Почему карбонат кальция добавляют в пластик? Преимущества, риски и решения для винтовых стволов

Пластик вперемешку с камнем?

Звучит странно, но при переработке пластмасс такое происходит каждый день.

Этим «камнем» обычно является карбонат кальция (CaCO3) — один из наиболее широко используемых минеральных наполнителей в пластмассах.

Для человека, не связанного с пластмассовой промышленностью, добавление минерального порошка может показаться простым способом утяжелить пластик или заменить дорогую смолу. Однако в правильно разработанной рецептуре карбонат кальция представляет собой нечто большее, чем просто дешевый вес. Его тип, размер частиц, распределение частиц по размерам, обработка поверхности, чистота, дисперсность и уровень загрузки могут влиять на обработку и характеристики конечного продукта.

При правильном использовании CaCO3 может помочь снизить стоимость рецептуры, повысить жесткость, улучшить стабильность размеров и изменить характеристики обработки. При неправильном использовании он может способствовать хрупкости изделий, нестабильной экструзии и ускоренному износу изделий.винты и бочки.

Таким образом, настоящий вопрос заключается не просто в том, «Зачем помещать камень в пластик?» Это: «Какой карбонат кальция следует использовать, при какой загрузке и как к нему подстроить экструзионную систему?»

Карбонат кальция – это не просто дешевый порошок, добавляемый для веса

Карбонат кальция часто называют наполнителем, но «наполнитель» не означает, что он не имеет технической функции.

В хорошо разработанной рецептуре пластика CaCO3 может действовать как функциональная минеральная добавка. В зависимости от полимера, марки и состава это может помочь:

• · Уменьшите количество требуемой полимерной смолы
• · Увеличение жесткости и твердости
• · Улучшение стабильности размеров
• · Изменить характеристики поверхности и обработки.
• · Баланс между производительностью продукта и стоимостью материалов.

Эффект зависит от состава. Добавление большего количества CaCO3 не приводит к автоматическому получению лучшего или более дешевого продукта. Механические свойства, дисперсность, стабильность процесса и износ оборудования следует рассматривать вместе.

Четыре распространенных типа карбоната кальция, используемого в пластмассах

Не весь карбонат кальция одинаков. Для переработчиков пластмасс особенно полезно понять четыре категории.

• 1. Молотый карбонат кальция (GCC) — экономичная рабочая лошадка.

  Молотый карбонат кальция (GCC), часто называемый в Китае тяжелым карбонатом кальция, производится путем механического измельчения природного известняка, кальцита или мрамора и классификации его по контролируемому диапазону размеров частиц.

  Его самое большое преимущество – экономическая эффективность. GCC широко используется в трубах и профилях из ПВХ, изделиях из ПЭ и ПП, листах, плитах, ДПК и маточных партиях наполнителей.

  Для многих традиционных применений правильно выбранная марка GCC обеспечивает практический баланс стоимости, жесткости, технологичности и требований к продукции.

• 2. Осажденный карбонат кальция (PCC) — более мелкий и контролируемый.

  Осажденный карбонат кальция (PCC), обычно называемый в Китае легким карбонатом кальция, производится посредством контролируемого процесса химического осаждения.

  По сравнению с обычным GCC, PCC может обеспечить более контролируемый размер частиц, морфологию и распределение частиц по размерам. Это делает его полезным там, где переработчикам нужны более мелкие частицы, более контролируемые характеристики поверхности или более однородный внешний вид.

  PCC обычно дороже стандартного GCC, поэтому решение должно основываться на целевых показателях производительности, а не на предположении, что чем лучше, тем лучше.

• 3. Нанокарбонат кальция — для модификации более высокого уровня.

  В нанокарбонате кальция используются очень мелкие частицы, и он предназначен для применений, где ожидается, что наполнитель не только снизит стоимость рецептуры.

  Когда марка, обработка поверхности и дисперсия правильно подобраны к полимеру, нано-CaCO3 можно использовать для изменения жесткости, ударной вязкости, ударных характеристик, стабильности размеров и свойств поверхности.

  Но наночастицы не являются автоматически лучшими. Их большая площадь поверхности также затрудняет агломерацию и диспергирование. Плохая дисперсия может помешать ожидаемому повышению производительности.

• 4. Активированный карбонат кальция с обработанной поверхностью — лучшая совместимость с полимерами

  Карбонат кальция является неорганическим, тогда как большинство полимерных матриц являются органическими. Обработка поверхности — обычно с помощью систем на основе жирных кислот, таких как стеараты, — может сделать поверхность частиц более совместимой с обработкой полимеров.

  Правильная обработка может помочь улучшить дисперсию, уменьшить агломерацию, улучшить технологические характеристики и оптимизировать границу раздела наполнитель-полимер.

  Проще говоря, обработка поверхности придает минеральным частицам более благоприятное для полимера «покрытие». Вот почему две марки CaCO3 с одинаковым химическим составом и номинальным размером частиц могут вести себя по-разному в одном и том же процессе экструзии.

Почему карбонат кальция добавляют в пластик?

• 1. Снизить стоимость сырья.

  Полимерная смола обычно дороже минерального наполнителя. Замена части смолы карбонатом кальция может снизить себестоимость рецептуры на единицу готового продукта, что особенно привлекательно для продуктов большого объема, таких как трубы из ПВХ, профиль, плита, лист и маточная смесь.

  Но стоимость материала — это только одна часть уравнения. Если избыток или неправильно подобранный наполнитель приводит к потерям качества, нестабильной обработке или более быстрому износу оборудования, кажущаяся экономия может исчезнуть.

• 2. Для увеличения жесткости и твердости.

  Минеральные наполнители обычно повышают жесткость и твердость. Это одна из причин, по которой карбонат кальция широко используется в жестких изделиях и полиолефиновых соединениях, где важен контроль размеров.

  Однако не все объекты недвижимости движутся в одном направлении. В зависимости от размера частиц, обработки, дисперсии и загрузки более высокое содержание наполнителя также может снизить ударные характеристики или удлинение. Поэтому правильная формула – это баланс, а не гонка за максимизацией процента наполнителя.

• 3. Для улучшения стабильности размеров.

  Карбонат кальция может помочь улучшить стабильность размеров подходящих полимерных систем, что полезно для профилей, плит, листов и жестких формованных или экструдированных компонентов.

  Опять же, результат зависит от всей рецептуры и условий обработки, а не только от CaCO3.

• 4. Изменение производительности обработки и продукта.

  Размер частиц, распределение частиц по размерам, морфология и обработка поверхности влияют на то, как CaCO3 диспергируется и взаимодействует с полимером. Мелкозернистые сорта или марки с поверхностной обработкой могут иметь другие реологические, поверхностные и механические характеристики по сравнению с грубыми необработанными марками.

  Для технических закупок и разработки рецептур размер частиц в микрометрах, D50/D97 или гранулометрический состав обычно более информативны, чем полагаться только на «сетку» в качестве показателя качества.

Дешевый карбонат кальция может стать дорогим

Производителям пластмасс не следует выбирать карбонат кальция только по цене.

Дешевый наполнитель с чрезмерно крупными или неоднородными частицами, твердыми минеральными примесями, плохой обработкой поверхности, агломерацией, влажностью или нестабильным качеством может создать проблемы, стоимость которых намного превышает первоначальную экономию.

Возможные проблемы с продуктом:
· Плохое качество поверхности.
· Снижение ударных характеристик или хрупкость
· Неравномерное распределение наполнителя
· Нестабильные размеры или качество продукции

Возможные проблемы с обработкой и оборудованием включают в себя:
· Более высокая нагрузка на обработку
· Нестабильная экструзия
· Местное давление или сдвиговая концентрация
· Ускоренный износ шнека и ствола
· Сокращение интервалов технического обслуживания

Исследования систем обработки расплава, наполненных CaCO3, показали, что абразивный износ увеличивается по мере увеличения загрузки наполнителя, а больший средний размер частиц и минеральные примеси также могут увеличивать износ. Вот почему качество наполнителя, загрузку и характеристики оборудования следует оценивать вместе, особенно при производстве с высоким содержанием наполнителя.

Скрытая цена высокой нагрузки карбонатом кальция

Карбонат кальция может снизить стоимость рецептуры, но в экструдере миллионы минеральных частиц проходят через шнековые каналы и рабочий зазор час за часом.

По мере увеличения загрузки наполнителя этот процесс может стать более трудоемким. Износ зависит не только от твердости CaCO3: уровень загрузки, гранулометрический состав, примеси, дисперсия, полимер, конструкция шнека, давление, скорость шнека и условия эксплуатации — все это имеет значение.

Это особенно актуально при производстве высоконаполненного ПВХ, ДПК, ПЭ/ПП с минеральным наполнителем и маточных смесей наполнителей.

Как карбонат кальция влияет на износ шнека и ствола?

Основная проблема – абразивный износ. Минералонаполненный материал движется через шнек и цилиндр под давлением, температурой и сдвигом. В течение длительного периода производства абразивные частицы и твердые примеси могут постепенно удалять материал с скребков шнека и рабочей поверхности цилиндра.

Износ не обязательно равномерный. В зависимости от рецептуры и конструкции шнека переработчики могут наблюдать концентрированный износ в зонах подачи, перехода/сжатия или смешивания.

• Зона подачи: высокий твердый контакт до полного плавления
• Зона сжатия/перехода: повышение давления и частичное плавление
• Зоны смешивания: требования к концентрации сдвига и дисперсии наполнителя

По мере уменьшения диаметра витка винта и увеличения диаметра цилиндра рабочий зазор может увеличиваться. Это может снизить эффективность откачки и затруднить поддержание стабильной производительности.

Типичные признаки износа при экструзии с высоким содержанием наполнителя

• · Типичные признаки износа при экструзии с высоким содержанием наполнителя
• · Для поддержания прежней производительности необходима более высокая частота вращения шнека.
• · Колебания или скачки давления расплава
• · Плохая пластификация или дисперсия наполнителя
• · Более частая регулировка температуры и процесса
• · Увеличение размерного разнообразия
• · Сокращение интервалов технического обслуживания

Эти симптомы могут иметь и другие причины, поэтому износ следует подтверждать осмотром и измерением, а не предполагать только по одному производственному признаку.

Азотированный или биметаллический винтовой цилиндр для пластмасс, наполненных CaCO3?

Не для каждого применения карбоната кальция автоматически требуется биметаллический винтовой цилиндр.

Для условий с низким содержанием наполнителя или менее абразивными хорошо изготовленные азотированные шнек и цилиндр могут по-прежнему обеспечивать хороший баланс между стоимостью и сроком службы.

По мере увеличения количества наполнителя, примесей, часов работы и абразивных условий все более ценной становится более износостойкая рабочая поверхность. Биметаллические или другие износостойкие конфигурации могут рассматриваться для требовательных применений с высоким содержанием наполнения.

Это особенно актуально для труб и профилей из ПВХ с высоким содержанием CaCO3, ДПК, ПЭ/ПП с минеральным наполнителем, маточной смеси наполнителей и переработанных компаундов, содержащих минералы.

ВНУТРЕННЯЯ ССЫЛКА: Свяжите фразу «азотированный или биметаллический винтовой цилиндр» с блогом PIPLL — Биметаллический или азотированный винтовой цилиндр: когда НЕ СЛЕДУЕТ переходить на биметаллический.

Решения PIPLL для экструзии пластмасс с высоким содержанием наполнителя

PIPLL не рекомендует винт и цилиндр только из-за названия полимера. При переработке с высоким содержанием CaCO3 необходимо оценить фактические условия труда.

• 1. Износостойкий винт и цилиндр

  Для абразивных применений с высоким содержанием наполнителей компания PIPLL может предложить азотированные, биметаллические и индивидуальные износостойкие шнеки и цилиндры. Целью является не просто выбрать самый твердый материал, а подобрать защиту от износа в соответствии с типом наполнителя, нагрузкой, полимером, производительностью, скоростью шнека, рабочей температурой и ожидаемым сроком службы.

• 2. Биметаллический ствол/Износостойкий рабочий слой

  Для требовательных применений биметаллический цилиндр может обеспечить рабочую поверхность из износостойкого сплава, рассчитанную на длительный контакт с абразивными соединениями. Соответствующую систему сплавов и конструкцию следует выбирать в соответствии с реальным процессом, а не рассматривать как универсальную модернизацию.

• 3. Сменные гильзы/втулки ствола

  Там, где это позволяет конструкция ствола и характер износа, PIPLL может предложить концепции гильзы или гильзы, чтобы можно было обслуживать рабочую зону с высоким износом без обязательной замены всего ствола. Это может быть особенно привлекательно для непрерывной экструзии с высоким содержанием наполнителя, где стоимость обслуживания и время простоя имеют значение.

• 4. Конструкция шнека оптимизирована для материалов с высоким содержанием наполнителей.

  Износостойкость – это только часть решения. Геометрия шнека также влияет на транспортировку, плавление, дисперсию наполнителя, давление, сдвиг и температуру расплава.

  Плохо подобранная конструкция винта может привести к чрезмерному сдвигу, локальным пикам давления, нестабильной производительности или концентрированному износу. Для применений с высоким содержанием наполнителя PIPLL может оценить конфигурацию винта вместе с системой износостойких материалов.

Инженерная цель состоит в том, чтобы сбалансировать:
Инженерная цель состоит в том, чтобы сбалансировать:

Какую информацию следует отправлять в PIPLL?

Если вы обрабатываете пластмассы, наполненные карбонатом кальция, и у вас наблюдается преждевременный износ шнеков и цилиндров, следующая информация поможет PIPLL оценить применение:

Добавление карбоната кальция — это не обман, а материаловедение

Добавление карбоната кальция в пластик не является «обманом», если он является частью правильно разработанной рецептуры.

Это материаловедение.

Реальный вопрос заключается не в том, следует ли добавлять карбонат кальция, а в том, какой тип, размер частиц, распределение частиц по размерам, обработка поверхности и уровень загрузки подходят для полимера, продукта и производственного процесса.

Когда эти переменные правильно сбалансированы, карбонат кальция может обеспечить реальную оптимизацию затрат, сохраняя при этом требуемые характеристики продукта.

Однако, когда качество наполнителя, дисперсия или загрузка плохо контролируются, экономия может быстро исчезнуть из-за хрупкости продукции, нестабильной обработки, более высокого уровня брака и ускоренного износа оборудования.

Самый дешевый наполнитель не всегда является самым дешевым решением. Целью является истинная экономическая эффективность в отношении материалов, производства, качества и обслуживания.

Карбонат кальция дешев. Износ ствола винта отсутствует.

При экструзии с высоким содержанием наполнителей долгосрочная экономия зависит не только от цены за килограмм смолы или CaCO3.

Успешная система балансирует рецептуру + конструкцию шнека + износостойкий материал + конструкцию ствола + условия эксплуатации.

Именно так карбонат кальция становится настоящим инструментом снижения затрат и оптимизации производительности, а не скрытым источником проблем с продуктом и затрат на техническое обслуживание.

Переработка пластмасс с высоким содержанием CaCO3?

Если ваш винт и цилиндр изнашиваются быстрее, чем ожидалось, не заменяйте их автоматически на точно такие же характеристики.

Отправьте в PIPLL тип полимера, процентное содержание CaCO3, марку наполнителя или размер частиц, если таковой имеется, модель экструдера, размеры шнека, производительность, частоту вращения шнека, текущий срок службы и фотографии износа.

PIPLL может оценить, связана ли проблема главным образом с износостойкостью, конструкцией шнека, конструкцией ствола, условиями эксплуатации или с комбинацией факторов.