Thermoplastische additieven: Sterkte, flexibiliteit & duurzaamheid verhogen

Thermoplasten zijn plastische polymeren met lage smeltpunten die smelten bij verhitting, vast worden bij afkoeling, en na uitharding opnieuw gesmolten kunnen worden zonder de fysieke integriteit van het materiaal te schaden. Thermoplasten zijn sterk maar flexibel, krimpbestendig en schokdempend, en gemakkelijk te gebruiken aangezien geen nabehandeling vereist is. Veelvoorkomende toepassingen zijn prototyping en een breed scala aan consumentenproducten, zoals vuilniszakken, kookgerei, kinderspeelgoed en zelfs autodelens.

Thermoplasten bezitten van nature veel voordelige chemische en mechanische eigenschappen, maar soms willen ingenieurs deze eigenschappen naar een hoger niveau tillen of het plastic nieuwe kenmerken geven, zoals grotere sterkte of biocompatibiliteit. Daartoe dienen additieven en vulstoffen. Hier is alles wat u moet weten over de meest voorkomende thermoplastische additieven en vulstoffen, plus belangrijke overwegingen voor ingenieurs.

Hoe werken vulstoffen en additieven?

Virtueel alle plastic producten op de markt vandaag – van sportuitrusting tot synthetische bumpers op auto's tot hypodermische spuiten – zijn combinaties van een basispolymere en een additief. Zonder additieven zou zelfs het meest geavanceerde plastische polymere niet zo goed presteren als het zou kunnen. De additionele chemische en fysieke eigenschappen die additieven bieden, maken kunststoffen schoner, veiliger en sterker. Fabrikanten kunnen ook additieven inzetten om de levenscyclus van hun delen te verlengen zonder de kosten in de hoogte te drijven.

Naast het bieden van additionele eigenschappen, verlagen vulstoffen de grondstofkosten door de harsconsumptie te verlagen.

Veelvoorkomende thermoplastische additieven en vulstoffen

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

Glasvezels

Glasvezels zijn de meest voorkomende typen thermoplastische additieven die gebruikt worden voor injectiegieten. Glasvezels verbeteren de sterkte en rigiditeit van het plastic waaraan ze toegevoegd worden aanzienlijk, maar de vezels maken het plastic ook brozer. Als zodanig worden glasvezels alleen aanbevolen voor toepassingen waarin het deel niet hoeft te lijden onder hoge impactspanning of afbuiging.

Echter, het toevoegen van glasvezels aan een thermoplastische hars zal het giet- en ontwerpproces op verschillende manieren beïnvloeden. Glasvezels kunnen bijvoorbeeld de krimpsnelheid van de basishars beperken, wat een niet-lineair krimppatroon creëert en het risico op vervorming verhoogt. Wanneer harsen ongelijkmatig krimpen, kunnen gaten, onverwachte veranderingen in stroom en vorm, en veranderingen in wanddikte optreden. Ingenieurs moeten deze risico's in gedachten houden bij het overwegen van glasvezels.

Keramische vulstoffen

Keramische vulstoffen kunnen aan een thermoplast toegevoegd worden om het deel meer hittebestendig te maken. Keramische vulstoffen zijn vergelijkbaar met glasvezels in dat ze allebei sterkte aan een deel lenen – helaas delen ze dezelfde beperkingen. Delen met keramische vulstoffen kunnen broos zijn en zijn vatbaarder voor uitbarsting of barsting bij impact.

Vezeloriëntatie en vorm spelen een belangrijke rol bij het inzetten van keramische vulstoffen en glasvezels. Vezels, vlokken, poeders en korrels zijn allemaal dimensionaal anders en kunnen daarom bepaalde eigenschappen van het deel beïnvloeden.

Korrels zijn bijvoorbeeld uniform, stapelbaar en verhogen de thermische afbuiging van de thermoplast. Ook minimaliseren korrels de impact van eventuele interne stressors veroorzaakt door de vulstof. Helaas verhogen korrels de sterkte van een materiaal niet veel. Eenmaal ingenieurs de best passende additief of vulstof voor hun behoeften gekozen hebben, moeten ze ook de vorm van die vulstof of additief overwegen.

Verdikkingsmiddelen

Ingenieurs voegen vaak verdikkingsmiddelen toe aan hars-gebaseerde vloeibare polymeren om ze viskeuzer te maken. De meeste verdikkende additieven komen uit groepen zoutvormende of hydrofiele polymeren omdat ze driedimensionale bindingen vormen die de beweging van het plastic bij lage afschuifsnelheden vertragen. Verdikkingsmiddelen zijn te vinden in lijmiddelen, afdichtingen, coatings en sommige persoonlijke verzorgingsproducten.

Antioxidanten

Wanneer een polymere reageert met zuurstof, kan het materiaal zijn sterkte en rek verliezen. Ook kan oxidatie verkleuring en barstingen in de oppervlakteafwerking van het deel veroorzaken. Antioxidanten worden aan thermoplasten toegevoegd om oxidatie te voorkomen en afbraak te vertragen in de aanwezigheid van overmatige hitte, ozon en straling. Antioxidanten beschermen het deel ook tegen vrije radicalen en UV-licht, wat het ideaal maakt voor toepassingen waarin het deel in contact zal komen met potentieel schadelijke weersomstandigheden.

Aan de slag met thermoplastische additieven

Thermoplastische additieven en vulstoffen zijn een essentieel onderdeel van elke plastic deelfabrikant's repertoire, en hun veelzijdigheid maakt ze ideaal voor een breed scala aan use cases. Echter, glasvezels, keramische vulstoffen, antioxidanten en verdikkingsmiddelen zijn slechts het begin. Dit overzicht dekt geen andere categorieën additieven, zoals antimicrobiële middelen, impactmodificatoren, plastifiers, lichtstabilisatoren en meer. Ingenieurs en productteams moeten het materiaalselectieproces beginnen met een duidelijke set vereisten voor hun project om te bepalen welke additieven of vulstoffen ze moeten selecteren uit het brede scala aan commercieel beschikbare opties.

Het kiezen van welk thermoplastisch additief of vulstof geschikt is voor een komend project wordt veel eenvoudiger met een betrouwbare productiepartner als Fast Radius. We zijn gepassioneerd over het helpen van onze partners innoveren – en dat begint met slimme materiaalkeuze. Ons ervaren team van ingenieurs, ontwerpers en productie-experts hebben jarenlange ervaring die vertaalt in superieure adviesdiensten. Neem vandaag nog contact met ons op om te starten.

Als dit overzicht uw interesse heeft gewekt, bekijk dan het Fast Radius leercentrum voor meer materiaaloverzichten en gidsen voor het selecteren van het juiste materiaal voor een gegeven project.