白色微珠在塑料改性中应用研究

随着空心微珠在塑料改性中应用得到广大用户认可并走向成熟后,其鲜明的特点也为大家了解,但颜色的问题始终制约着它的产业化发展,目前只能在很小的范围内发挥作用,部分空心微珠生产企业开始动摇并转产,这就要求科研部门去研究一种具有空心微珠功能又没有颜色限制的新型微珠材料来适应广大用户的需求。

中国德富塑料网讯:目前,全球汽车引擎盖内塑料市场正处于发展阶段。2009年全球产量达59万吨,市场规模达15.16亿欧元。预计至2016年,年均增长率将达到7.4%。同时,市场竞争也将更趋激烈,技术革新会不断加快。同时,新能源汽车的快速发展将为引擎盖内塑料市场带来了新的发展机遇,原因在于绿色能源汽车运行时温度低于普通汽车,其对于引擎盖内塑料耐热性的要求将低于燃油车。

轻量化目前是车厂追求的主要目标。试验证明,若汽车整车质量减少10%,燃油效率可提高6%~8%;汽车整车质量每减少100公斤,百公里油耗可降低0.3~0.6升。当前,由于环保和节能的需要,汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。

2017年5月22日,马来西亚马印航空完成了波音737MAX8的首次商业飞行,开启单通道飞机市场的新时代。5月16日,波音公司刚在西雅图庆祝了这架飞机的交付。这个畅销的机型迄今为止已经获得来自全球87家客户的3700多架订单。

为满足广大客户要求,上海汇精亚纳米新材料有限公司公司经过潜心研究,终于开发、生产出一种白度高,性能同空心微珠基本相同,并且在很多方面超越空心微珠的新型功能性填充材料—-白色超细陶瓷微珠。其一经投放市场就迅速为广大用户接受并使用,下面就陶瓷微珠在工程塑料中应用作出如下阐述。

引擎盖内塑料按材料分,主要有聚酰胺材料(PA6-30%,PA66-22%)、聚丙烯材料和其他材料。按应用部件分,主要有进气歧管、发动机盖、散热器箱、前端组件、汽车摇臂盖、风扇/护套和引擎盖内其他部件。

汽车轻量化有多种方法,包括汽车结构的优化、轻材料的使用以及制造工艺的创新。在刚刚结束的上海AMTS期间,有些展商应对汽车轻量化展出了创新的工艺和新材料。汽车工艺师小编对此做了简单整理,如果对文中的工艺和新材料感兴趣,就可以联系小编啊。

与此同时,美国通用电气公司(下称GE)航空总部的工程师们仍在埋头研究3D打印技术。就在这之前,他们用3D打印机打印出的19个燃油喷嘴被安装到了737MAX的LEAP-1B引擎中,这一技术代表着迄今为止增材制造(即3D打印)在航空工业最具标志性的应用。来不及庆祝,他们又踏上了新的征途。此前,GE相关负责人曾表示,到2020年,3D打印的航空发动机燃料喷嘴将达到4万个。

陶瓷微珠是一种非金属多功能材料,主要成分是SiO2和Al2O3,粒径在2-10微米间,外观为白色,松散、球性率高、流动性好、白度高、熔点高。

引擎盖内部件产品材料表

工艺创新

在汽车领域,利用3D打印技术按需制造汽车零部件正在成为一种趋势。戴姆勒公司迄今为止3D打印的汽车零部件已经达到了780个(包括抽屉、盖层、固定条、适配器等)。下图的车载钞票收纳盒就是其中之一。

作为球型颗粒,陶瓷微珠填充于塑料制品中具有如下特性:提高流动性、改善加工性能,产品尺寸稳定、克服翘曲。陶瓷微珠拥有优异的流动性能,可提高生产效率、降低能耗等。用于各种工程塑料的玻纤改性可消除玻纤外露现象,改善制品外观,提高表面抗划伤性,提高热变型温度,降低成本。陶瓷微珠熔点高、高温下不分解,可提高制品的阻燃性和热变形温度。绝缘性好、吸水率低、陶瓷微珠比电阻高,吸水率低,使用于生产电缆绝缘材料、耐腐蚀性强、陶瓷微珠主要为硅酸铝成份,可在各种有机溶液及酸、碱溶剂中保持稳定。陶瓷微珠主要用于以下几种胶料制品:PA、PP、PBT、PC、POM等工程塑料的改性。

PA中PA6和PA66用量占总量的90%以上,在汽车上的应用比例也是如此,由于PA11和PA12具有良好的柔软性,耐油性,耐腐蚀性,耐候性,低温韧性,耐水性,尺寸稳定性,在汽车的输油管,制动管,刹车片,油箱外壳,液压容器等方面有广泛应用。用于汽车的PA材料大多需要经过改性,其中填充改性、增强改性的用量最大,另外EPDM、POE增韧改性尼龙材料也有较多的应用。最近几年的改进趋势是增加尼龙材料的流动性、耐热性、无卤阻燃等性能。

激光复合焊

戴勒姆公司表示,采用3D打印技术的让他们在制造备用汽车部件上变得更加快速、灵活和经济,尤其是针对个别客户的需求来说。相比之下,传统的注射成型工艺就显得臃肿了许多,因为它不但需要开发额外的工具,而且会造成大量的材料浪费和库存堆积。

研究发现,陶瓷微珠不仅可以在塑料改性中使用,涂料中应用则更加成熟,至于在涂料中应用我这里就不再阐述。

一、高流动性尼龙

激光焊与电弧焊是两种不同的焊接工艺,很早就在生产中得到了广泛应用。激光焊是通过激光束将能量传输到工件上,而电弧焊则是通过电弧传输能量。激光焊的热影响区非常窄,焊缝的深宽比很高,具有高的焊接速度,但由于焦点直径很小,所以焊缝搭桥能力很差。电弧焊的能量密度比较低,加热面积较大,焊接速度相对较低。伏能士推出的Laserhybrid
激光复合焊技术是将这两种焊接技术完美的结合起来,从而获得了优良的综合性能,包括:高能量密度、高能量利用率、高的电弧稳定性、较低的工装夹具精度要求等。

分散式制造趋势下的3D打印浪潮

愿我们的研究能为您带去一定的启示,希望陶瓷微珠为球型材料领域的应用拓展提供更大的帮助,因为球形材料特点最鲜明。我们希望上海汇精公司的微珠型功能性材料能为您的事业贡献一定的力量。您的事业发展才是我们最值得骄傲的事情。

高流动性尼龙不仅可以提高生产效率和降低加工成本,而且可以提高汽车部件的外观质量。提高性能,降低成本是材料改进的方向。

激光复合双丝焊因为可实现更高的焊接速度,减少焊丝及保护气体的消耗量等优势,已在实际生产中得到大量应用,继续通过一段视频让您亲眼见证激光复合双丝焊的实际焊接效果。

澳门永利,3D打印为什么会对传统制造业造成冲击?3D打印技术公司Hubs联合创始人布拉姆兹瓦特举了一个形象的例子:通过在家里附近的3D打印技术公司定制商品,不一会公司就能打印出来送到你的楼下了。那么,工厂基本都会倒闭。与其把1000台机器放在同一个地方,为什么不把1000台机器放在1000个地方呢?而戴勒姆公司负责人HartmutSchick也表示,3D打印正在改变我们制造汽车零部件的方式,,要知道3D打印机通常并不大,所以我们可以轻松将其配置到全球的任何一座工厂中。而这就让我们获得了更快速回应客户需求的能力,同时也帮助我们省下了原先必需花在零部件运输方面的成本。

1、汽车工业著名产品是法国Rhoda公司推出的半结晶型PA
TechnylStar,该产品采用独特的聚合和改性工艺,该产品是一种高度支链化、非线性结构的材料,加工性能极好,制品的外观性能佳,其玻纤改性和填充改性后的牌号比用PA6为基材的改性料的流动性要好。该产品成型时,注射压力低30%,成型时间缩短10%,成型温度也大幅下降,注塑机合模力可降低一半。应用于汽车发动机罩、进气歧管、燃油桶衬里、分配器和装饰件。

因为双丝的填充,使激光焊的间隙容忍度提高,达到100% (例如:1.5mm
的板厚搭接焊,间隙可达到1.5mm,即间隙容忍度达到100%),这使得薄板更容易焊接,为高强刚的应用奠定基础。

布拉姆兹瓦特提到的是分散式制造(DistributedManufacturing)的场景。早在2015年的达沃斯论坛上,分散式制造被列为最重要的技术趋势之一。根据普华永道近日公布的最新调查报告,美国国内制造商在不同程度上使用3D打印技术的占总数大约2/3,与2014年以前35%的比例相比已经大大增加,其中,56%的人认为未来3-5年内会有超过半数的同行使用3D打印。西门子公司预计,未来五年内,3D打印成本将降至五成,而速度也将提高五倍。咨询公司Gartner认为,尽管3D打印的市场份额在2015年只有16亿美元(约合人民币110.1亿元),到2018年,这个数目将达到134亿美元(约合人民币922.3亿元)。

2、荷兰DSM公司第二代高流动性增强PA6牌号AkulonUltraflow,韧性高于第一代产品,流动性比一般增强PA6Akulon高80%,成型时间短,制品表面质量高,玻纤含量为60%的产品也具有较好的外观,发动机罩厚度可以从3.2mm减薄为2.5mm,适用于做汽车发动机罩下不见,组合件,门内把手,镜护罩。

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新材料开发与优化仍是3D打印主要挑战

美国杜邦公司Zytel ST801A、德国BASF公司Ultramid B3WGM24
、日本东丽公司的CM1017XL3、CM3006 LSP都是原有牌号上改进的高速成型牌号。

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尽管从被过度吹捧的炒作期进入到相对成熟期,3D打印技术未来依然充满挑战。上述普华永道报告指出,受访制造商表示,3D打印技术存在的障碍有设备成本过高,缺乏专业人才和技术,最终产品质量不确定度和打印机速度等。值得一提的是,几乎同一时间,制造商认为产品质量的不确定是最大的障碍(47%),其次是缺乏专业人才和技术,然后才是成本问题。产品质量的不确定除了受到加工工艺的稳定性影响之外,根本原因还是由于现有材料还无法在大规模工业化生产中完全适应3D打印工艺的所有要求。

二、高耐热尼龙

高速镀锌板焊接工艺Rapid Z

由于塑料材料良好的热流动性、快速冷却粘接性、较高的机械强度,在3D打印制造领域得到快速的应用和发展。塑料材料的熔融粘结特性逐步将树脂塑料用于陶瓷、玻璃、无机凝胶、纤维、金属等,成为3D打印的基础材料。可以预见,塑料类3D打印耗材的技术发展必将大大助力3D打印行业的发展,而在3D打印的浪潮中,以改性塑料为耗材的3D打印材料也必将迎来大量发展机遇。

汽车机罩下应用的新一代树脂,保持高刚性,高韧性的同时,提高耐热性和流动性,半芳香族尼龙(PA9T,聚对苯二甲酰1,9壬二胺)是代表性耐热尼龙,Zytel
HTN和PPA也是半芳香族尼龙。

汽车底盘用镀锌钢板代替传统钢板,就可以使钢板更簿,从而实现汽车轻量化。但在镀锌钢板的焊接中,如果使用传统焊丝就会在焊缝中产生大量气泡,降低焊接质量。林肯电气推出高速镀锌板焊接工艺,使用新型焊丝,从而提高了焊接质量。有点遗憾的是,由于焊丝特殊,这种工艺的使用成本有点高。

3D打印塑料种类

美国杜邦公司的高温尼龙Zytel
HTN已为用户熟知,具有高耐热性可替代PPS和热固性树脂用于汽动刹车系统,节约成本和部件轻型化,
近几年,对高温尼龙需求增加,Solvay也推出了系列PPA树脂牌号,该产品能持续耐温200℃,尺寸稳定性极高。瑞士EMS
Grivory 公司也推出耐高温的 Grivory HT
高温尼龙系列树脂。杜邦公司开发的半透明PA66 Zytel
牌号,可以用于制作42V电子系统保险丝盒,成本较聚砜和聚醚砜便宜20%。Rhodia
公司开发的2个用于冷却水箱和冷却、加热回路的玻纤增强PA66 Technyl
牌号,能长期在130℃下使用,最高耐温160℃。

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不同于传统塑料材料,3D打印技术对塑料材料的性能和适用性提出了更高要求,最基本的要求是通过熔融、液化或者粉末化后具有流动性,3D打印成型后通过凝固、聚合、固化等形成具有良好的强度和特殊功能性。适合于3D打印的塑料材料有工程塑料、生物塑料、热固性塑料、光敏树脂和预聚体树脂、高分子凝胶等。结合改性塑料的行业发展,小编将主要介绍在3D打印中应用的工程塑料与生物塑料。

三、无卤阻燃尼龙

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工程塑料:工程塑料因良好的强度、耐候性和热稳定性使其应用范围较广,尤其是用以制备工业制品,因此工程塑料成为目前应用最广泛的3D打印材料,特别是以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯砜(PPSF)、聚醚醚酮(PEEK)等最为常用。

BASF公司无卤阻燃PA牌号Ultramid KR425、KR4455,达到UL94
V-0级。荷兰DSM工程塑料公司推出不含卤素,不含磷未增强的PA6牌号Akulon
K225-KS,具有比重小、流动性极好、0.75mm样品可达到UL94 V-0,Akulon
K224-HG56为30%玻纤增强的PA6牌号,比标准玻纤增强阻燃牌号的密度低,容易加工,不易起霜,1.5mm样片达UL94
V-0级。

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生物塑料:3D打印生物塑料主要有聚乳酸(PLA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯(PETG)、聚-羟基丁酸酯(PHB)、聚-羟基戊酸酯(PHBV)、聚丁二酸-丁二醇酯(PBS)、聚己内脂(PCL)等,具有良好的可生物降解性。由于生物塑料具有良好的流动性、快速凝固特性、不易堵喷嘴、环保型、生物相容性,在生物医疗制品的3D打印制造中得到很好的应用。

四、PA纳米复合材料

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3D打印塑料的改性方向

PA纳米复合材料最早由日本丰田中央研究所与PA树脂厂UBE公司共同开发,该材料最早被应用于生产汽车定时器罩。意大利Flat汽车公司决定采用PA纳米复合材料作为燃油管阻隔材料,替代原有的PVDF阻隔材料来,多层燃油管包括PA12外层,PA6/PA12共聚物粘接层,含2%黏土的PA6/PA66共聚物阻隔层,PA6内层,这种全PA结构燃油管有助于材料回收。

胶接工艺

目前几乎所有的通用塑料都可以应用于3D打印,但由于每种塑料的特性存在差异,导致3D打印的工艺以及制品性能受到影响。目前影响塑料材料应用于3D打印的因素主要有:打印温度高、材料流动性差,导致工作环境出现挥发成分,打印嘴易堵,影响制品精密度;普通的塑料强度较低,适应的范围太窄,需要对塑料做增强处理;冷却均匀性差,定型慢,易造成制品收缩和变形;缺少功能化和智能化的应用。3D打印产业的关键是材料,塑料材料作为3D打印最为成熟的材料,目前仍存在较多问题:受塑料强度的影响,塑料材料适应领域有限,成品的物理机械特性较差;需要高温加工、低温流动性差、固化慢、易变形、精密度低;缺少塑料在新材料领域的拓展。为此,3D打印塑料改性技术的发展目前主要有以下四个方向。

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Crestabond
M1-05免底涂甲基丙烯酸现在已经被戴姆勒卡车指定用于广泛的重型卡车
生产上。在组装过程中,M1-05可以将ABS和
ABS,ABS和铝粘结在一起,然后生产卡车上驾
驶室的床铺。本地热成型专家分包商使用M1-05
进行ABS和铝型材的粘结,床铺组装完成后,送
到墨西哥萨尔提略集装箱卡车工厂,最后安装在卡车驾驶舱生产线上。

1.流动性改性

另外,领先的公交车车身制造商,Busmark 2000
Group使用Crestabond完成工艺改造来提升产品质量, 生产效率以及实现轻量化。

为了实现塑料的流动改性,可以参考利用润滑剂等进行改性。但由于使用过多的润滑剂会导致挥发分增加,切削弱制品的刚性和强度,因此通过加入高刚性、高流动性的球形的硫酸钡、玻璃微珠等无机材料可以弥补塑料流动性差的缺陷。对粉末塑料可采用粉体表面包覆片状无机粉体如滑石粉、云母粉等以增加流动性。另外,可在塑料合成时直接形成微球,以确保流动性。

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2.增强改性

热熔钻工艺

通过补强材料可以提升塑料的刚性和强度。如通过玻璃纤维、金属纤维、木质纤维用于增强ABS的增强使复合材料适合于3D熔融沉积工艺;粉末状塑料通常通过激光烧结,可以通过复合多种材料进行增强改性,包括添加玻璃纤维的尼龙粉、添加碳纤维的尼龙粉、尼龙与聚醚酮混合等。

利用钻头高速旋转时与工件之间产生的摩擦热使加工点位的材料处于“炽热可塑”状态,并结合轴向压力,从而钻孔并利用加工点位材料形成衬套。衬套的高度通常为母材厚度的三四倍。可以衬套上面攻螺纹,也可把衬套用作钎焊连接的支撑座。

3.快速凝固

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塑料的凝固时间与结晶性密切相关。为了加快塑料3D熔融沉积后快速凝固成形,可以通过使用合理的成核剂以加快塑料定型凝固,也可以通过在塑料材料中复合不同热容的金属以加快凝固的速度。

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4.功能化

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塑料材料用于3D打印由于材料的特殊性,在一些领域应用受到限制。但如果赋予塑料一些功能,会大大拓展塑料在3D打印制造领域的应用范围。如传统功能性塑料制品通常在加工时混入功能性材料,但由于功能性材料的特殊性,对加工工艺、加工设备要求极高,甚至有些功能性材料由于自身热性能的限制无法直接加入塑料中。特别是一些用于生物医疗的复杂器件、导电材料、温控材料、形变记忆材料采用传统制造方法难以满足要求。通过选择3D打印成型,不但可以得到复杂形状的智能材料,而且通过复合使具有功能的材料在3D打印成型时直接填入塑料。

创新材料

如将电磁场、温度场、湿度、光、pH值等敏感材料通过3D打印用于塑料获得智能材料;利用有机聚合物将金属粉末粘接制备具有形状记忆功能的合金;在生物医疗领域,利用3D打印技术制备双管道聚乳酸/-磷酸三钙生物陶瓷复合材料支架,具有可控的多孔结构,力学性能明显增强。英国华威大学研制出一种新型导电塑料复合材料,而这种材料的最大特点是可供人们打印符合自己意愿的电子产品,从而减少不必要的电子废弃物。另外,塑料通过功能化利用3D技术可以制作高分子光伏材料、高分子光电材料、高分子储能材料等。

汽车工艺师小编收集了大量创新材料,这些材料可替代普通塑料,具有密度小,力学性能优良的特点。

3D打印塑料的发展趋势

低密度热塑性改性塑料

由于塑料自身强度的限制,塑料材料在3D打印中的应用目前仅限于普通制品。但随着3D打印技术的发展,传统塑料的性能被大幅提升,依靠塑料强大的快速熔融沉积和低温粘接特性将被广泛应用到3D打印制造领域。除了塑料自身可以通过3D打印制品外,在玻璃、陶瓷、无机粉体、金属等的3D打印都需要依靠塑料的粘接性来完成。塑料材料将向高强度发展,通过提高改性塑料的强度,可被用来直接替换金属用于各类复杂构件,既便宜又质轻,甚至可以替代玻璃、陶瓷等制品,从而使塑料材料在3D制造中被广泛应用。

海诺科技推出了低密度热塑性改性塑料。改性塑料是指在通用塑料和工程塑料的基础上,经过填充共混增强等方法加工改性,提高了阻燃性强度、抗冲击性、韧性等力学性能的塑料制品。

除此之外,塑料材料可避开低强度的缺陷,向复合化、功能化发展,特别是实现多元材料复合、从而赋予塑料特定功能。通过3D打印技术可以制造工艺复杂的智能材料、光电高分子材料、光热高分子材料、光伏高分子材料、储能高分子材料等新材料。利用生物塑料的生物相容性,可以向医学人体组织发展。3D打印在细胞、软组织、器官、骨骼方面具有巨大的空间,尤其是组织工程应用中具有独特的优势。在今后10~20年,改性塑料材料将仍是3D打印的主流材料并在3D打印的浪潮中获得跨越性的发展。

该类低密度热塑性改性塑料具有阻燃性好强度高、抗冲击性能优良等特点,可有效降低最终产品的重量10%-20%。同时降低产品收缩率,提高产品成型效果,优化成型工艺条件,降低产品成本。

关键词:3D打印

另外推出的高性能空心玻璃微珠,简称HGM,是一种超精细无机非金属材料。是近些年来在全世界,特别是发达国家得到广泛应用的新型多功能填料。

以塑代钢

五行科技股份有限公司推出的Eleloy是以PA6、PA66或特殊尼龙为基础的高性能工程塑料,是”以塑代钢”的优选材料。通用类别的加工性能优异,染色性好,也用于很多壳体等外观应用场合,Eleloy
HPC较传统尼龙材料具有更优异的表面质量和尺寸稳定性,可以应用于精密电子部件较大尺寸汽车结构件。在汽车轻量化方面的应用中展示出巨大的市场潜力。

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空调轻量化

翎羽新材推出了热塑性复合材料LFT-D车用空调底壳,引入复合材料对车用空调进行轻量化。LFT-D纤维长度较长,明显提高制品的力学性能,比刚度和比强度高,抗冲击性能好,特别适合汽车零部件的应用。

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长玻璃纤维增强热塑性材料

长沙争明新材料股份有限公司推出长玻璃纤维增强热塑性材料,它是指由长连续的玻纤,经过特殊工艺,被树脂充分浸润,并挤出形成长条后,并切成特定尺寸的玻纤增强胶粒。

以树脂浸润包覆的长玻纤条直接模压或注塑成型后的材料。相对于普通玻纤增强塑料而言,LFT增长了玻纤在塑料制品中的长度,进一步使制品的强度,耐热性抗冲击性得到极大提高。目前已成功应用于汽车前端模块,扶手支架,汽车尾门,引擎罩盖板等制件,前景十分可观。

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