İşte bu nedenle yüksek yükleme hatları, her şeyi ana konveyörden geçirmek yerine yan beslemeye güvenir. Mühendisin ayrıca nemi de izlemesi gerekir: mineral dolgular 0,2 ila 0,8 oranında yüzey nemi taşıyabilir ve bu nem, vakumla boşaltılması gereken nihai pelletlerde boşluklar oluşturur ve FPV değerleri yükselir.
Kaplama İşlemi ve Bağlayıcı Ajanlar
Anorganik dolgular polar ve hidrofiliktir, ancak poliolefin taşıyıcıları (örneğin polietilen ve polipropilen) non-polar ve hidrofobiktir. Yüzey işlemi yapılmadan, dolgu partikülleri polimerde kötü bağlanmış inklüzyonlar olarak yer alır ve bu durum zayıf aralıklar, yüksek erime viskozitesi, kötü dağıtım ve darbe dayanımıda ciddi düşüşe neden olur. Yüzey işlemi, partikül yüzeyini polardan organofil hale dönüştürür, böylece taşıyıcı partikülü ıslatır, bağlayıcı ajan inorganik ve organik fazları birbirine bağlar ve eşit yüklenme koşullarında mekanik özellikler iyileşir.
En yaygın ve düşük maliyetli tedavi, yüksek hızlı karıştırıcıda kuru kaplamada 0,5 ila 1,5 oranında dolgu ağırlığına göre uygulanan stearik asittir. Stearik asit, tozun yüzey enerjisini düşürür, akışkanlığını artırır ve taşıyıcı partikülleri daha kolay ıslatmasını sağlar. Gerçek bir bağlayıcı madde yerine bir yağlayıcı türü tedavi olduğu için, esas olarak işleme ve dağıtmaya yardımcı olur ancak darbe tutma konusunda çok az katkı sağlar. Düşük maliyetli bir madencilik kalsiyum karbonat masterbatch için, stearik asit tek başına genellikle yeterlidir.
Yüksek performans için, özellikle talk ve baryum sülfat ile çalışıldığında yapışma çok önemliyse, 0,3 ila 1,0 oranında titanat bağlayıcı madde kullanılır. Titanat, inorganik reaktif grubu ile dolgu yüzeyine, organik zincir ile de polimerle bağlanarak, bükme modülü tutma kapasitesini ve darbe dayanımını aynı anda artıran dayanıklı bir arayüz oluşturur. Diğer bağlama sistemleri arasında alüminat, silisli dolgu maddeleri için silan ve poliolefin üzerine maleik anhidrit ekleyen (PP-g-MAH) polipropilen sistemlerinde uyumlandırıcı olarak kullanılan sistemler yer alır. Seçim, dolgu kimyasalının ve taşıyıcının türüne bağlıdır: silanlar cam ve silisli yüzeyler için uygundur, titanatlar kalsiyum karbonat ve barit sulfat için uygundur ve maleatli poliolefin talk ile PP'de uyumludur.
Uygulama yöntemi, kimyaya kadar önemlidir. Tozun extruder içine girmeden önce, 80 ila 110 santigrat derecede 3 ila 8 dakika süreyle yüksek hızda karıştırıcıda kuru kaplama yapılması, homojen dağılımı sağlar. Sıvı bağlayıcı ajanlar, termal bozulmaya karşı koruma sağlayarak daha tekrar edilebilir bir bağlanma sağlayan bir sıvı besleyici aracılığıyla, eriyik üzerine aşağı doğru enjekte edilebilir. Az miktarda ajan, işlenmemiş parçaları bırakır; çok miktarda ise modülü düşüren bir plastifikatör olarak işlev görür ve die üzerinde plaka oluşumuna neden olabilir. Aşağıdaki tablo, tedavi merdivenini özetlemektedir.
Kaplama Seçenekleri ve Etkileri
| Treatment | Typical dose (% filler) | Relative cost | Main benefit |
|---|---|---|---|
| Untreated | 0 | Low | None; poorest dispersion |
| Stearic acid | 0.5 to 1.5 | Low | Lubrication, wetting, flow |
| Titanate coupling | 0.3 to 1.0 | Medium | True coupling, impact retention |
| Silane coupling | 0.3 to 0.8 | Medium | Siliceous filler bonding |
| PP-g-MAH compatibilizer | 2 to 6 | Medium to High | Talc in PP adhesion |
Taşıyıcı reçin seçimi ve MFI eşleştirme
Taşıyıcı reçine, dolgu maddesini süspansiyona tutan ve onu son ürüne aktaran polimerdir. Yüksek yoğunluklu dolgu masterbatch için, taşıyıcı, konu reçine ile uyumlu olmalı, çok yüksek dolgu oranlarında kolayca dağıtılabilmeli ve tozu ıslatacak kadar düşük viskoziteye sahip olmalıdır. İki temel taşıyıcı, polietilen ve polipropilen'dir ve son kullanım alanına uygun olarak seçilmiştir: polietilen film, torba ve boru için PE taşıyıcı, polipropilen şekillendirilmiş parçalar, lifler ve rafia için PP taşıyıcı.
Polietilen içerisinde, düşük yoğunluklu polietilen (LDPE) ve lineer düşük yoğunluklu polietilen (LLDPE) en yaygın taşıyıcıdır, çünkü daha düşük kristalizasyonu ve daha geniş molekül ağırlık dağılımı, iyi ıslanma ve kolay dağıtım sağlar. Polipropilen içerisinde, sert parçalar için homopolimer PP ve bazı mukavemet gerektiren durumlarda ise rastgele kopolimer PP kullanılır. Kritik parametre, MFI olarak bildirilen ve standart yük altında 10 dakikada gram olarak verilen eritme akış indeksidir. Taşıyıcı MFI, doldurulan reçinenin MFI'sinden eşit veya biraz daha yüksek olmalıdır, böylece masterbatch karışımda viskozite sınırlayıcı bileşen olmamalıdır.
Yüksek yükleme kapasitesine sahip dolgu masterbatchler için, taşıyıcı genellikle ortalama veya yüksek MFI değerleriyle seçilir, örneğin polietilen için 20 ila 50 g/10 dakika ve polipropilen için 20 ila 40 g/10 dakika, hatta son ürün reçinesinin daha düşük MFI sınıfı olan 2 ila 12 g/10 dakika olsa bile. Yüksek MFI taşı, yüksek dolgu içeriğinin hala ekstrüze edilmesini ve peletlenmesini sağlayan bir iç yağlayıcı olarak işlev görür. Eğer taşıyıcı MFI değeri çok düşükse, malzeme tozun dağılmasını sağlayacak kadar yumuşak olmaz ve FPV yükselir; eğer çok yüksekse, masterbatch final ürünün mekanik özelliklerini bozabilir. Aşağıdaki tablo, temsilatif taşıyıcı seçeneklerini göstermektedir.
Son Uygulama ile Taşıyıcı Reçine Seçimi
| Host product | Recommended carrier | Carrier MFI (g/10min) | Notes |
|---|---|---|---|
| PE film and bags | LDPE or LLDPE | 20 to 50 | Good clarity retention, easy seal |
| PP injection molding | PP homopolymer | 20 to 40 | Match crystallinity, use PP-g-MAH |
| PP raffia and tape | PP homopolymer | 25 to 45 | High draw, low gel |
| HDPE pipe and profile | HDPE or LDPE blend | 15 to 35 | Balance stiffness and ESCR |
| EVA adhesive layer | EVA | 10 to 30 | Specialty, higher cost |
MFI, polietilen ve polipropilen için 2,16 kilogramlık bir yük altında 190 santigrat derecede ölçülür ve elde edilen sonuç, gram başına 10 dakika olarak, molekül ağırlığıyla ters orantılıdır. Taşıyıcı ile alıcı arasındaki uyumlulukta, mühendis ayrıca yoğunluğu da göz önünde bulundurmalıdır: Dolgu masterbatch, zaten spesifik ağırlığı artırır, bu nedenle hedef maliyet azaltmaksa, maksimum ağırlık yerine, LDPE (yaklaşık 0,92 g/cm3) yerine HDPE (yaklaşık 0,95 g/cm3) gibi daha düşük yoğunluklu bir taşıyıcı seçmek, ağırlık artışını kısmen dengeler. Aksine, ağırlık satış noktası olan yüksek yoğunluklu dolgu masterbatchlerde, taşıyıcı seçimi dolgu yoğunluğuna göre ikinci derecede önemlidir.
Esneklik ve Etkiyi Dengede Tutma: Flexural Modülü Dengesi
Doldurulmuş bir bileşimdeki sertliği en yararlı şekilde bükülme modülü, yani bükülme sırasında gerilme-çatlama eğrisinin eğimi, megapascal cinsinden ölçülür. Mineral dolgu maddesi eklemek, genellikle bükme modülünü artırır, çünkü sert inorganik parçacıklar matriks deformasyonunu engeller. Artışın büyüklüğü, dolgu modülü, yük, oran ve yüzey arası yapışma durumuna bağlıdır. Talc, plakalı yüksek oranlı partikülleriyle, birim ağırlık başına en yüksek modül artışı sağlarken, küresel kalsiyum karbonat daha orta düzeyde bir artış sağlar ve baryum sülfat ise yoğunluk avantajıyla orta düzeyde bir artış sunar.
Gerekli bir diğer unsur, darbe dayanımıdır. Mineral dolgular, gerilme yoğunlaşma noktaları ve kırılmaya neden olan zayıf aralıklar oluşturur, bu nedenle yük artışında Izod veya Charpy yöntemleriyle ölçülen kesikli darbe, azalır. Sade bir polipropilen, 30 ila 45 J/m arasında kesikli Izod gösterebilir, ancak 40 yüzde kalsiyum karbonat oranında bu değer 5 ila 10 J/m'a düşebilir ve 30 yüzde talk oranında yaklaşık 8 ila 15 J/m'a kadar çıkabilir. Mühendislik sanatı, yükleme ve modülü artırırken, bağlayıcı ajanlar, elastomer modifikatörler veya dengeli dolgu karışımlarını kullanarak, uygulamanın gerektirdiği en düşük seviyeden daha yüksek bir darbeyi sağlamaktır.
Birkaç strateji, çok fazla rigidite kaybetmeden etkiyi geri kazanır. Titanat veya silan bağlanması, arayüzü iyileştirir ve kaybedilen etkiliğin bir kısmını geri kazandırır. 5 ila 15 yüzde elastomerik modifikatör (örneğin etilen-propilen kauçuk veya termoplastik elastomer) eklenmesi, küçük modül cezası ile birlikte etkisini önemli ölçüde artırır. Yüksek modülü olan talk gibi dolgu maddesini düşük maliyetli olan kalsiyum karbonat gibi küresel bir dolgu maddesiyle karıştırarak, iki maddenin arasında maliyet ve özellik hedefini tutturabiliriz. Aşağıdaki tablo, polipropilenin %30 yükleme oranında temsilatif özellik yönlerini göstermektedir.
Polipropilenin 30 yüzde dolgu noktasında malzeme yönü
| Filler (30%, coupled) | Flexural modulus (MPa) | Notched Izod (J/m) | HDT (deg C) |
|---|---|---|---|
| None (neat PP) | 1500 | 35 to 45 | 55 to 60 |
| CaCO3, fine | 2600 to 3000 | 10 to 18 | 70 to 80 |
| Talc, high aspect | 3200 to 4200 | 12 to 20 | 85 to 105 |
| BaSO4 | 2500 to 3100 | 12 to 18 | 70 to 82 |
Yukarıdaki sayılar tipik aralıklardır; gerçek değerler derece, bağlantı ve test yöntemine bağlı olarak değişir ve tedarikçi veritabanlarına göre doğrulanmalıdır. Yüksek yoğunluklu dolgu masterbatch için pratik bir kural, müşterinin istediği en düşük bükme modülünü belirlemek, ardından en düşük maliyetle ve en yüksek geri kalan darbe ile uyum sağlayan dolgu ve yüklenmeyi seçmektir. Kerke mühendisleri, KTE laboratuvar çift silindir extruderinde küçük laboratuvar denemeleri düzenli olarak gerçekleştirerek, bu dengelemeleri üretime geçmeden önce belirler.
Dağılım Kalitesi: Filtre Basınç Değeri (FPV)
Dispersiyon kalitesi, yüksek yoğunluklu dolgu masterbatch'in iş yerinde performans göstermesi veya bir müşterinin kalıbını ve filmi mahvetmesi konusunda karar verir. Kötü dağılım, ekranları tıkayan, filmde çizgiler oluşturan ve parçaları zayıflatan agregatlar, balık gözleri ve jel bırakır. Dolgu maddesinin dağılımı için en çok kabul edilen nicel test, filtre basınç değeri, yani basınç filtre değeri veya FPV'dir. Bu değer, sabit sıcaklık ve kesme hızında standart bir ekran paklı bir kapiller reoloji cihazında ölçülür.
FPV testi sırasında, erimiş masterbatch, ince bir ağ tülü paketten geçirilir ve belirli bir hacim veya süre boyunca oluşan basınç artışı kaydedilir. İyi dağıtılmış malzeme düşük ve sabit bir basınçla akar; tozlar veya jel içeren malzeme, ekran tıkanırken basıncı hızla yükseltir. Rapor edilen değer, genellikle belirlenmiş bir hacimden sonraki basınç değeri ya da basınç artış hızıdır. Düşük FPV, daha ince, daha homojen dağılım ve daha az kusur anlamına gelir. FPV yöntemleri, erime akış ölçümü için ISO 1133 prensini takip eder ve ASTM filtrasyon testlerinde kullanılan ekran paketlerine benzer, ancak kabul sınırı dönüştürücünün işlemine ve film kalınlığına bağlıdır.
İnce film ve laminasyon sınıflarında FPV çok düşük olmalıdır, çünkü birkaç büyük agregat bile görünür kusur olarak görülür; kalın boru ve profil için tolerans daha geniş olmalıdır. Tipik iyi uygulama, zorlu filmler için birkaç yüz barın altında bir FPV hedeflemektedir, ancak genel amaçlı sınıflar daha yüksek değerleri kabul edebilir. FPV'nin ötesinde, dağılım ayrıca, agregatların mikroskopla sayımı, toplam dolgu maddesi için kireç oranı ve görsel jel için iki silindirli makine sızıntı testi ile de kontrol edilir. Aşağıdaki tablo, yayılma testlerinin genelini göstermektedir.
Dolgu Masterbatch için Dispersiyon Test Yöntemleri
| Method | What it measures | Typical target | Standard basis |
|---|---|---|---|
| Filter Pressure Value (FPV) | Pressure rise through screen pack | Lower is better; tight for film | ISO 1133 principle |
| Ash content | Total inorganic filler | Within plus or minus 1 percent | ISO 3451 |
| Microscope count | Agglomerate number and size | Few counts above 50 micrometer | Internal method |
| Smear / roll mill | Visual gel and streak | No visible gel | Internal method |
FPV'nin geliştirilmesi, karıştırma işlemine geri döner: daha ince dolgu, uygun bağlanma, karıştırma bölgesinde yeterli spesifik mekanik enerji ve etkili devolatilizasyon. Kerke KTE çift-çevik çift-şaftli ekstrüderde, şaft profili ayarlanarak dolgu maddesi, taşıyıcı maddenin erimesi ve ıslanması sonrasında yoğun bir kesme ile karşılaşır. Bu durum, partikülleri aşırı ezmeden veya polimeri bozacak aşırı ısı üretmeden aglomerasyonları parçalar.
Çift Vidalı Karıştırma Proses Mühendisliği
Her yüksek yoğunluklu dolgu masterbatch hattasının kalbi, eş-zamanlı paralel çift-şaftli bir extruder'dir. Kerke, Wanplas fabrikası, KTE-16B'den KTE-135D'ye kadar, 16 mm'den 135 mm'ye kadar delik çapı ve genellikle 36 ila 52 arasında L/D oranlarıyla, dolgu masterbatch için en yaygın olan 40 ila 48 arasında, paralel dönen çift şaftli extruder serisi KTE'yi üretiyor. Çevrim içi tornalama, ölü alanları önler ve mükemmel bir dağıtım ve kendini temizleme sağlar, bu da dolgu kalitesini veya rengini değiştirirken çok önemlidir.
Tornavida modüler elemanlardan yapılmıştır, bu nedenle profili formülasyona göre tasarlanabilir. Ana element aileleri, taşıma elemanları (ileri ve geri eğimli), yoğurma blokları (30, 45, 60 veya 90 derece aralıklarla dizilmiş), dişli veya dişli karıştırma elemanları ve basınç ve yataklama oluşturmakta olan ters yönlü elemanlardır. Dolgu masterbatch için tipik düzen şu şekildedir: taşıma elemanlarının bulunduğu bir besleme bölümü, erken erime ve ıslatma bölümü, agregatların parçalanması için yüksek aşınma ile karıştırma blok bölümü, kuru dolgu malzemesinin çoğunun girdiği bir yan besleme girişi, ikinci karıştırma bölümü ve eritme pompası ve kalıbın öncesinde bir veya iki vakum boşaltma bölümü.
Yan besleme, yüksek yükleme için anahtar noktadır. Tüm düşük hacim yoğunluğunda olan tozu ana konveyörden geçirmek yerine, bir yan besleyici, genellikle çift vidalı ağırlık kaybı yan dolum cihazı, dolgu maddesini taşıyıcı maddenin erimesinden ve bir pastaya dönüşmesinden sonra aşağıdaki bir silindir bölümüne enjekte eder. Bu, ana besleme boş hacmini serbest bırakır, toplam verimliliği artırır, vidanın aşırı yüklenmesini azaltır ve havalandırımı iyileştirir. Bir crammer besleyici veya ağırlık kaybı olan ana besleyici, taşıyıcıya ek olarak herhangi bir sıvı bağlayıcıyı da alırken, yan besleyici toplam dolgu maddesinin yüzde 50 ila 70'ini ölçer.
Vakum boşaltma, tozla birlikte taşınan havayı ve mineral dolgu maddelerinde 0,2 ila 0,8 arasında olabilen yüzey nemini kaldırır. Eşanjör boşluklarını boşaltmadan, FPV yükselir ve pelletler poroz görünür. Kuru, ön-iletişimli dolgu için tek bir çıkış yeterlidir, ancak nemli veya yüksek yükleme sınıfları için bir atmosferik ve bir de yaklaşık 0,02 ila 0,05 bar aralığında olan derin vakumlu iki çıkış kullanılır. Tipik bir kalsiyum karbonat masterbatch için işlem koşulları, 160 ila 210 derece Celsius sıcaklıkta, 300 ila 600 devir/dakika hızda, doluluk ve incelikten bağımsız olarak 0,10 ila 0,25 kWh/kg spesifik enerji olarak belirlenmiştir.
Verim, vida çapıyla orantılıdır. KTE-75 hatı, ortalama 300 ila 500 kg/saat dolu masterbatch üretir, KTE-95 yaklaşık 800 ila 1200 kg/saat, KTE-135D ise 2000 kg/saatın üzerinde dolu masterbatch üretir. Kerke, bu hatları, ağırlık kaybı besleyicileri, yan dolum makinesi, vakum sistemi, dişli pompa ve seçilen pelletizer ile donatıyor ve Wanplas markası, her yıl ücretsiz yedek parça ve yerinde kurulum gibi ortak hizmet taahhütleriyle bunları destekliyor.
Tornavida Boyutu Göre İşlem Penceresi
| Model | Screw diameter (mm) | Output (kg/h) | Screw speed (rpm) |
|---|---|---|---|
| KTE-52 | 52 | 120 to 220 | 300 to 600 |
| KTE-75 | 75 | 300 to 500 | 300 to 550 |
| KTE-95 | 95 | 800 to 1200 | 250 to 500 |
| KTE-135D | 135 | 2000 plus | 200 to 400 |
Pelletleme Yöntemleri: Su Çemberi, Çubuk ve Deniz Altı
Son adım, karıştırılmış eriyi homojen küçük parçalara dönüştürür ve böylece bir dönüştürücü bu parçaları doğru bir şekilde ölçebilir. Dolgu masterbatch için üç yöntem hakimdir: iplik peletleme, su çemberi die yüzü peletleme ve su altı peletleme. Seçim, erime kuvveti, dolgu yükü, soğutma ihtiyacı ve istenilen pelet şekliye bağlıdır.
Strand pelletizasyonu, birkaç extrudülen iplikten bir su banyosundan geçirerek, ardından da dönen bir kesici aracılığıyla keser. Dayanıklı, kolay başlatılabilir ve geniş bir viskozite aralığına uyarlanabilir, bu nedenle yeterli erime kuvvetine sahip birçok dolgu masterbatch için varsayılan bir malzemedir. Dezavantajı, yer kaplaması ve kesintili tel geriliminin gerekliliğidir; bir telin kırılması, işletmeyi durdurur. Su çemberi pelletizasyonu, malzemeyi die yüzeyinde keser ve pelletleri su çemberine fırlatır. Burada soğutulur, taşınır ve sonra kurutulur. Küçük boyutlu ve yüksek çıkışları iyi yönetebilmektedir. Ayrıca, temiz tel işlemleri için yeterince yumuşak olmayan dolgu sınıfları için yaygın bir tercihtir.
Su altı pelletizasyon, die yüzünde bulunan su dolu bir odada iplikleri keserek, mükemmel olarak küresel, tozlu olmayan ve mükemmel bir birleşiklik gösteren pelletler elde eder. Isıya duyarlı ve düşük viskoziteli bileşimlere uygundur ve Premium, yüksek değerli masterbatchler ve çok yüksek dolgu oranlarında, iplik kırılması sıklıkla meydana gelmesi durumunda tercih edilir. Bu tercih, daha yüksek ekipman karmaşıklığı ve daha yüksek maliyet anlamına gelir, ancak otomatik dozaj için en uyumlu pelet elde eder. Kerke, tüm üç kesme sistemi sağlar ve pelletizeri taşıyıcıya ve yükleme işlemine uygun hale getirir.
Pelletleme Yöntemi Karşılaştırması
| Method | Pellet shape | Best for | Relative complexity |
|---|---|---|---|
| Strand | Cylindrical | General, good melt strength | Low |
| Water ring | Near-spherical, small | High output, soft melt | Medium |
| Underwater | Spherical, uniform | Premium, heat-sensitive, high load | High |
Fiyatının düşük kalması gereken bir madencilik kalay karbonat masterbatch için, strand veya su çemberi pelletizasyonu tipiktir. En temiz dozaj ve en düşük toz gerektiren Premium baryum sulfat kalitesi için, su altı peletleme daha uygun bir seçenektir. Kesimden sonra, pelletler merkezi kurutma ile kurutulur, ince parçaları çıkarmak için ayıklanır ve siloya veya büyük torbaya gönderilir. Son olarak, FPV ve kireç değerleri kontrol edilir ve teslimat öncesinde parti onaylanır.
Sık Sorulan Sorular
Which filler gives the highest density in a masterbatch?
Baryum sülfat (BaSO4), yaklaşık 2,7 g/cm3 olan kalsiyum karbonat ve yaklaşık 2,8 g/cm3 olan talktan daha yüksek bir spesifik ağırlık sunar: yaklaşık 4,3 g/cm3. Eklenen masterbatch gramı başına maksimum ağırlık artışı için BaSO4 tercih edilirken, maliyetin düşük kalması gerektiğinde CaCO3 tercih edilir.
What filler loading is typical in a high density filler masterbatch?
En çok kullanılan ticari dolgu masterbatch'ler, ağırlık olarak %70 ila %85 oranında aktif dolgu içerir. BaSO4 kaliteleri, tozun yüksek yoğunluğu nedeniyle %80 ila %90'a ulaşabilirken, ince precipitat CaCO3 kaliteleri normalde erime dayanımı ve dağıtımın kabul edilebilir olmasını sağlamak için %80 civarındadır.
How is dispersion quality measured for filler masterbatch?
Dağılımı en yaygın olarak, standart bir ekran paklı kapiller reoloji cihazında ölçülen Filtre Basınç Değeri (FPV), yani basınç filtre değeri ile ölçülür. Düşük ve daha istikrarlı bir basınç artışı, daha ince, daha homojen bir dağılım ve daha az agregat gösterir.
Why use a side feeder on a twin-screw extruder for filler masterbatch?
Yan besleyici, büyük bir kısmı kuru dolgu malzemesini ana besleme boşluğunun aşağısına koyarak, girişte düşük hacim yoğunluğuna sahip tozun kapladığı boş hacmi azaltır. Bu, toplam verimliliği artırır, vida aşırı yükünü sınırlar, kilogram başına spesifik enerjiyi düşürür ve taşıyıcıdaki devolatilizasyonu geliştirir.
How does MFI of the carrier affect the final product?
Polietilen için 20 ila 50 g/10 dk, polipropilen için 20 ila 40 g/10 dk MFI değerine sahip bir taşıyıcı, yüksek dolgu yükü ile bile ekstrüzyon ve peletleme işlemlerini gerçekleştirebilir. Eğer taşıyıcı MFI çok düşükse, malzeme tozu dağıtmak için çok serttir ve FPV yükselir; eğer çok yüksekse, masterbatch dolgu malzemenin mekanik özelliklerini zayıflatabilir.
Can filler masterbatch replace virgin resin to cut cost?
Evet, bir noktaya kadar. Doğal reçineye %10 ila %40 dolgu masterbatch eklenmesi, malzeme maliyetini Düşükten Orta seviyeye düşürürken, ağırlık ve sertlik artar. 40% civarındaki son dolgu oranının dışında, bağlama ve sertleştirme işlemleri uygulanmazsa, etkisi ve görünümü genellikle bozulur, bu nedenle sınır, uygulama tarafından belirlenir.
What screw L/D is best for filler masterbatch?
40 ila 48 arasında bir L/D, pratik olarak en uygun değerdir. Taşıyıcıyı bozabilecek aşırı kalma süresi olmadan, erime, yoğun karıştırma, yan besleme ve iki havalandırma bölümü için yeterli uzunluk sağlar. Lab KTE-16B ünitesi deneme çalışmaları için daha kısa L/D kullanırken, büyük KTE-135D hatları 40 ila 52 arasında çalışır.
Sonuç
Yüksek yoğunluklu dolgu masterbatch, ağırlık, sertlik ve işlenebilirlik arasındaki dengeyi sağlamak anlamına gelir. Kalsiyum karbonat maliyeti düşük tutar ve hacimsel olarak en önemli üründür; baryum sülfat, ağırlık açısından kritik parçalarda en yüksek yoğunluğu sağlar ve orta ila yüksek bir maliyete sahiptir; talk, plaka şeklindeki partikülleri sayesinde en yüksek bükme modülü ve ısı dayanımı sunar. Stearik asit veya titanat bağlayıcı ile yüzey işlemi, dikkatli taşıyıcı ve MFI eşleştirme, ve dolgu-poliüretan arası kontrolü, ürünün kırılgan olup olmadığını belirler.
Karıştırma hattı kalan işi yapar. Kerke'nin KTE serisi gibi eş-zamanlı paralel çift-şaftli bir extruder, taşıma ve yoğurma elemanları, yüksek yükleme için yan besleyici, nem ve hava için vakum boşaltma ve uyumlu bir peletleyici ile yapılandırıldığında, toz ve reçineyi homojen, düşük FPV miktarına sahip bir masterbatch'e dönüştürür. Kerke, 12 yılı aşkın bir geçmişe sahip Wanplas fabrikası, 70'den fazla ülkede 2000'den fazla makine ile çalışan çift silindir karıştırma teknolojisine sahiptir. Bu hatlar, kaybın ağırlık bazında beslenmesi, yan dolgusu ve sınıfınıza uygun olan peletleme yöntemi, iplik, su çemberi veya su altı yöntemleri ile sağlanır. Eğer bir dolgu masterbatch hattı planlıyorsanız, Wanplas marka ekibiyle iletişime geçin ve dolgu, yükleme ve çıkış hedefinize uygun bir KTE modeli, vidalı profil ve pelletizer seçin.
