Повышающаяся необходимость уменьшения веса автомобиля связана с законом о потреблении топлива для различных типов автомашин. Использование стеклянных микросфер позволяет уменьшить вес полимерных листовых (SMC) и объемных (BMC) материалов до 30% - заявляет Boris Gregl из 3M Laboratories (Европа), GmbH.

Производители автомашин начали вводить стеклянные шарики Scothlite Glass Bubbles в SMC и BMC материалы для молдинга в конце 70-х годов. После разработки компанией 3М новых более прочных стеклянных микросфер, производители деталей автомашин стали вводить их добавку во все возрастающее количество деталей из пластика. Добавка стеклянных микросфер в среднем позволяет уменьшить плотность стандартных SMC/BMC материалов до 1.3 г/см3 и менее в зависимости от химического состава исходного материала.

Scothlite Glass Bubbles – полые микроскопические сферы изготовленные из водонерастворимого химически устойчивого боросиликатного стекла. Химический состав стекла запатентован, по свойствам оно располагается между высокотемпературным стеклом Pyrex и оконным стеклом.

В настоящий момент компания 3M производит более 20 различных типов стеклянных микросфер, различающихся по плотности, механическим свойствам и размерам. Типы микросфер градуируются в зависимости от их применения и позволяют уменьшить плотность полимерного материала на определенное значение. Некоторые из микросфер производятся компанией 3M специально для термосмол, а некоторые – для термопластиков. Другие типы достаточно прочны для их введения в состав материалов молдинга, получаемых реакцией прямого впрыска (RIM) или полимерного трансфера (RTM).

Scothlite Glass Bubbles в среднем имеют диаметр около 60мм для серии K и около 30мм для серии S. Толщина стекла микросферы, определяющая силу изостатического давления для каждого отдельного класса микросфер, тесно связана с плотностью, которая тщательно контролируется в ходе процесса изготовления. Технология позволяет создавать модельный ряд микросфер начиная от наименее плотных (0.125 г/см3, выдерживают давление 17 бар) до наиболее плотных (0.6 г/см3, выдерживают давление 690 бар).

При использовании микросфер Scothlite Glass Bubbles с существующими полимерными составами необходимо учитывать давление, используемое при формовке детали. В зависимости от нужд потребителя, объемный процент микросфер может доходить до 30% от общего объема получаемого состава. При расчете максимального объемного процента (30%) в расчет принималось то, что вязкость получаемого материала должна соответствовать вязкости исходного и одинаковые объемные проценты содержания стекла.

При приготовлении пасты SMC/BMC нельзя использовать сильно измельчающие миксеры. Смешивание микросфер со смолой не требует специального оборудования, модифицированных смол и дополнительных связывающих реагентов за исключением приготовления составов с высокой плотностью, где в качестве наполнителя используется тальк или карбонат кальция.

Scothlite Glass Bubbles не служат для повышения прочности состава, при добавлении объемное количество стекловолокна в составе должно оставаться близким к исходному. Кроме того, микросферы следует добавлять при тщательном перемешивании на последнем шаге приготовления полимерного состава.

Уменьшение плотности состава связано с тем, что, несмотря на большую плотность стекла по сравнению со смолой, микросферы содержат вакуумные полости, при учете объема которых конечная плотность состава уменьшается. Использование микросфер снижает вес SMC детали на 30%. Вес материала (и впоследствии детали) может быть уменьшен не более чем на 10-20%, если при его формовке используется высокое давление. В качестве добавки при этом используются микросферы с большей толщиной стеклянной стенки.

Вес многих деталей не может быть сильно снижен согласно общим техническим требованиям. По этой причине вес деталей салона автомобиля может быть значительно ниже (большее содержание микросфер) по сравнению с весом изготовленной из термопластика четвертичной несущей панели. Тем не менее, уменьшение массы детали не является единственной причиной добавки стеклянных микросфер к общему полимерному составу. Добавка соответствующих типов Scothlite Glass Bubbles к полимерному составу позволяет увеличить его пространственную стабильность и устойчивость к нагреванию.

Итак, современные технологии позволяют значительно уменьшить вес SMC/BMC деталей. Тем не менее, в промышленности существует необходимость дальнейшего облегчения деталей с сохранением их механических, физических и эстетических характеристик. В последние несколько лет активно ведется разработка новых полимерных SMC составов, обладающих низкой плотностью, поверхностью класса А и огнеупорными свойствами.

При изготовлении облегченных SMC материалов исходный полимер с необходимым добавленным количеством стеклянных микросфер переносится из бака на подвижную конвейерную ленту и размазывается по ней гомогенным слоем. После этого сверху наносится стекловолокно и, затем, второй слой исходного материала. Конвейерная лента проходит через компрессионную зону (прессование), в результате чего происходит смачивание стекловолокна исходным полимерным составом.

Для производства облегченных SMC деталей, обладающих поверхностью класса А, при приготовлении SMC состава верхний и нижний слои должны содержать разное количество Scothlite Glass Bubbles – один из слоев должен быть насыщен микросферами, в то время как в другом полимерном слое микросферы должны отсутствовать или находиться в очень малой объемной концентрации. После прессования деталь формуется таким образом, чтобы внешний слой являлся слоем с пониженным содержанием стеклянных микросфер.

Использование стеклянных микросфер Scothlite Glass Bubbles наряду со средним уменьшением плотности для деталей с поверхностью класса А от 1.85 г/см3 до 1.3 г/см3 позволяет получать изделия с отличными поверхностными и физическими характеристиками. Даже ультра легкие SMC детали с плотностью 1.1 г/см3 обладают приемлемыми для производства физическими качествами.

В настоящее время при спонсировании со стороны автомобильных концернов проводится исследование и разработка более легких SMC материалов, в связи с чем одной из основных задач компании 3M является производство новых типов стеклянных микросфер. На мировом автомобильном рынке спрос на ультра легкие SMC материалы, RIT, а также матовый укрепленный термопластик (GMT) постоянно увеличивается. В данный момент передняя панель кузова Renault Safrane и внутренняя шумовая защита двигателя для Mercedes E-Class являются серийными деталями, полностью выполненными из SMC материалов с добавкой стеклянных микросфер Scothlite Glass Bubbles.

www.polymery.ru