Карбонат кальция, как неорганический минерал с обильными природными запасами и превосходными характеристиками по соотношению цены и качества, стал одним из наиболее широко используемых неорганических наполнителей в пластмассовой промышленности. Это обусловлено его низкой стоимостью, высокой белизной, хорошей химической стабильностью и сильной механической совместимостью с полимерными материалами. Он позволяет эффективно снизить производственные затраты, одновременно повышая жесткость, стабильность размеров и технологичность пластмассовых изделий.
В промышленной практике преобразование карбоната кальция в высоконаполненная мастербатч через Сверхтонкое шлифование и модификация поверхности Этот подход обладает значительными преимуществами. К ним относятся упрощенные процессы компаундирования, улучшенная однородность смешивания в расплаве, более высокая эффективность экструзии и снижение пылевого загрязнения. Поэтому он стал основным решением для предприятий по переработке пластмасс.
Высоконаполненная мастербатч-смесь карбоната кальция широко применяется в экструдированных трубах, пленках, деталях, полученных методом литья под давлением, и полых изделиях. Благодаря постоянному совершенствованию технологических процессов, структура мастербатчей претерпела эволюцию. Она прошла путь от простого наполнения до многослойных систем армирования микрочастицами. Среди них, Карбонат кальция выступает в качестве основного наполнителя.Размер частиц (сетка), распределение частиц по размерам, чистота и характеристики поверхности — в значительной степени определяются процессом на предшествующей стадии производства. Оборудование для сверхтонкого измельчения и классификации—непосредственно влияют на технологические свойства и механические характеристики как мастербатча, так и конечных пластиковых изделий.
Для уточнения влияния размера частиц карбоната кальция на характеристики полипропиленовых (ПП) наполняемых мастербатчей в данном исследовании были выбраны два сорта измельченного карбоната кальция. Они были получены методом ультратонкого измельчения и точной классификации (CC-1500 меш и CC-2500 меш). Были приготовлены стандартные мастербатчи, и оценены их технологические и механические свойства. Это позволило провести систематический анализ влияния различий в размере частиц на характеристики модификации ПП.
Свойства сырья и порошка
Оба образца карбоната кальция, использованные в этом исследовании, являются кальцитовый грунт карбонат кальция (ГЦК)После первичного измельчения материалы подвергались дальнейшей обработке с использованием оборудование для сверхтонкого шлифованияПримеры включают в себя шаровые мельницы-классификаторы или мельницами с воздушным классификатором. Затем применялась высокоэффективная воздушная классификация для получения продуктов с узким распределением частиц по размерам. После этого проводилась обработка для активации поверхности. Ключевые показатели эффективности приведены в таблице 1.
Таблица 1. Основные свойства двух марок наполнителя из карбоната кальция.
| Свойство | CC-1500 (1500 меш) | CC-2500 (2500 меш) |
|---|---|---|
| Медианный размер частиц D50 (мкм) | 8.5 | 5.2 |
| Верхний предел размера D97 (мкм) | 15.3 | 9.8 |
| Поглощение масла (г/100 г) | 18.2 | 25.7 |
| Белизна (%) | 95.8 | 96.5 |
| Чистота CaCO₃ (%) | 99.2 | 99.5 |
Как показано в таблице 1, увеличение размера ячейки с 1500 до 2500 значительно уменьшает размер частиц, при этом значение D50 снижается примерно на 39%, а значение D97 становится заметно уже. Это улучшение в основном объясняется более высокоэнергетическим сверхтонким измельчением и более точным контролем классификации по воздуху.
В то же время существенное увеличение удельной площади поверхности приводит к повышению значения маслопоглощения (увеличение примерно на 411 ТТ3Т), что указывает на более сильную адсорбцию расплава полипропилена. Это усиленное взаимодействие с поверхностью играет решающую роль в последующих изменениях характеристик процесса производства мастербатча.
В производстве пластиковых мастербатчей более мелкие частицы карбоната кальция, как правило, вызывают меньшее ухудшение механических свойств. Однако чрезмерно мелкие частицы склонны к агломерации, что предъявляет более высокие требования к диспергируемости и точности классификации. Поэтому для промышленного производства мастербатчей из карбоната кальция обычно требуется размер частиц, равный... ≥1500 мешдостижимо только посредством стабильные и надежные системы сверхтонкого измельчения и классификации.
Процесс приготовления мастербатча
В качестве несущей смолы использовался полипропилен (ПП) в сочетании с алюминатными связующими агентами и смазочными материалами. Процесс приготовления был следующим:
- Карбонат кальция был помещен в высокоскоростной смеситель и нагрет до 100 °C для удаления поверхностной влаги;
- Для образования стабильного покрытия на ультрадисперсных частицах, улучшающего межфазную совместимость, был добавлен алюминатный связующий агент;
- Для достижения равномерного распределения были добавлены полипропиленовая смола и добавки, которые затем были перемешаны;
- Смесь экструдировали в расплаве и гранулировали с помощью двухшнекового экструдера при температуре 160–200 °C;
- Стандартные образцы для испытаний были изготовлены методом литья под давлением для оценки эксплуатационных характеристик.
Следует отметить, что чем мельче размер частиц карбоната кальция, тем выше требования к эффективности сдвига и контролю температуры в процессе компаундирования, что еще раз подчеркивает решающее влияние качества порошка на технологический диапазон мастербатча.
Влияние размера частиц наполнителя из карбоната кальция на свойства мастербатча
Влияние на свойства текучести расплава
Показатель текучести расплава (MFR) является ключевым индикатором технологичности мастербатча. Результаты испытаний представлены в таблице 2.
Таблица 2. Скорость текучести расплава мастербатчей с различным размером частиц карбоната кальция.
| Образец | Скорость текучести расплава (г/10 мин) |
|---|---|
| Мастербатч CC-1500 | 46.74 |
| Мастербатч CC-2500 | 24.10 |
Результаты показывают, что мастербатч, содержащий карбонат кальция с размером частиц 1500 меш, обладает значительно более высокой текучестью расплава, в то время как показатель текучести расплава мастербатча с размером частиц 2500 меш снижается почти на 50%.
Это явление в основном объясняется следующими причинами:
- Меньший размер частиц, достигаемый за счет сверхтонкого измельчения, значительно увеличивает удельную площадь поверхности;
- Более высокое поглощение масла более мелкими частицами карбоната кальция приводит к более сильной адсорбции расплава полипропилена;
- Снижена текучесть расплавленной фазы и повышено сопротивление движению молекулярных цепей.
Эти результаты ясно показывают, что больший размер ячейки сетки не всегда означает лучшее качество, и преимущества в производительности должны соответствовать возможностям технологического оборудования и требованиям применения.
Выводы и инженерные рекомендации
На основе анализа наполнителя из карбоната кальция с различными размерами частиц и соответствующих процессов ультратонкого измельчения и классификации можно сделать следующие выводы:
- Размер частиц карбоната кальция напрямую определяет технологичность мастербатча.
Мастербатч с размером частиц 1500 меш демонстрирует высокий показатель текучести расплава (MFR) 46,74 г/10 мин, что делает его пригодным для применений, требующих высокой эффективности формования. - Для достижения наилучших результатов при работе с карбонатом кальция с высокой степенью помола требуется современное сверхтонкое измельчающее оборудование.
Продукт с размером частиц 2500 меш обеспечивает более высокий потенциал прочности и жесткости благодаря тонкому помолу и узкой классификации, но требует более строгого контроля компаундирования и обработки. - Впитываемость масла и размер частиц являются ключевыми взаимосвязанными факторами, влияющими на эффективность мастербатча.
С увеличением размера ячейки сетки, уменьшение размера частиц и повышение маслопоглощения приводят к снижению текучести, но при этом улучшают механические свойства.
Практические рекомендации
При промышленном производстве полипропиленовых наполнителей размер частиц карбоната кальция и оборудование для сверхтонкого измельчения следует выбирать исходя из требований конечного продукта:
- Для обеспечения высокой эффективности и производительности обработки рекомендуется использовать карбонат кальция с размером частиц 1500 меш;
- Для повышения жесткости и прочности лучшим выбором станет карбонат кальция с размером частиц 2500 меш, полученный с помощью высокоэффективных систем сверхтонкого измельчения и прецизионной классификации.
Данное исследование предоставляет четкие инженерные рекомендации по точному выбору карбоната кальция и оптимизации оборудования для применения в производстве мастербатчей с пластиковым наполнителем.
Спасибо за прочтение. Надеюсь, моя статья вам поможет. Пожалуйста, оставьте комментарий ниже. Вы также можете связаться с представителем Zelda Online по любым вопросам.
— Опубликовано Эмили Чен