Een overzicht van thermoplastische additieven

Thermoplasten zijn plastic polymeren met een laag smeltpunt die smelten bij verhitting, stollen bij afkoeling en na uitharding opnieuw kunnen worden gesmolten zonder de fysieke integriteit van het materiaal te beschadigen. Thermoplasten zijn sterk en toch flexibel, krimp- en schokabsorberend en gemakkelijk in gebruik omdat er geen nabewerking nodig is. Veelvoorkomende toepassingen zijn onder meer prototyping en een breed scala aan consumentenproducten, zoals vuilniszakken, kookgerei, kinderspeelgoed en zelfs auto-onderdelen.

Thermoplasten hebben van nature veel voordelige chemische en mechanische eigenschappen, maar soms willen ingenieurs deze eigenschappen naar een hoger niveau tillen of de kunststof nieuwe eigenschappen geven, zoals grotere sterkte of biocompatibiliteit. Dat is waar additieven en vulstoffen van pas komen. Hier vindt u alles wat u moet weten over de meest voorkomende thermoplastische additieven en vulstoffen, plus belangrijke overwegingen voor ingenieurs.

Hoe werken vulstoffen en additieven?

Vrijwel alle kunststofproducten die tegenwoordig op de markt zijn - van sportuitrusting tot synthetische bumpers op auto's tot injectiespuiten - zijn combinaties van een basispolymeer en een additief. Zonder additieven zou zelfs het meest geavanceerde plastic polymeer niet zo goed presteren als het zou kunnen. De extra chemische en fysische eigenschappen van additieven maken kunststoffen schoner, veiliger en sterker. Fabrikanten kunnen ook additieven gebruiken om de levensduur van hun onderdelen te verlengen zonder de kosten op te drijven.

Naast het bieden van extra eigenschappen, verlagen vulstoffen de grondstofkosten door het harsverbruik te verlagen.

Veelgebruikte thermoplastische additieven en vulstoffen

Er is een additief of vulmiddel voor vrijwel elke chemische of mechanische eigenschap die een ingenieur zou willen bereiken. Hier zijn vier van de meest voorkomende additieven en vulstoffen die momenteel op de markt zijn:

Glasvezels

Glasvezels zijn het meest voorkomende type thermoplastisch additief dat wordt gebruikt voor spuitgieten. Glasvezels verbeteren aanzienlijk de sterkte en stijfheid van de kunststof waaraan ze worden toegevoegd, maar de vezels maken de kunststof ook brozer. Als zodanig worden glasvezels alleen aanbevolen voor toepassingen waarbij het onderdeel geen hoge slagspanning of doorbuiging hoeft te doorstaan.

Het toevoegen van glasvezels aan een thermoplastische hars heeft echter op verschillende manieren invloed op het vorm- en ontwerpproces. Glasvezels kunnen bijvoorbeeld de krimpsnelheid van de basishars beperken, waardoor een niet-lineair krimppatroon ontstaat en het risico op kromtrekken toeneemt. Wanneer harsen ongelijkmatig krimpen, kunnen gaten, onverwachte veranderingen in vloei en vorm en veranderingen in wanddikte optreden. Ingenieurs moeten deze risico's in gedachten houden bij het overwegen van glasvezel.

Keramische vulstoffen

Keramische vulstoffen kunnen aan een thermoplast worden toegevoegd om het onderdeel hittebestendiger te maken. Keramische vulstoffen zijn vergelijkbaar met glasvezels omdat ze beide een onderdeel kracht geven - helaas hebben ze dezelfde beperkingen. Onderdelen met keramische vulstoffen kunnen bros zijn en zijn gevoeliger voor afbrokkelen of barsten bij een botsing.

Vezeloriëntatie en -vorm spelen een belangrijke rol bij het gebruik van keramische vulstoffen en glasvezels. Vezels, vlokken, poeders en kralen zijn allemaal dimensioneel verschillend en kunnen daarom bepaalde eigenschappen van het onderdeel beïnvloeden.

Parels zijn bijvoorbeeld uniform, stapelbaar en verhogen de thermische doorbuiging van de thermoplast. Ook minimaliseren kralen de impact van interne stressoren veroorzaakt door het vulmiddel. Helaas verhogen kralen de sterkte van een materiaal niet erg. Zodra ingenieurs het meest geschikte additief of vulmateriaal voor hun behoeften hebben gekozen, moeten ze ook rekening houden met de vorm van dat vulmiddel of dat additief.

Verdikkingsmiddelen

Ingenieurs voegen vaak verdikkingsmiddelen toe aan vloeibare polymeren op harsbasis om ze viskeuzer te maken. De meeste verdikkende additieven zijn afkomstig van groepen zoutvormende of hydrofiele polymeren omdat ze driedimensionale bindingen vormen die de beweging van het plastic vertragen bij lage afschuifsnelheden. Verdikkingsmiddelen zijn te vinden in lijmen, kitten, coatings en sommige producten voor persoonlijke verzorging.

Antioxidanten

Wanneer een polymeer reageert met zuurstof, kan het materiaal zijn sterkte en rek verliezen. Ook kan oxidatie verkleuring en scheuren in de oppervlakteafwerking van het onderdeel veroorzaken. Antioxidanten worden aan thermoplasten toegevoegd om oxidatie te voorkomen en de afbraak te vertragen in de aanwezigheid van overmatige hitte, ozon en straling. Antioxidanten beschermen het onderdeel ook tegen vrije radicalen en UV-licht, waardoor het ideaal is voor toepassingen waarbij het onderdeel in contact komt met mogelijk schadelijke weersomstandigheden.

Aan de slag met thermoplastische additieven

Thermoplastische additieven en vulstoffen zijn een essentieel onderdeel van het repertoire van elke fabrikant van plastic onderdelen, en hun veelzijdigheid maakt ze ideaal voor een breed scala aan gebruikssituaties. Glasvezels, keramische vulstoffen, antioxidanten en verdikkingsmiddelen zijn echter nog maar het begin. Dit overzicht heeft geen betrekking op andere categorieën additieven, zoals antimicrobiële stoffen, impactmodifiers, weekmakers, lichtstabilisatoren en meer. Ingenieurs en productteams moeten het materiaalselectieproces beginnen met een duidelijke reeks vereisten voor hun project om te bepalen welke additieven of vulstoffen ze moeten kiezen uit het brede scala aan commercieel beschikbare opties.

Kiezen welk thermoplastisch additief of vulmiddel geschikt is voor een aankomend project wordt veel gemakkelijker met een vertrouwde productiepartner als Fast Radius. We zijn gepassioneerd om onze partners te helpen innoveren - en dat begint met slimme materiaalkeuze. Ons ervaren team van ingenieurs, ontwerpers en productie-experts heeft jarenlange ervaring die zich vertaalt in superieure adviesdiensten. Neem vandaag nog contact met ons op om aan de slag te gaan.

Als dit overzicht je interesse heeft gewekt, ga dan naar het Fast Radius-leercentrum voor meer materiaaloverzichten en handleidingen voor het selecteren van het juiste materiaal voor een bepaald project.